去毛刺专用机床电气控制系统设计

1、河北机电职业技术学院毕业设计论文去毛刺专用机床电气控制系统设计 专 业 机电设备维修与管理 学生姓名 指导教师 完成日期 毕业设计（论文）题目去毛刺专用机床电气系统控制设计校内（外）指导教师职 称工作单位及部门毕业设计（论文）起止时间 教授机械系 一、题目说明（目的和意义）：在现代化工业生产中，生产工艺要求的提升，使得在工业生产的各个过程中工作要求更加缜密，更加仔细。其中之一的对工厂加工部件的去毛刺机的这一过程就突显对生产工艺的要求之高。是目前工业生产过程中对工部件表面进行抛光处理的一种较为先进的系统设备。此次毕业设计，是根据生产机械的控制要求，去毛刺专用机床电气控制系统的设计和完成电控装置在

2、制造、使用和维护过程中所需的图样和资料，要求利用功能和优点较为齐全的可编程控制器（PLC）来对去毛刺电气控制系统进行控制及运行，以及机床电气控制对系统液压回路的控制来完成整个零件加工过程的动作要求，从而来完成整个操作过程中的各项任务。通过毕业设计，不但要提高解决问题的独立工作能力，具体动脑动手能力，而且应建立正确的设计和科研思想，加强科学性，牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。二、设计（论文）要求（工作量、内容）：任务是：将加工出来的半成品零件在生产过程中所产生的毛刺进行去除。要求是：工件从定位夹紧插刀进去刺进去刺退插刀退松夹拨销。其中动作的工作的方式可分为两类：一类是自动控制、另一类是手动

3、控制。自动控制动作方式是由可编程控制器来进行控制，手动控制动作方式是由电气系统来控制，机床电机的控制是用继电器和接触器来控制。控制要求：电气控制系统是由电气元件按照一定要求连接而成，是机床的重要组成部分。不但可对各台电动机的启动、制动、反转、停车等进行控制，还具有对各台电动机之间实行协调、联锁、顺序切换工作状态的功能。 学生需完成下列工作：1. 机床电气控制系统的设计2. 夹具装置设计3. 电气元器件型号的选择 4. 机床电气控制流程的设计 5.设计说明书专业机电设备维修与管理班级机电设备维修与管理 姓名 学号 题目去毛刺专用机床电气系统控制设计指导教师 毕业设计(论文)概述:1、目的及意义目

4、的：1.对所学专业知识进行综合应用； 2.掌握去毛刺机床电气控制的方法； 3.通过对去毛刺机床电气控制的原理分析对去毛刺整个过程的动作的分析，进一步理解了整个过程电气控制系统和可编程序控制器PLC组成。意义：1. 保障生产的可靠性； 2. 提高产品的质量及经济效益； 3. 降低生产成本，减少环境污染；2、要解决的问题它集成自动控制技术，计量技术，新传感器技术，计算机管理技术于一体的机电一体化产品3、方法（措施）1.根据生产机械的控制要求，去毛刺专用机床电气控制系统的设计和完成电控装置在制造； 2.利用功能和优点较为齐全的可编程控制器（PLC）来对去毛刺电气控制系统进行控制及运行；1）工件从定位

5、夹紧插刀进去刺进去刺退插刀退松夹拨销2）自动控制动作方式是由可编程控制器来进行控制4、结论1）确定了去毛刺机床电气控制方案，选择并增加了气动系统，计算、选择并更换气动元件运动的先后顺序，采用气动系统进行驱动，不仅提高了生产效率和加工质量，而且解决了自动去除半成品零件在生产过程中所产生的毛刺。2）设计了电气控制系统和可编程序控制器PLC组成。3）掌握了去毛刺专用机床自动控制技术目的。4）在本设计的过程中，尽量选择标准件，考虑实用、经济，从而使成本大为降低，具有显著的技术经济性。毕业设计（论文）完成 情况设 计 图 纸机 械 部 分符合要求： 是 否 电气控制部分符合要求： 是 否 设计（论文）说

6、明书符合要求： 是 否 毕业设计（论文）答辩资格是否同意答辩  摘 要 本次设计的去毛刺专用机床是适用于生产进行加工过程中零件产生的毛刺去除和将零件移置工作台。由于该机控制系统采用了先进的电气、气压与机械紧密结合，动作程序互锁、监控严格的程序控制系统，所以具有自动化程度高、生产能力强、操作简单可靠和维修方便等特点。主要进行了对电气控制系统的改进，在以前继电器控制系统产品的基础上，采用了工业控制专用计算机可编程控制器控制系统。在PLC及外部电气系统控制下，通过控制进给油泵电机、主轴电机、冷却电机、等三个电磁阀的逻辑程序动作，完成去除各类零件的毛刺任务。此次毕业设计，是根据生产机械的控制

7、要求，去毛刺专用机床电气控制系统的设计和完成电控装置在制造、使用和维护过程中所需的图样和资料，要求利用功能和优点较为齐全的可编程控制器（PLC）来对去毛刺电气控制系统进行控制及运行，以及机床电气控制对系统气压回路的控制来完成整个零件加工过程的动作要求，利用气动元件：气缸、气马达等完成零件的移开。从而来完成整个操作过程中的各项任务。关键词：主轴电机;去毛刺电气控制系统;机床电气控制;PLC 目 录第1章 概 述11.1设计目的11.2设计任务及要求1第2章 电气控制系统22.1电气控制系统简介22.2可编程序控制器2第3章 机床气压控制设计43.1气压传动技术发展趋势43.2设备名称、用途、工艺

8、过程及技术性能4气动执行组件的特点43.3气压传动工作原理和组成5气压系统简介5气动执行元件5气动控制元件5辅助元件53.4气源净化装置5冷却器6油水分离器6空气过滤器6干燥器63.5油雾器63.6气压传动的优缺点7气压传动的优点7气压传动的缺点7第4章 气缸主要零部件结构84.1气缸工作原理及组成8气缸类型8气缸的特性分析84.2气缸结构的连接形式84.3密封于防尘装置94.4气缸的分类94.5气缸用密封元件104.6气缸主要零部件的结构、材料及技术要求114.6.1气缸筒114.6.2气缸盖124.6.3活塞134.6.4.活塞杆134.7耗气量的计算15汽缸的压缩气体消耗量可按下式计算：

9、164.8气马达16叶片式气压马达174.9使用注意事项18第5章 气动手指195.1气动手指简介19气动结构和工作原理19气动手指的特点195.2气动手指的主要性能参数19选择原则195.3使用注意事项215.4电源235.5三对电气控制特性要求235.6电气传动235.7有关操作功能及控制系统选择23第6章 机床电气控制系统的设计246.1主电路控制设计24主电路设计24中间继电器256.2执行电路控制设计25机床电气传动的特点及控制要求25控制电路电源256.3辅助电路控制设计25控制箱25操纵箱25信号指示与照明电路256.4绘制电气原理图266.5气动元件型号的选择28气动元件简介2

10、8编程的调试与PLC的选用317.1调试与运行317.2可编程控制器（PLC）的选用31控制要31输入输出配置32工作方式与梯形图32结 论36致 谢37参考文献错误！未定义书签。第1章 概 述1.1设计目的随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，市场竞争激烈，人工成本上涨，以往人工操作的搬运和固定式输送带为主的传统物件搬运方式 ，不但占用空间也不容易更变生产线结构，加上需要人力监督操作，更增加生产成本，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度，保障生产的可靠性，安全性，降低生产成本，减少环境污染。提高产品的质量及经济效益是企业生产所必须面临的重大问题。它集成自

11、动控制技术，计量技术，新传感器技术，计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视，控制管理和分散管理；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化，模块化，系统化设计，配置灵活，组态方便。随着生产和技术的发展，在以机械、电子技术为主的多门技术学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来一门新兴边缘技术学科。它对产业或产品结构、生产或管理方式以及人才的知识结构等将产生巨大影响，并使国民经济建设的各个领域发生深刻的变化。去毛刺专用机床电气控制系统主要由硬件和软件组成，即由电气控制系统和可编程序控制器PLC组成。1.2设计任务及要求 在现代化工业生产中

12、，生产工艺要求的提升，使得在工业生产的各个过程中工作要求更加缜密，更加仔细。其中之一的对工厂加工部件的去毛刺机的这一过程就突显对生产工艺的要求之高。是目前工业生产过程中对工部件表面进行抛光处理的一种较为先进的系统设备。此次毕业设计，是根据生产机械的控制要求，去毛刺专用机床电气控制系统的设计和完成电控装置在制造、使用和维护过程中所需的图样和资料，要求利用功能和优点较为齐全的可编程控制器（PLC）来对去毛刺电气控制系统进行控制及运行，以及机床电气控制对系统气压回路的控制来完成整个零件加工过程的动作要求，从而来完成整个操作过程中的各项任务。 任务是：将加工出来的半成品零件在生产过程中所产生的毛刺进行

13、去除。 要求是：工件从定位夹紧插刀进去刺进去刺退插刀退松夹拨销。其中动作的工作的方式是：自动控制。自动控制动作方式是由可编程控制器来进行控制，作方式是由电气系统来控制，机床电机的控制是用继电器和接触器来控制。如气压系统工作循环图和电气控制电器元件动作。第2章 电气控制系统2.1电气控制系统简介电气控制系统是由电气元件按照一定要求连接而成，是机床的重要组成部分。不但可对各台电动机的启动、制动、反转、停车等进行控制，还具有对各台电动机之间实行协调、联锁、顺序切换、显示工作状态的功能。对生产过程比较复杂的系统还要求对影响产品质量的各种工艺参数如温度、压力、流量、速度、时间等能够自动测量和自动调节，这

14、样就构成了功能相当完善的电气自动化系统。根据专用机床的各项要求其控制装置也不相同，对于这一要求电气控制系统设计过程应遵循几条基本原则：最大限度地满足机械设备对电气控制提出的要求。妥善处理机与电的关系，采用机电结合的方法，达到系统的控制要求。在满足控制要求的前提下，设计方案力求简单，避免盲目地追求高性能、高指标。积极慎重地采用新技术、新工艺。正确合理地选用电器元件，尽可能减少元器件的品种和规格，降低生产成本。操作、维护要方便，外形协调、美观。2.2可编程序控制器 可编程序控制器（Programmable Logic Controller，习惯上简称为PLC）是以微处理器为核心的通用工业自动化装置

15、。是20世纪60年代末在继电器控制系统的基础上开发出来的，它将传统的继电器控制技术与计算机技术和通信技术融为一体，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点。经过十几年的发展，PLC已不仅能实现继电器控制所具有的逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能，同时还具有了执行算术运算，对模拟量进行控制等功能。所以美国电气制造商协（National Electrical Manufacturers Association,简称NEMA）会经过4年的调查，于1980年将其正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC。为避免在使用中与个人计算机（

16、Personal Computer）的简称PC相混淆，人们通常仍习惯地把可编程控制器简称为PLC。可编程控制器因为其优点众多，自其诞生以来，已成功地应用于工业中几乎所有领域。包括钢铁厂、纸浆厂、食品加工厂、化工和石油化工厂、汽车厂和电厂。具体来说，PLC的特点表现为以下几个方面：硬件的可靠性高。PLC专业在工业环境的恶劣条件下应用而设计。一个设计良好的PLC能置于有很强电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固、简化安装，使它易于抗振冲击，对印刷电路板的设计、加工和焊接都采取了极为严格的工艺措施，而在电路、结构及工

17、艺上采取了一些独特的方式。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以在发生故障的部位大多集中在输入/输出的部位以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁阀、电机等外围装置上。编程简单，使用方便。用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序的执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这种损耗是微不足道的。接线简单，通用性好。在电信号匹配的情况下，PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制

18、任务的执行元件（接触器、电磁阀）与PLC输出端子连接。接线简单、工作量少，省去了传统的继电器控制系统的接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的逻辑关系，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。用于连接现场设备的硬件接口实际上已经设计成为PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用。可连接为控制网络系统。PLC可连接成为功能很强的网络系统。一般PLC网络可以分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为5002500m；另一

19、类为高速网络，采用令牌传送方式通信，通信速率1M10Mbps，传输距离为5001000m，网上结点达1024。这两类网络相连，可以兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。易于安装，便于维护。PLC安装简单而且功能强大，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方。在大型PLC系统的安装中，远程输入/输出安放在最优地点。远程I/O站通过同轴电缆或双轴线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，远程子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地安装时间。从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有的器件都是模块化的，维护时只需要换模块级插入式部

20、件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，能指示器件是否正常工作，借阻于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。另外，PLC把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体，并且还可以完成以下功能：逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、A/D和D/A转换、数据处理、通信联网、对控制系统监控。总的来说，PLC的推广应用已在世界范围内形成热潮，目前PLC发展方向主要是朝着小型化、廉价化、标准化、系列化、智能化、高速化、大容量化、网络化方面发展，这将使PLC功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用而更广。因此，近年来在工业自动化控制、机电一体化、改造传统产业等方面广泛的应用。第

21、3章 机床气压控制设计3.1气压传动技术发展趋势 为适应将要加工产品的要求，进行加工过程中零件产生的毛刺去除，收集了有关资料，并将有关资料作了分析。对有些影响总体设计，但尚难以确定的环节作了原理性试验，最后确定了一些设计内容。近20年来，随着与电子技术的结合，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制系统与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠;气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求;微电子技术的引入，促进了机电一气化伺服技术的发展，使气动技术从开关控制进人闭环比例伺服控制，控制精度不断提高;

22、由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。从各国的行业统计资料来看，在业技术发达的欧美、日本等国家，液压与气动元件的产值比已达到6:4,甚至接近5:5。我国的气动领域起步较晚但发展较快。从20世纪80年代中开始，气动元件产值的年递增率达20%以上，高于中国机械工业产值平均年递增率。一些气动元件的新产品陆续开发研制出来，如冷冻式干燥器、精密过滤器、不供油润滑气缸和气阀、小型气缸、低功率电磁阀、伺服气缸、滑片式气泵等。产品质量和可靠性不断提高，如气缸耐久性由300 km提高到800 km;电磁阀耐久性由3

23、00万次提高到500万次。与先进的工业国家相比，我国的气动技术还相对落后，无论在气动元件的总产值、气动与液压元件的销售额之比、气动元件的品种规格数量、产品质量，都远远低于发达国家水平。要全面赶上世界先进水平还有许多工作可做。纵观世界气动领域的发展趋势，气动技术的发展动向可归纳为:1)机电气一体化、集成化、智能化。 由PLC、传感器、气动元件组成的控制系统仍然是自动化技术的重要方面;发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件，使气动技术从“开关控制”进人到高精度的“负反馈控制”。(如当气缸最大速度达2 m/s、行程300 mm时，系统的定位精度已达（土0.1 mm) 计算机控制技术的发展及高性能电

24、、气比例控制元件或伺服气动元件(如电、气比例或伺服流量或伺服压力阀等)的出现，为位置或力控制高精度化奠定了坚实的基础。日本试制成功的一种新型智能电磁阀配有传感器及逻辑回路，是气动元件与光电子技术结合的产物。它能接受传感器的信号，当信号满足指定条件时，不必通过外部控制器。3.2设备名称、用途、工艺过程及技术性能气动执行组件的特点 1）与液压执行组件相比，气动执行组件的运动速度快，工作压力低，适用于低输 出力的场合。能正常工作的环境温度范围度，一般可在-35180的环境下正常工作。 2）相对机械传动来说，气动执行组件的结构简单，制造成本低，维修方便，便于调节其输出力和速度的大小。特别是随着制造技术

25、的发展，气动执行组件已向模块化，标准化发展。借助于计算机数据传输技术发展起来的气动阀岛，使启动系统的界限大大简化，这就为简化整个机械的结构设计和控制提供了有利条件。 3）由于气体的可压缩性，使气动执行组件在速度控制，抗负载影响等各方面的性能劣于液压执行组件，当需要较精确的控制运动速度，减少负载变化对运动的影响时，常需要借助气动液压联合装置等。3.3气压传动工作原理和组成气压系统简介气动技术是气压传动与控制技术的简称，是以压缩空气为工作介质进行能量与信号传递的工程技术，是实现各种生产过程、自动控制的重要手段之一。典型的气压传动系统：由气压发生装置、气动执行元件、气动控制元件及辅助元件四个部分组成

26、。气压发生装置的主体由空气压缩机(或真空泵)构成，还配有贮气罐，气源净化处理装置等附属设备。气压发生装置是气压传动系统的动力、能源装置，它将原动机提供的机械能转变为气体的压力能。使用气动设备较多的厂矿，常将气压发生装置集中于一处组成气压站，由气压站向各用气点分送压缩空气。近年来也有小型低噪声压缩机或增压泵设置在控制、执行元件的近旁，实行单机和单泵供给或局部加压。对于真空发生装置一般尽量安装在执行元件附近，以减少真空容积，节省空气消耗量。气动执行元件 气动执行元件起能量转换作用，它把压缩空气的压力能转换成工作装置的机械能。如气缸输出直线往复式机械能、摆动气缸和气马达分别输出回转摆动式和旋转式的机

27、械能。对于以真空压力为动力源的系统，是采用真空吸盘以完成各种吸吊作业。气动控制元件 气动控制元件用来调节和控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以便使执行机构按要求的程序和性能工作。控制元件种类繁多，除了基本的压力、流量、方向三大类控制阀件外，还包括各种逻辑元件、射流元件，以实现“是”、“与”、或”、“非”等逻辑功能。辅助元件气动辅助元件是用来解决元件内部润滑、消除排气噪声、实现元件间的连接以及信号转换、显示、放大、检测等所需的各种气动元件，如油雾器、消声器、管件及管接头、转换器、显示器、传感器、放大器和程序器等。3.4气源净化装置 由空气压缩机输出的压缩空气，虽然能够满足一定压力和流量的要求，

28、但还不能被气动装置使用。压缩机从大气中吸入含有水分和灰尘的空气，经压缩后空气温度高达140170，这时压缩机气缸里的润滑油也部分的成为气态。这些油分.水分以及灰尘便形成混合的胶体微物及杂质，混合在压缩空气中一同排出。这些杂质若进入气动系统，则会造成管路堵塞和锈蚀，加速元件磨损和老化，是泄漏增加，缩短使用寿命。因此，必须设置气源净化装置，提高压缩空气的质量。净化装置一般包括后冷却期，油水分离器，空气过滤器，干燥器，气罐等。冷却器 冷却器的作用就是将空气压缩机出口的高温压缩空气冷却到40，并使用其中的水蒸气和油雾冷凝成水滴和油滴。根据冷却介质不同可分为风冷和水冷两种。油水分离器 油水分离器的作用是

29、分离并排除压缩空气中所含的水分.油分和灰尘等杂质，使压缩空气得到初步进化。空气过滤器 空气过滤器的作用是滤除压缩空气中的杂质微粒，除去液态的油污和水滴，使压缩空气进一步净化，但不能除去气态物质。常用的有一次过滤器和二次过滤器。干燥器 干燥器的作用是进一步除去压缩空气含有的水蒸气。主要方法有冷冻法和吸附法。冷冻法是利用制冷设备是压缩空气冷却到一定的露点温度，析出空气中的多余水分，从而达到所需要的干燥程度。吸附法是利用硅胶.活性氧化铝.焦炭或分子筛等具有吸附性能的干燥剂来吸附压缩空气中的水分已达到干燥的目的。3.5油雾器 油雾器的作用就是将润滑油雾化并注入空气流中，随着压缩空气流入到需要润滑的部位

30、，达到润滑的目的。油雾器在使用中一定要垂直安装，它可以单独使用，也可以空气过滤器，溢流减压阀，油雾器三件联合使用（气动三联件），具有减压和油雾润滑的功能。联合使用时，其连接顺序应为“空气过滤器溢流减压阀油雾器”，不能颠倒。安装时，起源调节装置应尽量靠近气动设备附近，距离不应大于5m。3.6气压传动的优缺点3.6.1气压传动的优点 气压传动在各具特点并广泛应用的机械传动、电力传动、液压传动、液力传动之后能跻身于传动之列，正是由于它具有以下独特的优点:1)采用空气作为工作介质，来源方便，取之不尽、用之不竭，用过以后直接排人大气，既不会污染环境，且可少设置或不必设置回气管道。2)工作环境适应性好。无

31、论在易燃、易爆、多尘埃、辐射、强磁、振动、冲击等恶劣的环境中，气压传动系统工作安全可靠。对于要求高净化，无污染的场合。如食品加工，印制。精密检测等更具有独特的适应能力，优于液压、电子、电气控制。3)空气的勃度小，只有液压油的万分之一，所以流动阻力小，管路损失仅为油路损失的千分之一，便于介质集中供应及远距离输送。4)气动控制动作迅速，反应快，可在较短的时间内达到所需的压力和速度。在一定的超载运行下也能保证系统安全工作，并且不易发生过热现象。5)气动元件结构简单，易于加工制造，使用寿命长，可靠性高，适于标准化、系列化、通用化。6)维护简单，管道不易堵塞，不存在介质变质、补充和更换等问题。3.6.2

32、气压传动的缺点1)由于空气压缩性大，气缸的动作速度易随负载的变化而变化，稳定性较差。尤其是低速在瞬时达到全速。如，叶片式气马达可在1.5转序转，不会被破坏和烧毁。2)耗量大，效率低定子两端有密封端盖，密封端盖上开有弧槽与进、排气孔A, B (C)及各叶片底部相通。转子与定子偏心安装，.偏心距为。这样由转子的外表面、定子的内表面、叶片及两端密封盖就形成了若干个密封工作空间。第4章 气缸主要零部件结构4.1气缸工作原理及组成气缸是将气体的压缩能转换为机械能的一种气动装置。它作为一种气动执行器广泛应用在气动系统中。以往的气缸设计多注重于气缸的通用化、标准化、系列化、轻量化以及提高它的耐久性方面 ,而

33、对于它是否节能考虑的不多。目前我国各气缸生产厂家所生产的国产气缸在结构气缸一般由缸筒前后缸盖活塞活塞杆密封件和紧固件等零件组成。气缸类型1）固定式气缸2）摆动式气缸3）回转气缸4）嵌入式气缸气缸的特性分析 1）汽缸垫特性分析为静特性和动特性。静特性是指与气缸的输出力及耗气量密切相关的最低压力最高工作压力摩擦力等静态参数。动态特性是指气缸各腔压力变化活塞速度变化动作时间及缓冲特性等。 2）气缸的静特性：无负载静特性是指在无负载条件下进行试验时，使气缸产生平稳动作的最低工作压力。它与活塞有效面积、运动部件质量及密封处摩擦力有关，也集中反映了密封拳击缸筒内表面加工质量、配合状况及有关结构方面的合理程

34、度。3）按标准规定在无负载状况下，气缸水平放置，经过数次往复运动后，缸两端进行排气上交替输入压缩空气，从零开始调节输入压力至活塞在其有效行程内运动平滑，无爬行现象，调节排气侧节流阀，使活塞的平均速度为50mm/s，缓冲气缸应使节流阀处于全开状态。4）带负载静特性：是指气缸带有规定负载，在规定的工作压力和活塞速度条件下进行试验，保证气缸正常动作及各部件具有一定强度的特性。5）气缸的动特性：气缸的动特性能真实地反映气缸的工作性能实际气缸的动特性：实际气缸的运动与如下因素，进排气管路上节流阀阀口开度，运动部件的质量，气缸的容积和活塞启动时的位置，密封处的摩擦阻力有关。4.2气缸结构的连接形式气缸的结

35、构设计主要考虑一下问题：缸盖的结构及其与缸筒的连接形式；活塞的结构及其活塞杆的联接形式；活塞杆伸出端与外界的联接形式；密封于防尘装置；缓冲气缸的缓冲装置。缸盖与缸筒的联接形式：拉杆式、结构简单、制造方便、成本低、易于拆装、易于改变安装形式、前后盖和活塞等要件，可大批量生产适用于大小适中的气缸。活塞与活塞杆的联接形式活塞与活塞杆通常采用螺母固定，由于气缸活塞运动速度较快，工作时产生震动力较大，特别对于无缓冲气缸，为了避免工作过程中，螺母从活塞杆上自行松脱，活塞与活塞杆的联接应加放松装置。4.3密封于防尘装置气缸密封的好坏直接影响气缸的性能和使用寿命，正确设计选择和使用密封装置。对密封装置的要求:

36、1）密封性好、泄漏少、防尘好。2）稳定性好、不易老化及软化不易膨胀及收缩，永久变形小，耐热而吸振性好。3）摩擦力小。4）耐磨性好、使用寿命长。5）密封件表面平整、光滑、无气泡、杂质、凹凸等缺陷被密封表面粗糙度对密封元件的使用寿命重要的影响，表面粗糙度值应在。6）构简单、成本低。4.4气缸的分类按压缩空气作用在活塞断面上的方向分类：1）单作用气缸：压缩空气只从一腔进入气缸推动活塞的返回式靠弹簧、膜片张力、自重或其他外力的作用。2）双作用气缸：气缸活塞的往复运动均由压缩空气来完成。按气缸的结构特征分类：3）活塞式气缸4）膜片式气缸按气缸的功能分类：1）无缓冲气缸：（普通气缸）用于无特殊使用要求的场

37、合。2）可调行程气缸：活塞杆的行程，根据实际使用情况，可进行适当调节。按安装形式分类：3）固定时气缸：气缸安装在机体上固定。有凸缘式和双螺栓式。4）摆动式气缸：气缸绕一固定轴可作一定角度的摆动，有头部、中间即尾部轴销式。5）回转式气缸：气缸固定在机床主轴上，可随机床主轴作旋转运动。6）嵌入式气缸：气缸缸筒直接制作在家具体内。密封元件的材质：气缸中常用的密封元件的材质为腈耐油橡胶（如静密封处采用的O形圈）和聚氨酯橡胶等。随着无油润滑气动元件的出现，恶劣环境要求等，采用了氟橡胶和填充聚四氟乙烯等新材料。丁腈脂橡胶是一种新兴材料，具有机械强度达2060MPa，为一般丁腈橡胶的14倍；耐磨性好、为天然

38、橡胶的1015倍；高耐油性，为丁腈胶的5倍以上；耐水性、耐高速性、耐热性差，最高温度不超过100。作为气缸的动密封（气缸活塞和活塞杆上防尘和密封圈）已获得广泛的应用。4.5气缸用密封元件 气缸应用的密封元件常见的有O形丁腈橡胶圈，聚氨酯QY形轴用和孔用密封圈，无骨架防尘圈既能气密封又能起防尘作用的ZHM形组合圈，本次设计选用O形密封圈表4-1密封元件的分类分类截面形状特点O形密封圈结构紧凑、制造简单、空间小、应用面广ZHM形防尘密封组合圈既能防尘又能密封，用于活塞杆件伸出端的防尘和轴孔密封O形密封圈的截面为圆形，是典型的压缩型双向密封元件。安装部分结构简单密封可靠。O形圈压缩量的选择得到，摩擦

39、阻力不大，反之摩擦阻力会随着压缩量的增大而急剧增加。在实际使用中，常用压缩率表示其压缩程度 式中： 自由状态下O形圈直径 O形圈安装沟槽深度即O形圈压缩后的断面高度(mm) 压缩率的大小，对密封性可靠性和寿命有极其重要的影响。压缩率大，密封性能好，但摩擦阻力相应增加，因此对静密封，一般取820，动密封取38，由于目前工艺水平问题，O形在分膜面上留有溢出余胶的飞边，是不可能避免的。飞边的存在，无疑将影响O形圈的密封性能，为此在选用时要注意O形圈制造时分膜面的形式：90°45°.90°制造容易，但密封性能比45°差，通常用于静密封处，动密封多采用45

40、6;形式。表4-2 QGAB汽缸基本尺寸参数型号dKKAMBWHVDQGBA3232M10*1.2522282618DDEELZBTGEM6M10*1241223550表4-3气缸缸径和进排气口各种连接螺纹对应值 标准代号进排气口 缸径ISO2ISO7/1ISO228/1进气口直径32M10*1Rp1/8G1/86气缸进排气口直径 Q 工作压力下气缸输入空气流量 空气流经进气口的速度气缸活塞运动速度计算气缸在无负载情况下的理论基准速度： 式中: -理论基准速度（mm/s） -汽缸的截面积（mm）-排气侧回路中的合成有效截面积（ mm）4.6气缸主要零部件的结构、材料及技术要求4.6.1气缸筒1

41、）结构： 图4.1气缸筒结构图 2）材料 ：HT20-40通常采用20号无缝钢管和LY12铝合金管一般100mm一下选用铝合金钢。 3）内径D公差，精度及光洁度据活塞使用密封圈型式而异，用“O”型橡胶密封圈时为3级精度，8，用Y形橡胶密封圈时为45级精度，8，用“YX”型聚氨酯密封圈时，用四级精度7，D内径表面形状公差（圆柱度，椭圆度）不能超过尺寸公差的一半。a) 端面T对内径D得不垂直度不大于0.1mm。b) 缸筒两端须倒角15°，以利装配。c)d) 铸件应无沙眼和气孔并经行人工时效处理。e) 45钢需经调质热处理，硬度HRC30-35法兰（或镀锌）。f) 焊接结构的缸筒，焊接后须

42、经退火处理。g) 装配后，在1.5倍气缸工作压力条件下经行试验，无漏气现象。非加工表面涂漆防锈。4.6.2气缸盖 1）结构：为了避免活塞与气缸盖端面接触时，承受空气压力的面积太小，通常在缸盖上加工出深度不小于1mm的沉孔，此孔必须与气孔相通，使进气时压缩量可以在比较大的活塞面积上起作用，迅速推动活塞运动。缸盖与缸筒一般采用“O”型圈，前缸盖还要考虑防尘密封的结构要求，故前端盖比后端盖要厚些。图4.2汽缸盖图 2）材料:HT20-403）技术要求见图37-7D对d的不同心度不大于0.03mm密封环槽处去尖角R0.1mm所有倒角1×45铸件处理，热处理，漏气实验，防锈涂漆与缸筒相同。4.

43、6.3活塞 1）活塞的结构与密封。 2）材料：HT15-33，碳钢35或铝合金。其硬度可比缸筒为低。 3）技术要求。见表37-13“O”型密封的简图。 活塞外径D及缸筒内径，其公差配合与所采用的密封有关。用“O”型 橡胶圈密封为dc3;用其他橡胶皮碗或YX型密封时用dc;表面光洁度为7；当用研配密封时为db1,外径D对孔d的径向跳动不大于0.05mm。外径D圆锥度和椭圆度不超过直径公差的一半。4）活塞宽度。活塞的宽度取决于采用一排还是二排密封圈。由密封圈的标准就规定了活塞上沟槽的深度，从而确定了活塞的宽度。5）活塞与活塞杆连接。活塞与活塞杆用螺纹连接，气缸才把活塞与活塞杆做成整体的。由于活塞运

44、动速度较快 ，工作时产生振动较大 ，为了避免长期工作 过程中螺母从活塞上自动松脱，活塞与活塞杆的装配最好加放松零件。4.6.4.活塞杆1）活塞与活塞杆头部的连接形式图4.3活塞杆连接2）活塞杆接头3）活塞杆材料。45号钢，40Cr，调制处理，硬度HRC30-354）活塞杆的密封5）活塞杆的技术要求 直径d与缸盖配合一般用dl4或dl4，表面光洁度8.必要时可镀铬，铬层厚度。直径d和d1的径向跳动在300mm长度大于0.02mm活塞杆的计算1）按强度条件计算活塞杆直径 式中: -活塞杆长度m -气缸的推力N 活塞杆材料的许用应力Pa 材料的抗拉强度pa安全系数S>=1.4 2)按纵向弯曲极

45、限力计算 汽缸受纵向力以后，产生轴线弯曲，当纵向力达到极限力FK以后，缸产生纵向弯曲，出现不稳定现象。该极限力与光的安装方式，活塞杆直径及行程有关。细长比L/K85时 细长比时 式中: - 活塞杆计算长度m 活塞杆横截面回转半径； 活塞杆截面转动惯量 活塞杆截面积 材料弹性模量 材料强度实验值 4.7耗气量的计算一个汽缸的耗气量与其直径 ，行程，频率和从换向阀到气缸的导气管道容积等有关。在实际应用中，因从换向阀到气缸导气管道容积比气缸单位时间耗气总容积小得多4.7.1汽缸的压缩气体消耗量可按下式计算： 或 (式中: 每秒钟压缩气体消耗量 缸前进时，无活塞杆端压缩气体消耗量，当双向汽缸Q=Q1

46、缸后退时，有活塞杆端压缩气体消耗量 汽缸内径 活塞杆直径m 气缸前进，后退所需时间 活塞或缸的行程长度4.8气马达 气马达是一种把压缩空气的能量转换为机械能的能量转换装置，其输出力矩驱动负载做旋转运动。气马达与电动机相比，其特点是重量轻。又因其工作介质是空气，不必担心引起火灾。气马达过载时能自动停转，而与供给压力保持平衡状态，气马达转动后，阻力较小，这种阻力变化往往具有很大柔性，广泛应用在矿山机械用的原动机及旋紧螺母用的气动工具上。表4-4 气马达的优缺点优点缺点1） 可以实现无级调速，控制进，排气阀的空气流量就能调节气马达的输出功率和转速2） 可长时间满载工作，而温升较小3） 速度范围宽（转

47、速从03*10r/min）;功率范围大（从几十瓦到几万瓦）4） 工作安全，适用于恶劣的环境，在易燃易爆，高温，粉尘及振动工作环境等都能正常工作5） 具有较大的起动力矩，可直接带负载启动6） 能实现正反转，正反转换向时冲击很小，且能在瞬时达到全速。如叶片式气马达可在1.5转的时间内升值全速，活塞式气马达可在1转的时间内升值全速7） 能适用于变负载，变转速的场合，过载能自动停转，不会被破坏和烧毁。当过载解除后即能重新正常运转8） 一般使用0.40.8Mpa的低压空气，所以对输出管的要求较低，价格低廉1） 稳定的速度难控制2） 耗气量大，功率低4.8.1叶片式气压马达 1） 叶片式气马达效率较高，中

48、型（1-5KW）气马达大多采用叶片式。它具有体积小，重量轻，结构简单，空气泄漏小等优点。 2）技术规格 叶片式气马达现有功率范围为0.120 KW,转速范围为5005000r/min 发现零件磨损需及时更换。 叶片式气马达与叶片式液压马达的原理相似:图2.4-1a, b所示为叶片式气马达主要结构及原理图。图4.4 气压马达结构图 叶片式气马达主要由定子2、转子3、叶片15 , 16等零件组成。定子上有供进、排气用的配气槽。孔，转子上开有径向槽，槽内装有叶片。压缩空气由A孔输入时，分为两路:一路经定子两端密封盖的弧形槽进人叶片底部，将叶片推出，叶片就是靠此气压推力及转子转动时的离心力的综合作用抵

49、紧在定子内壁上。压缩空气另一路经A孔进入相应的密封工作空间，压缩空气作用在叶片15和16上，产生相反方向的转矩，但由于叶片15伸出长，作用面积大，产生的转矩大于压缩空气作用在叶片16产生的转矩，因此转子在两叶片上产生的转矩差作用下，按逆时针方向旋转。膨胀做功后的气体由定子上的C孔排出，剩余残留气体经B孔排出。若改变压缩空气输入方向，即可改亦转子'的转向。但由于叶片15伸出长，作用面积大，产生的转矩大于压缩空气作用在叶片16产生的转矩,因此转子在两叶片上产生的转矩差作用下，按逆时针方向旋转。膨胀做功后的气体由定子上的C孔排出，剩余残留气体经B孔排出。若改变压缩空气书输人方向，即可改变转子

50、的转向。4.9使用注意事项1）压缩空气必须经过过滤，保证清洁和口干舌燥2）这类气马达没有自动润滑装置，须与油雾器配合使用，压缩空气经过油雾器，混入雾状油进到气马达，润滑各运动不见。润滑油流量为80100滴/min.3）气马达长期存放后，不应带负载起动，应在有润滑条件下进行0.51min的空转4）气马达正常使用36个月后，应拆开检查，清洗一次。第5章 平行手指气缸5.1平行手指气缸简介平行手指气缸工作原理 气动手指是模拟人的手指抓取工件，以实现机械手动作的汽缸，气动手指在自动化系统中最多应用在搬运，传送构件机构中，抓取，拾放物体从一个点位到另一个点位。气动指（也称气动手抓）能实现各种抓取功能，是

51、现代气动机械手的关键部件。目前，气动手指有平行开和手指，时节摆动开和手指，旋转手指及多抓手指，本次设计选用的是平行开合手指。 气动手指的开闭一般是通过活塞的往复运动带动曲柄连杆，滚轮式齿轮等于手指相连的机构，驱动手指沿气缸径向同步开闭运动。也有通过摆动气缸驱动回转盘带动径向槽中的多个手指同步开闭运动，所有的气动手指是同步同心开合的，单个手指不能单独运动。使用时要根据抓取对象的要求配置相应的手指机构安装在起动手指的指头上平行手指气缸的特点1）所有的结构都是双作用的，能实现双向抓取并可自动对牛，重复精度高。2）抓取力矩恒定。3）在汽缸两侧可安置无接触式开关行程开关检测。4）耗气量低。5）有多种结构

52、及安装连接方式。5.2平行手指气缸的主要性能参数夹持力：几个气动手指及附件1一起完全与工件处于接触状态，在一个气动手指上所受的推力。夹持点的距离：夹持点至气动手指导轨的距离外伸量：夹持点偏离气动手指轴线的距离选择原则1）根据工件大小的形状，质量和使用的目的，选择平行开必型2）根据工件大小，形状，外伸量，使用环境及使用目的，选择起动手指的系列。3）根据气动手指夹持力的大小，夹持点距离，外伸量及行程，选定气动手指的尺或影响手指。表5-1 YCHB手指气缸的基本参数代号内径ABCDEFG1G2HIJKL1263.550.5281620M3*0.5*52721418171013MNOPQRSTUVW/x10M3*0.516M3*0.5*57352310.27.5M3*0.5*5表5-2 YCHB手指气缸的技术参数型号动作形式缸径接管口径流体压力范围环境温度最高动作频率润滑最大爪臂长度理论把持力夹爪开闭行程mm重量gYCHB双作用12M3*0.5空气含油雾1.5-7kgf/cm2-5+60(不冻结)180次/分钟气缸爪片3015开侧闭侧66不需要需