1、課題17 鉆床氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 氣壓傳動(dòng)與控制三級(jí)項(xiàng)目 班 級(jí)：機(jī)控三班 小組成員：朱穎慧、于凱、武浩 邱紅祥、常思建 指導(dǎo)教師：吳曉明目錄1、 工作任務(wù)及環(huán)境要求2、 設(shè)計(jì)氣動(dòng)控制回路和電氣控制回路3、 選擇執(zhí)行元件4、 選擇控制元件5、 選擇輔助元件6、 選擇管道直徑及壓力損失7、 選擇空氣壓縮機(jī)8、 實(shí)物連線圖9、 感想課題17 鉆床氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、工作任務(wù)及環(huán)境要求：（1） 工作任務(wù) 鉆床是利用鉆頭在工件上加工孔的一種常用機(jī)床。鉆床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度相對(duì)較低，可進(jìn)行通孔、盲孔加工，還可進(jìn)行擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、攻絲的加工，應(yīng)用廣泛。在鉆孔加工過(guò)程中，工件固定不動(dòng)，鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭

2、軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（2） 工作順序 用三個(gè)氣缸完成上述工作任務(wù)，其工作順序?yàn)椋?工件夾緊：快進(jìn)、慢進(jìn)壓緊工件、保壓、快退; 鉆頭切削加工:在工件夾緊情況下，快進(jìn)、工進(jìn)、快退; 卸料:加工完后從鉆床上推到成品箱中。（3）工作進(jìn)程 氣缸A1控制工件夾緊，氣缸B控制鉆頭切削，氣缸C控制工件加工完后從鉆床上推到成品箱中。動(dòng)作位移步驟圖如下所示：夾緊缸A行程：500mm；切削缸B行程：50mm；卸料缸C行程：200mm。（4）動(dòng)作時(shí)間 根據(jù)生產(chǎn)率要求，每一個(gè)工作周期約為6s。（5）氣缸輸出力 夾緊缸A推緊力100N；切削缸B夾緊力：100N；推料缸C推力：250N。（6）其他要求 可實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)循環(huán)。

3、可實(shí)現(xiàn)每個(gè)動(dòng)作的手動(dòng)操作。可實(shí)現(xiàn)緊急停車，此時(shí)必須使所有氣缸立即停止。復(fù)動(dòng)時(shí)，先使所有氣缸回到各自的起始位置，然后重新的起動(dòng)，才能開(kāi)始新的自動(dòng)循環(huán)。（7）聯(lián)鎖要求 夾緊缸夾緊后，切削缸才能伸出；夾緊缸夾緊過(guò)程中，切削缸才能進(jìn)行切削；當(dāng)夾緊缸和切削缸都退回時(shí)時(shí)，卸料剛進(jìn)行伸出和縮回，進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)。（8） 環(huán)境條件 在室內(nèi)工作，無(wú)特殊環(huán)境要求。（9）其他 系統(tǒng)工作可靠，造價(jià)低，易于操作。二 設(shè)計(jì)氣動(dòng)控制回路根據(jù)對(duì)氣動(dòng)控制系統(tǒng)的工作要求，氣動(dòng)控制回路選定為氣動(dòng)邏輯元件的行程程序控制。（1） 列出工作程序及動(dòng)作順序 工件靠重力由垂直料倉(cāng)進(jìn)入送料位置。夾緊缸缸A伸出，先快進(jìn)后工進(jìn)，夾緊工件；切削缸B伸出

4、對(duì)工件進(jìn)行切削，伸出時(shí)，先快進(jìn)后工進(jìn)，切削完成后快速退后；夾緊缸A退回，卸料缸C伸出，把切削好的工件推到成品箱中，最后卸料缸C退回。 上述程序的工作程序如下圖1所示：圖1 工作程序圖（2）畫(huà)信號(hào)線圖 信號(hào)線表示在一個(gè)工作周期中，某一原始信號(hào)從開(kāi)始至消失之間的時(shí)間長(zhǎng)短。信號(hào)線的具體畫(huà)法是：在信號(hào)各種，用細(xì)實(shí)線從同一組中的動(dòng)作狀態(tài)線起點(diǎn)稍前處開(kāi)始，一直畫(huà)到上一組產(chǎn)生該信號(hào)的動(dòng)作狀態(tài)線終點(diǎn)稍后處為止。最后在其前端加一小圈以示起點(diǎn)。自動(dòng)沖印機(jī)的信號(hào)線圖如圖2所示:圖2 X-D信號(hào)線圖（3） 邏輯圖設(shè)計(jì)：根據(jù)線圖中執(zhí)行信號(hào)表達(dá)式的邏輯計(jì)算，用相應(yīng)的邏輯符號(hào)繪制邏輯原理圖如圖3所示：圖3 邏輯原理圖氣動(dòng)回

5、路設(shè)計(jì)：根據(jù)邏輯原理圖中的邏輯符號(hào)，選擇具有該邏輯功能的邏輯元件或氣閥，畫(huà)出各邏輯元件、氣閥、行程閥和手動(dòng)閥及其之間的連線，各元件的供氣和進(jìn)出口連接位置應(yīng)按回路初始靜止位置的狀態(tài)連接。（畫(huà)線時(shí)，以盡量減少管路交叉，是線路清晰為原則，用虛線表示控制回路，用實(shí)線表示動(dòng)力回路），標(biāo)注必要的文字和符號(hào)，完成了原理圖的繪制。據(jù)上所述，自動(dòng)沖印機(jī)的氣動(dòng)原理圖如圖4所示：圖4 啟動(dòng)原理圖電氣回路設(shè)計(jì)： 電氣控制回路中的氣動(dòng)主回路如下圖5所示：圖5 電氣控制的氣動(dòng)主回路電氣原理圖如下圖6、圖7所示： 圖6 自動(dòng)控制圖7 手動(dòng)控制三、選擇執(zhí)行元件（1）安裝形式： 根據(jù)工作要求，選擇三個(gè)活塞式雙作用單活塞桿氣缸作

6、執(zhí)行元件。其安裝形式為：加緊缸和卸料缸采用軸向底座式，切削缸采用頭部法蘭式。（2） 計(jì)算氣缸內(nèi)徑 式中F工作負(fù)荷;工作壓力;負(fù)載率。選定氣缸工作壓力為0.4MPa、負(fù)載率為0.5，則氣缸的內(nèi)徑分別為：夾緊缸， 切削缸， 卸料缸， （3）選標(biāo)準(zhǔn)氣缸根據(jù)缸徑、行程和安裝方式，查設(shè)計(jì)手冊(cè)選：夾緊缸A：QGBJ320.5，缸徑0.032m、活塞桿徑、行程；切削缸B：QGBFQ320.05，缸徑0.032m、活塞桿徑、行程；卸料缸C：QGBJ400.2，缸徑0.040m、活塞桿徑、行程；計(jì)算各氣缸往復(fù)動(dòng)作一次的耗氣量：式中D氣缸內(nèi)徑;d活塞桿徑;S氣缸行程。夾緊缸：m3切削缸：m3卸料缸:m3上式各值是

7、按壓縮空氣計(jì)算的耗氣量，為選擇空壓機(jī)，需要按自由空氣計(jì)算耗氣量：式中 按自由空氣計(jì)算的耗氣量;按壓縮空氣計(jì)算的耗氣量;氣缸的工作壓力。因此，夾緊缸A：切削缸B：卸料缸C：四、 選擇控制元件 （1）動(dòng)力回路中的主控閥均為雙氣控二位四通滑閥（共3件），其公稱通徑根據(jù)所通過(guò)流量選定。在本例中，系統(tǒng)對(duì)每個(gè)氣缸的動(dòng)作時(shí)間無(wú)特殊要求且在工作過(guò)程中動(dòng)作均單獨(dú)進(jìn)行，因此上述各閥流量等于該系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)平均耗氣量（壓縮空氣），即式中 、和缸在一個(gè)工作周期中往復(fù)動(dòng)作次數(shù)，本例中均為1。、和缸往復(fù)動(dòng)作一次的按壓縮空氣計(jì)算的耗氣量，其值分別為、和。工作周期，由此得按氣缸容積V0和運(yùn)動(dòng)時(shí)間求各控制元件的合成有效截面積：

8、同理可求出：SB=0.42mm2，Sc=2.62mm2，這里取每個(gè)缸單程運(yùn)行時(shí)間為1s。根據(jù)選定公稱通徑為6mm。查產(chǎn)品樣本，由于該閥無(wú)此規(guī)格，最后確定為8mm。 （2）總氣源開(kāi)關(guān)閥為雙氣控二位四通閥，其公稱通徑根據(jù)上述計(jì)算流量，確定為8mm。 （3） 同理氣源減壓閥的公稱通徑確定為8mm。 （4）控制回路中的邏輯元件選用高壓截止式“與”門元件（共11件），“或”門元件（共6件），雙穩(wěn)雙記憶元件（6件），這些元件的公稱通徑均為2.5mm。 (5)控制回路中的行程閥選用二位三通常閉杠桿滾輪式行程閥（共6件），其公稱通徑均為3mm。 (6) 控制回路中的手動(dòng)閥選用按鈕式氣閥（共6件），其公稱通徑均

9、為2.5mm。驗(yàn)算由這些元件組成的主回路的實(shí)際使用時(shí)的合成有效截面積：查手冊(cè)或樣本，8mm通徑的方向閥有效通流面積是10mm2，8mm消聲器的有效通流面積是20mm2，塑料管道選86（1m)，經(jīng)計(jì)算其有效通流面積=17.3( mm2)。合成有效截面積為：求得S=7.94mm2，可見(jiàn)其合成值大于缸A要求的2.5 mm2，可以使用。另外兩個(gè)缸B和C的驗(yàn)算過(guò)程與此類似。接下來(lái)驗(yàn)算加入配管容積后對(duì)氣缸動(dòng)作時(shí)間的影響。由于配管加入后氣缸的動(dòng)作時(shí)間為：s故滿足原要求的運(yùn)動(dòng)時(shí)間1s的指標(biāo)。五、 選擇輔助元件為滿足氣缸運(yùn)動(dòng)時(shí)給定的動(dòng)作時(shí)間和輸出力，三聯(lián)件需滿足氣缸運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大流量，因此應(yīng)分別求出動(dòng)作時(shí)流入氣缸

10、的瞬時(shí)流量Q1和管道瞬時(shí)流量Q2：設(shè)缸A的前進(jìn)時(shí)間為1.2s縮回時(shí)間為0.8s，那么缸A的最大速度vmax為： 那么由Q1+Q2即可從按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的產(chǎn)品樣本中選擇內(nèi)徑為8 mm的三聯(lián)件，其出口壓力在0. 4 MPa時(shí)流量為410L/min，滿足要求。其他2個(gè)氣缸回路的三聯(lián)件選擇也按此方法驗(yàn)算。(1)分水濾氣器選用過(guò)濾精度為50的型，其公稱通徑與減壓閥相一致。(2) 油霧器選用油霧顆粒大小為50的型，其公稱通徑與減壓閥相一致。(3) 消聲器直接配于主控閥的排氣口，選用型。六、確定管道直徑及壓力損失（1）空氣壓縮機(jī)至設(shè)備的管道直徑根據(jù)各氣缸所需壓縮空氣量和推薦流速，按下式計(jì)算式中管道內(nèi)徑;各氣缸單位

11、時(shí)間內(nèi)平均耗氣量的總和。本例中；推薦流速，選。代入上式得：最后選定公稱通徑為8mm的標(biāo)準(zhǔn)管道。（2）設(shè)備內(nèi)部管道直徑根據(jù)與元件的公稱通經(jīng)相一致原則，選定動(dòng)力回路管道公稱通徑為8mm，控制回路管道公稱通徑為3mm。（3）計(jì)算管道中的壓力損失：由于本例中管道中的流量小，管道不長(zhǎng)，可不其壓力損失，而直接確定壓縮機(jī)至設(shè)備的管道中壓力損失不大于，設(shè)備內(nèi)部管道中壓力損失不大于。因此，管道中的總壓力損失：（4）計(jì)算動(dòng)力回路各元件中的壓力損失：本系統(tǒng)動(dòng)力回路中裝有分水濾氣器、減壓閥、油霧器、總氣源開(kāi)關(guān)閥、主控閥和消聲器。查手冊(cè)可得其壓力損失分別為、和（其中減壓閥中壓力損失是與單向順序閥類比而確定的）。這樣，壓

12、縮空氣流經(jīng)動(dòng)力回路各元件時(shí)的總壓力損失：（5）計(jì)算回路中的總壓力損失：總壓力損失等于管道中和元件中壓力損失的總和，即：七、選擇空氣壓縮機(jī)（1） 計(jì)算空壓機(jī)的供氣量：式中 （查手冊(cè)），；。根據(jù)前面計(jì)算結(jié)果，可得空壓機(jī)的供氣量：（2）計(jì)算空壓機(jī)的供氣壓：根據(jù)前面計(jì)算結(jié)果，可得空壓機(jī)的供氣壓：（3） 根據(jù)計(jì)算出的供氣量和供氣壓，選型空壓機(jī)，其額定排氣量為，額定壓力為。8、 實(shí)物連線圖9、 感想通過(guò)純氣動(dòng)和繼電控制兩種方法的實(shí)驗(yàn)搭接，在實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)了很多在畫(huà)原理圖過(guò)程中的疏漏，導(dǎo)致整個(gè)回路不能實(shí)現(xiàn)其功能。在實(shí)驗(yàn)室呆的兩天多時(shí)間里通過(guò)不斷地探索研究終于將兩種方法都在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上成功完成。這次項(xiàng)目設(shè)計(jì)收獲頗多，感受很深。這次設(shè)計(jì)不僅使我對(duì)老師上課講的內(nèi)容有了更深的理解和進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，我還學(xué)到了很多書(shū)本上沒(méi)有的知識(shí)與技能。在這個(gè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了