气动三级项目.doc

课题17 钻床气压传动系统设计

气压传动与控制三级项目

班 级：机控三班
小组成员：朱颖慧、于凯、武浩
邱红祥、常思建
指导教师：吴晓明

目录
一、 工作任务及环境要求
二、 设计气动控制回路和电气控制回路
三、 选择执行元件
四、 选择控制元件
五、 选择辅助元件
六、 选择管道直径及压力损失
七、 选择空气压缩机
八、 实物连线图
九、 感想

课题17 钻床气压传动系统设计
一、工作任务及环境要求：
（1） 工作任务 钻床是利用钻头在工件上加工孔的一种常用机床。钻床结构简单，加工精度相对较低，可进行通孔、盲孔加工，还可进行扩孔、锪孔、铰孔、攻丝的加工，应用广泛。在钻孔加工过程中，工件固定不动，钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。
（2） 工作顺序 用三个气缸完成上述工作任务，其工作顺序为：
①工件夹紧：快进、慢进压紧工件、保压、快退;
②钻头切削加工:在工件夹紧情况下，快进、工进、快退;
③卸料:加工完后从钻床上推到成品箱中。
（3）工作进程 气缸A1控制工件夹紧，气缸B控制钻头切削，气缸C控制工件加工完后从钻床上推到成品箱中。
动作位移步骤图如下所示：

夹紧缸A行程：500mm；切削缸B行程：50mm；卸料缸C行程：200mm。
（4）动作时间 根据生产率要求，每一个工作周期约为6s。
（5）气缸输出力 夹紧缸A推紧力100N；切削缸B夹紧力：100N；推料缸C推力：250N。
（6）其他要求
①可实现连续自动循环。
②可实现每个动作的手动操作。
③可实现紧急停车，此时必须使所有气缸立即停止。复动时，先使所有气缸回到各自的起始位置，然后重新的起动，才能开始新的自动循环。
（7）联锁要求 ①夹紧缸夹紧后，切削缸才能伸出；②夹紧缸夹紧过程中，切削缸才能进行切削；③当夹紧缸和切削缸都退回时时，卸料刚进行伸出和缩回，进行自动循环。
（8） 环境条件 在室内工作，无特殊环境要求。
（9）其他 系统工作可靠，造价低，易于操作。
二 设计气动控制回路
根据对气动控制系统的工作要求，气动控制回路选定为气动逻辑元件的行程程序控制。
（1） 列出工作程序及动作顺序
工件靠重力由垂直料仓进入送料位置。夹紧缸缸A伸出，先快进后工进，夹紧工件；切削缸B伸出对工件进行切削，伸出时，先快进后工进，切削完成后快速退后；夹紧缸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图1所示：

图1 工作程序图
（2）画信号线图
信号线表示在一个工作周期中，某一原始信号从开始至消失之间的时间长短。信号线的具体画法是：在信号各种，用细实线从同一组中的动作状态线起点稍前处开始，一直画到上一组产生该信号的动作状态线终点稍后处为止。最后在其前端加一小圈以示起点。自动冲印机的信号线图如图2所示:

图2 X-D信号线图
（3） 逻辑图设计：
根据线图中执行信号表达式的逻辑计算，用相应的逻辑符号绘制逻辑原理图如图3所示：

图3 逻辑原理图
①气动回路设计：
根据逻辑原理图中的逻辑符号，选择具有该逻辑功能的逻辑元件或气阀，画出各逻辑元件、气阀、行程阀和手动阀及其之间的连线，各元件的供气和进出口连接位置应按回路初始静止位置的状态连接。（画线时，以尽量减少管路交叉，是线路清晰为原则，用虚线表示控制回路，用实线表示动力回路），标注必要的文字和符号，完成了原理图的绘制。据上所述，自动冲印机的气动原理图如图4所示：

图4 启动原理图
②电气回路设计：
电气控制回路中的气动主回路如下图5所示：

图5 电气控制的气动主回路
电气原理图如下图6、图7所示：

图6 自动控制

图7 手动控制

三、选择执行元件
（1）安装形式：
根据工作要求，选择三个活塞式双作用单活塞杆气缸作执行元件。其安装形式为：加紧缸和卸料缸采用轴向底座式，切削缸采用头部法兰式。
（2） 计算气缸内径

式中F——工作负荷;
——工作压力;
α——负载率。
选定气缸工作压力为0.4MPa、负载率为0.5，则气缸的内径分别为：
夹紧缸，

切削缸，

卸料缸，

（3）选标准气缸
根据缸径、行程和安装方式，查设计手册选：夹紧缸A：QGBJΦ32×0.5，缸径0.032m、活塞杆径、行程；切削缸B：QGBFQΦ32×0.05，缸径0.032m、活塞杆径、行程；卸料缸C：QGBJΦ40×0.2，缸径0.040m、活塞杆径、行程；
①计算各气缸往复动作一次的耗气量：

式中D——气缸内径;
d——活塞杆径;
S——气缸行程。
夹紧缸：
m3
切削缸：
m3
卸料缸:
m3
上式各值是按压缩空气计算的耗气量，为选择空压机，需要按自由空气计算耗气量：

式中 ——按自由空气计算的耗气量;
——按压缩空气计算的耗气量;
——气缸的工作压力。
因此，夹紧缸A：

切削缸B：

卸料缸C：

四、 选择控制元件
（1）动力回路中的主控阀均为双气控二位四通滑阀（共3件），其公称通径根据所通过流量选定。在本例中，系统对每个气缸的动作时间无特殊要求且在工作过程中动作均单独进行，因此上述各阀流量等于该系统单位时间内平均耗气量（压缩空气），即

式中 、、——、和缸在一个工作周期中往复动作次数，本例中均为1。
、、——、和缸往复动作一次的按压缩空气计算的耗气量，其值分别为、和。
——工作周期，
由此得

按气缸容积V0和运动时间求各控制元件的合成有效截面积：

同理可求出：
SB=0.42mm2，Sc=2.62mm2，这里取每个缸单程运行时间为1s。
根据选定公称通径为6mm。查产品样本，由于该阀无此规格，最后确定为8mm。
（2）总气源开关阀为双气控二位四通阀，其公称通径根据上述计算流量，确定为8mm。
（3） 同理气源减压阀的公称通径确定为8mm。
（4）控制回路中的逻辑元件选用高压截止式“与”门元件（共11件），“或”门元件（共6件），双稳双记忆元件（6件），这些元件的公称通径均为2.5mm。
(5)控制回路中的行程阀选用二位三通常闭杠杆滚轮式行程阀（共6件），其公称通径均为3mm。
(6) 控制回路中的手动阀选用按钮式气阀（共6件），其公称通径均为2.5mm。
验算由这些元件组成的主回路的实际使用时的合成有效截面积：查手册或样本，8mm通径的方向阀有效通流面积是10mm2，8mm消声器的有效通流面积是20mm2，塑料管道选Φ8×Φ6（1m)，经计算其有效通流面积=17.3( mm2)。
合成有效截面积为：

求得S=7.94mm2，可见其合成值大于缸A要求的2.5 mm2，可以使用。另外两个缸B和C的验算过程与此类似。
接下来验算加入配管容积后对气缸动作时间的影响。
由于配管加入后气缸的动作时间为：
s
故满足原要求的运动时间1s的指标。
五、 选择辅助元件
为满足气缸运动时给定的动作时间和输出力，三联件需满足气缸运动时的最大流量，因此应分别求出动作时流入气缸的瞬时流量Q1和管道瞬时流量Q2：设缸A的前进时间为1.2s缩回时间为0.8s，那么缸A的最大速度vmax为：

那么

由Q1+Q2即可从按标准生产的产品样本中选择内径为8 mm的三联件，其出口压力在0. 4 MPa时流量为410L/min，满足要求。
其他2个气缸回路的三联件选择也按此方法验算。
(1)分水滤气器选用过滤精度为50的型，其公称通径与减压阀相一致。
(2) 油雾器选用油雾颗粒大小为50的型，其公称通径与减压阀相一致。
(3) 消声器直接配于主控阀的排气口，选用型。
六、确定管道直径及压力损失
（1）空气压缩机至设备的管道直径根据各气缸所需压缩空气量和推荐流速，按下式计算

式中——管道内径;
——各气缸单位时间内平均耗气量的总和。本例中；
——推荐流速，选。
代入上式得：

最后选定公称通径为8mm的标准管道。
（2）设备内部管道直径根据与元件的公称通经相一致原则，选定动力回路管道公称通径为8mm，控制回路管道公称通径为3mm。
（3）计算管道中的压力损失：
由于本例中管道中的流量小，管道不长，可不其压力损失，而直接确定压缩机至设备的管道中压力损失不大于，设备内部管道中压力损失不大于。因此，管道中的总压力损失：

（4）计算动力回路各元件中的压力损失：
本系统动力回路中装有分水滤气器、减压阀、油雾器、总气源开关阀、主控阀和消声器。查手册可得其压力损失分别为、、、、和（其中减压阀中压力损失是与单向顺序阀类比而确定的）。这样，压缩空气流经动力回路各元件时的总压力损失：

（5）计算回路中的总压力损失：
总压力损失等于管道中和元件中压力损失的总和，即：

七、选择空气压缩机
（1） 计算空压机的供气量：

式中 （查手册），；；。
根据前面计算结果，可得空压机的供气量：

（2）计算空压机的供气压：

根据前面计算结果，可得空压机的供气压：

（3） 根据计算出的供气量和供气压，选型空压机，其额定排气量为，额定压力为。

八、 实物连线图

九、 感想
通过纯气动和继电控制两种方法的实验搭接，在实践中我们发现了很多在画原理图过程中的疏漏，导致整个回路不能实现其功能。在实验室呆的两天多时间里通过不断地探索研究终于将两种方法都在实验台上成功完成。
这次项目设计收获颇多，感受很深。这次设计不仅使我对老师上课讲的内容有了更深的理解和进一步的认识，我还学到了很多书本上没有的知识与技能。在这个过程中发现了自身很多问题，比如说知识掌握不熟练，所以在运用起来感觉很吃力。经过在过程中不断发现问题和改正问题使我明白，求学一定要严谨，不要似懂非懂就去搞设计，一定要细心认真对待每一个环节，不能有丝毫的马虎。遇到困难，不要退缩，因为只有遇到问题，解决问题，才能在不断地改进中提升自己的能力。在这次实践中，我还认识到了合作的重要性，让我明白了团结的力量。总之，在这次项目设计中我学到了很多，收获了很多。

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