气动说明书.docx

第1章 设计的目的和任务一、课程设计的目的通过课程设计培养学生综合运用所学知识的能力，提高分析和解决问题能的一个重要环节，专业课程设计是建立在专业基础课和专业方向课的基础的，是学生根据所学课程进行的工程基本训练，课程设计的目的在于：1、综合运用气压传动与控制课程和其它先修课程的知识，分析和解决气压系统设计的问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。2、通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识，理论联系实际，培养学生分析问题，解决问题的能力。3、加强对设计方案分析选择、设计计算、元件结构设计、工艺设计、机械制图、运用标准和规范手册等有关设计资料的技术训练，为毕业设计及以后工作打好基础。4、树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。二、课程设计的任务及要求设计要求：该机械手的功能是，先将棒料放在有滚轮的导轨上，然后进行机械手抓紧、送料、夹紧、进刀、退刀等动作；要求每一分钟落料7个工件；气源压力0.8Mpa。对气压的要求如下：工作环境为室内，要求运动平稳，工作可靠，操作方便，电控气动阀控制。名 称抓 紧送 料夹 紧进 刀输出力/N30030012001200行程/mm40702060具体步骤如下：1、先根据参考资料，确定合适的设计方案。2、通过计算、分析设计执行元件的参数：气缸的内径、壁厚，活塞杆的直径，耗气量的计算，验算设计结果，导向装置的设计，驱动元件的选择，管路设计，底座的设计3、根据动力和总体参数的选择和计算，进行总体设计，完成机械系统的主要部件图。4、应用启动原理图，设计控制电路，编写控制程序，绘制电气控制电路原理图。第2章 总体方案计该机械手的动作过程类似于博世力士乐机电一体化实验室的教学生产线，所以可以仿照该生产线的结构布局进行机械手气压系统的设计。对照设计任务要求，并通过对以前学习过的课程进行综合考虑，初步决定采用如下图所示的气动系统。1气泵 2油水分离器 3分水过滤器 4减压阀 5气压表 6油雾器 7消声器 8三位五通电磁换向阀 9节流阀 10、11、12、13双作用单活塞杆气缸第3章 机械系统的设计 本方案的机械设计中重在气缸的设计，气缸1的作用是实现物料的抓紧放松，气缸2的作用是实现物料横向输送，气缸3的作用是夹紧放松，气缸4的作用是控制进退刀。对气缸结构的要求一是重量尽量轻，以达到动作灵活、运动速度高、节约材料和动力，同时减少运动的冲击，二是要有足够的刚度以保证运动精度和定位精度 。气缸的设计步骤内容步 骤内 容1选择气缸的类型及安装方式2确定气缸的输出力及速度3计算和确定气缸主要尺寸参数（如缸筒内径、缸筒壁厚、活塞杆直径、行程、缓冲、耗气量等）4根据工作要求及缸的类型，确定气缸各部结构、材料、技术要求等，进行结构设计3.1 进退刀缸的设计3.1.1 气缸的类型及安装方式选择根据缸拖动的工作机构的运动要求选择双作用普通气缸，即双作用单活塞杆气缸。根据缸拖动的工作机构结构要求及安装位置等选择固定式气缸。3.1.2 气缸输出力及速度由已知条件知，气缸输出力为1200N，行程为60mm。3.1.3 气缸的主要尺寸及结构设计1、气缸的主要尺寸设计（1）气缸直径D气缸的直径也就是气缸的内径，根据外负载F来确定，起源供气压力为p=0.8MPa，推力做功，由实际输出力公式得气缸缸筒内径为：D=4F1（p） 取=0.6，则：D=4*1200（*0.8*0.6）= 52.25mm根据气缸内径尺寸系列（GB/T2348-1993）圆整为标准缸径，取D=63mm。（2）活塞行程L活塞行程L一般根据实际需要确定，通常L值取（0.55）D，此处L=60mm。（3）气缸的进、排气口直径d0气缸进、排气口直径d0的大小，直接决定了气缸进气速度，也决定了活塞的运行速度。设计中，应予以充分的重视，直径d0的确定可根据空气流经排气口的速度v来计算，一般取v=1025m/s，因而d0为d0=4qv式中，q为工作压力下输入气缸的空气流量。一般情况下进排气口直径d0的大小可根据气缸内径D的大小来选取。如下表所示：气缸进排气口直径气缸内径D/mm进排气口直径d/mm4050 6380 100 125140 160 1808101520故进排气口直径d0=10mm。2、气缸的主要结构设计1）气缸筒的结构尺寸设计 气缸筒的主要作用是提供压缩空气的储存与膨胀空间及对活塞实现导向，从而通过活塞将压力能转化为机械能。气缸筒均为圆筒形状，主要要确定的尺寸为（1）气缸筒直径（即为气缸内径）D=4*1200（*0.8*0.6）= 52.25mm（2）气缸筒的长度l 长度l应为活塞的行程L和活塞宽度H之和，即lL+H=60+0.7*63=104.1mm圆整为l=110mm。导向套滑动面长度A:由于D10d时，要进行压杆稳定性校正，以保证活塞杆不产生弯曲。其校核方法可参阅有关手册和资料。经计算，活塞杆直径d=18mm满足要求。4）气缸的缓冲机构为防止气缸在行程末端时，活塞以很大的速度（一般为1m/s左右）撞击端盖，引起气缸振动和损坏，常采用带有缓冲装置的缓冲气缸。缓冲气缸的缓冲装置通常由缓冲柱塞、柱塞孔、节流阀和单向阀构成。缓冲柱塞要有足够的行程长度x和直径d。缓冲腔的缓冲条件为3.19p1（D2-d2）xmv2常用于确定缓冲柱塞直径d和长度x的计算公式。5）气缸的其他结构设计（1）缸筒和缸盖缸筒和缸盖的连接形式选择双头螺柱连接；缸筒为普通型缸筒，材料为20无缝钢管，缸盖为无缓冲气缸前盖和缓冲气缸后盖，材料为铸铁。（2）活塞和活塞杆活塞和活塞杆为O型密封圈密封；活塞材料为铸铁HT150，活塞杆材料为45钢；活塞的密封依情况而定。3、气缸的耗气量气缸的耗气量与气缸活塞直径D、活塞杆直径d、活塞的行程L及单位时间往复次数N有关。单出杆双作用式气缸每分钟活塞运动的耗气量为V=4（2D2-d2）LN=4（2*632-182）*110*7=4.6*106mm3/min=4.6L/min自由空气的消耗量为Vsz=Vsp+0.10130.1013=1.5*4.6*0.8+0.10130.1013=61.4 L/min3.2 抓料缸的设计3.2.1 气缸的类型及安装方式选择根据缸拖动的工作机构的运动要求选择双作用普通气缸，即双作用单活塞杆气缸。根据缸拖动的工作机构结构要求及安装位置等选择固定式气缸。3.2.2 气缸输出力及速度由条件知，气缸输出力为300N，行程为40mm。3.2.3 气缸的主要尺寸及结构设计1、气缸的主要尺寸设计（1）气缸直径D气缸的直径也就是气缸的内径，为：D=4F1p=4*300*0.8*0.6=28.2mm圆整为标准缸径，取D=32mm。（2）活塞行程L活塞行程L一般根据实际需要确定，通常L值取（0.55）D，此处L=40mm。（3）气缸的进、排气口直径d0一般情况下进排气口直径d0的大小可根据气缸内径D的大小来选取。故进排气口直径d0=8mm。2、气缸的主要结构设计1）气缸筒的结构尺寸设计（1）气缸筒直径（即为气缸内径） D=32mm（2）气缸筒的长度l 长度l应为活塞的行程L和活塞宽度H之和，即lL+H=40+0.7*32=62.4mm圆整为l=70mm。导向套滑动面长度A:由于D80mm 所以A=0.7D=0.7*32=22.4mm取伸出长度37.6mm，则活塞杆的长度为L+B+A+37.6=70+22.4+37.6=130mm（3）缸筒壁厚一般气缸缸筒与内径之比/D1/10,其壁厚通常按薄壁筒公式计算=Dpp2p+C此处根据气缸缸筒壁厚表查询，取=5mm（4）活塞杆直径d=0.160.4D则d=9.624mm，根据气缸活塞杆外径尺寸系列（GB/T2348-1993）圆整为标准缸径，取d=12mm。2）活塞的结构设计活塞采用铸铁活塞及O形或Y形密封圈实现密封。活塞的外径即是气缸的内径，二者的配合精度，采用H8/f9配合，活塞表面粗糙度Ra=0.8m。活塞的宽度H取决于密封圈的排数，采用两排密封圈。活塞上沟槽的深度和宽度根据所选用的密封圈来确定。3）活塞杆及其强度校核经验算，活塞杆直径d=12mm满足要求。4）气缸的缓冲机构缓冲腔的缓冲条件为3.19p1（D2-d2）xmv2常用于确定缓冲柱塞直径d和长度x的计算公式。5）气缸的其他结构设计（1）缸筒和缸盖缸筒和缸盖的连接形式选择双头螺柱连接；缸筒为普通型缸筒，材料为20无缝钢管；缸盖为无缓冲气缸前盖和缓冲气缸后盖，材料为铸铁。2）活塞和活塞杆活塞和活塞杆为O型密封圈密封；活塞材料为铸铁HT150；活塞杆材料为45刚。活塞的密封依情况而定。3、气缸的耗气量气缸的耗气量与气缸活塞直径D、活塞杆直径d、活塞的行程L及单位时间往复次数N有关。单出杆双作用式气缸每分钟活塞运动的耗气量为V=4（2D2-d2）LN=4（2*322-122）*70*7=11.7*106mm3/min=0.73L/min自由空气的消耗量为Vsz=Vsp+0.10130.1013=1.5*0.73*0.8+0.10130.1013=9.8 L/min3.3 送料缸的设计3.3.1 气缸的类型及安装方式选择根据缸拖动的工作机构的运动要求选择双作用普通气缸，即双作用单活塞杆气缸。根据缸拖动的工作机构结构要求及安装位置等选择固定式气缸。3.3.2 气缸输出力及速度由条件知，气缸输出力为300N，行程为70mm。3.3.3 气缸的主要尺寸及结构设计1、气缸的主要尺寸设计（1）气缸直径D气缸的直径也就是气缸的内径，为：D=4F1（p）=4*300（*0.8*0.6）=28.2mm圆整为标准缸径，取D=32mm。（2）活塞行程L活塞行程L一般根据实际需要确定，通常L值取（0.55）D，此处L=70mm。（3）气缸的进、排气口直径d0一般情况下进排气口直径d0的大小可根据气缸内径D的大小来选取。故进排气口直径d0=8mm。2、气缸的主要结构设计1）气缸筒的结构尺寸设计（1）气缸筒直径（即为气缸内径） D=32mm（2）气缸筒的长度l 长度l应为活塞的行程L和活塞宽度H之和，即lL+H=70+0.7*32=92.4mm圆整为l=100mm。导向套滑动面长度A:由于D80mm 所以A=0.7D=0.7*32=22.4mm取伸出长度37.6mm，则活塞杆的长度为L+B+A+37.6=100+22.4+37.6=160mm（3）缸筒壁厚一般气缸缸筒与内径之比/D1/10,其壁厚通常按薄壁筒公式计算=Dpp2p+C此处根据气缸缸筒壁厚表查询，取=5mm（4）活塞杆直径d=0.160.4D则d=9.624mm，根据气缸活塞杆外径尺寸系列（GB/T2348-1993）圆整为标准缸径，取d=12mm。2）活塞的结构设计活塞采用铸铁活塞及O形或Y形密封圈实现密封。活塞的外径即是气缸的内径，二者的配合精度，采用H8/f9配合，活塞表面粗糙度Ra=0.8m。活塞的宽度H取决于密封圈的排数，采用两排密封圈。活塞上沟槽的深度和宽度根据所选用的密封圈来确定。3）活塞杆及其强度校核经验算，活塞杆直径d=12mm满足要求。4）气缸的缓冲机构缓冲腔的缓冲条件为3.19p1（D2-d2）xmv2常用于确定缓冲柱塞直径d和长度x的计算公式。5）气缸的其他结构设计（1）缸筒和缸盖缸筒和缸盖的连接形式选择双头螺柱连接；缸筒为普通型缸筒，材料为20无缝钢管；缸盖为无缓冲气缸前盖和缓冲气缸后盖，材料为铸铁。2）活塞和活塞杆活塞和活塞杆为O型密封圈密封；活塞材料为铸铁HT150；活塞杆材料为45刚。活塞的密封依情况而定。3、气缸的耗气量气缸的耗气量与气缸活塞直径D、活塞杆直径d、活塞的行程L及单位时间往复次数N有关。单出杆双作用式气缸每分钟活塞运动的耗气量为V=4（2D2-d2）LN=4（2*322-122）*100*7=1.05*106mm3/min=1.05L/min自由空气的消耗量为Vsz=Vsp+0.10130.1013=1.5*1.05*0.8+0.10130.1013=13.96 L/min 3.4 夹紧缸的设计3.4.1 气缸的类型及安装方式选择根据缸拖动的工作机构的运动要求选择双作用普通气缸，即双作用单活塞杆气缸。根据缸拖动的工作机构结构要求及安装位置等选择固定式气缸。3.4.2 气缸输出力及速度由条件知，气缸输出力为1200N，行程为20mm。3.4.3 气缸的主要尺寸及结构设计1、气缸的主要尺寸设计（1）气缸直径D气缸的直径也就是气缸的内径，为：D=4F1（p）=4*1200（*0.8*0.6）=56.4mm圆整为标准缸径，取D=63mm。（2）活塞行程L活塞行程L一般根据实际需要确定，通常L值取（0.55）D，此处L=20mm。（3）气缸的进、排气口直径d0一般情况下进排气口直径d0的大小可根据气缸内径D的大小来选取。故进排气口直径d0=10mm。2、气缸的主要结构设计1）气缸筒的结构尺寸设计（1）气缸筒直径（即为气缸内径） D=63mm（2）气缸筒的长度l 长度l应为活塞的行程L和活塞宽度H之和，即lL+H=20+0.7*63=64.1mm圆整为l=70mm。导向套滑动面长度A:由于D80mm 所以A=0.7D=0.7*63=44.1mm取伸出长度45.9mm，则活塞杆的长度为L+B+A+37.6=70+44.1+45.9=160mm（3）缸筒壁厚一般气缸缸筒与内径之比/D1/10,其壁厚通常按薄壁筒公式计算=Dpp2p+C此处根据气缸缸筒壁厚表查询，取=5mm（4）活塞杆直径d=0.160.4D则d=10.0825.2mm，根据气缸活塞杆外径尺寸系列（GB/T2348-1993）圆整为标准缸径，取d=18mm。2）活塞的结构设计活塞采用铸铁活塞及O形或Y形密封圈实现密封。活塞的外径即是气缸的内径，二者的配合精度，采用H8/f9配合，活塞表面粗糙度Ra=0.8m。活塞的宽度H取决于密封圈的排数，采用两排密封圈。活塞上沟槽的深度和宽度根据所选用的密封圈来确定。3）活塞杆及其强度校核经验算，活塞杆直径d=18mm满足要求。4）气缸的缓冲机构缓冲腔的缓冲条件为3.19p1（D2-d2）xmv2常用于确定缓冲柱塞直径d和长度x的计算公式。5）气缸的其他结构设计（1）缸筒和缸盖缸筒和缸盖的连接形式选择双头螺柱连接；缸筒为普通型缸筒，材料为20无缝钢管；缸盖为无缓冲气缸前盖和缓冲气缸后盖，材料为铸铁。2）活塞和活塞杆活塞和活塞杆为O型密封圈密封；活塞材料为铸铁HT150；活塞杆材料为45刚。活塞的密封依情况而定。3、气缸的耗气量气缸的耗气量与气缸活塞直径D、活塞杆直径d、活塞的行程L及单位时间往复次数N有关。单出杆双作用式气缸每分钟活塞运动的耗气量为V=4（2D2-d2）LN=4（2*632-182）*70*7=3.03*106mm3/min=3.03L/min自由空气的消耗量为Vsz=Vsp+0.10130.1013=1.5*3.03*0.8+0.10130.1013=40.4 L/min3.5 气泵的选择根据上面各缸自由空气耗气量的计算，参考液压气动技术速查手册，可选择V型空气压缩机。 空气压缩机典型产品概念产 品类 型排气量/(m3min-1)排气压力/MPa驱动电机功率/kW转速/(rmin-1)总质量/kgV型空压机0.130.71.51.11.55551450931038Z型风冷移动式空压机0.551.60.71.45.5136851370273400W型风冷移动式空压机0.250.340.70.375.5950144057160HP型滑片式风冷空压机0.150.600.50.81.54.073014203270活塞式无油空压机0.01530.30.18221400508203.6 气动辅件选择气动辅件包括后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器、过滤器、油雾器、自动排水器、消声器、转换器、管件（包括管道、管接头、管路布置等）。该设计中选择撞击折回式油水分离器，置于冷却器后的气源管道上；二次过滤器，即分水滤气器，装在减压阀之前；396系列油雾器，使润滑油雾化，并随气流进入到需要润滑的部件，达到润滑目的；吸收型消声器。其它元器件选用：元 器 件型 号数 量单向节流阀QLA-L64三位五通电磁换向阀3K35D2-L64消声器QXS-L108油雾器QY21气压表1减压阀QP31分水过滤器QL21油水分离器AFM201气压泵2V-0.4/101第4章 控制系统组成1.PLC端口地址分配表如下：输 入输 出现场信号端口地址说 明现场信号端口地址说 明1SB0X000急停按钮1YA1Y001机械手张开2SQ1X001判断有无工件2YA2Y002机械手收紧3SQ2X002抓紧3YA3Y003输送到位4SQ3X003放松4YA4Y004输送缸归位5SQ4X004送料缸归位5YA5Y005夹紧缸夹紧6SQ5X005送料到位6YA6Y006夹紧缸放松7SQ6X006刀具回位7YA7Y007进刀8SQ7X007进刀到位8YA8Y008退刀9SQ8X010放松10SQ9X011夹紧11SB1X012开始按钮12SB2X013复位按钮13SA1-1X014自动选择14SA1-2X015复位选择2、控制流程图如下：3、梯形图：4、源程序：第6章 设计小结此次课程设计培养学生了综合运用所学知识的能力，是提高分析和解决问题能力的一个重要环节，专业课程设计是建立在专业基础课和专业方向课的基础之上的，是学生根据所学课程进行的基本工程训练，课程设计达到了如下目的：1、综合运用气压传动与控制课程和其它先修课程的知识，分析和解决气压系统设计的问题，进一步巩固