Y型高速平缝机自动压轴套机

1、1 概 述 机械一体化技术是机械技术，液压技术和电子技术的有机结合。它是在融合了机械、电子、计算机、传感器、自动控制等多学科技术的基础上发展起来的一门新兴学科。制造业是所有与制造有关的企业机构的总体,是国民经济的支柱产业,它一方面创造价值,生产物质财富和新的知识,另一方面为国民经济各部门包括国防和科学技术的进步与发展提供先进的技术和装备。在工业化发达国家，约有四分之一的人从事各种形式的制造活动，在非制造业部门，约有半数人的工作性质与制造业密切相关，在大多数国家和地区的经济腾飞中，制造业功不可没！据估计，工业化国家约约百分之七十至八十的物质财富来自于制造业，因此，很多国家特别是美国把制定制造业发

2、展战略列为重中之重。美国认为制造业不仅仅是一个国家国民经济的支柱，而且对经济和政治的领导地位也有决定性影响。1987年美国国防部的一份报告指出，要重振美国经济雄风，要在下一世纪全球经济中继续保持美国经济霸主地位，必须大力发展制造业。可见，制造业对一个国家的经济地位和政治地位具有至关重要的影响，在二十一世纪的工业生产中具有决定性的作用。我国正面临着制造业新时代的到来。1.1 机械电子系统的设计 设计步骤和准则如同一般机械设计一样，机械电子系统也采用三段设计方法，即总体设计、功能设计和详细设计，或者分为初步设计、技术设计和工艺设计。总体设计要求设计者提出并确定设想，对设计对象提出方案，建立模型。在

3、功能设计、详细设计时则要利用专业知识进行计算、分析，并且要进行评价和优化，对方案和模型进行改进、调整。经过设想计算评判，最后产生设计文件。设计多采用既分阶段又平行兼顾的原则，以便相互协调。具体步骤可分为：（a）明确设计要求；（b）划分功能模块，决定性参数；（c）调研类似产品；（d）拟订总体方案，定型；（e）编写总体说明书。设计中应注意的问题有：（a）以机电互补原则进行功能划分，明确哪些由机械技术实现的功能，改由电子技术的硬件和软件来实现，用以简化机械结构，发挥机械电子技术效果；（b）尽量用图表表示功能要求；（c）分析产品的专用性和批量，弄明产品的特性；（d）分析自动化程序及其适用性；（e）弄清

4、环境条件要求；（f）动员特性分析；（g）机、电、液、气四种传动的最佳组合；（h）可靠性分析；（i）结构尺寸空间布置分析；（j）特殊功能分析：低速稳定性、抖动要求、快速响应与定位精度要求。机械电子基本的设计准则是在保证使用要求和使用寿命前提下降低成本1。用户需要的是质优价廉的产品，产品成本的高低主要取决于产品的设计。一是从制造厂出发要降低设计与制造成本；二是从用户出发要降低使用成本，延长平均故障间隔，减少因故障停机给用户造成的损失，进一步提高其工作能力。 机械电子系统设计流程（1）根据要求确定产品的规格、性能指标 机械电子系统是用来改变物质的形状、形态、位置尺寸和特性，即要实现一定的运动的并且提

5、供必要的动力。其基本性能指标主要有实现加工中的自由，轨迹、行程、精度、速度、动力、稳定性和自动化程度。以下常用做评价机械电子产品和系统的基本指标：（a）运动参数：设备工作运动，如轨迹、行程、方向和起、终点位置。（b）动力参数：设备输出动力大小，如力、力矩和功率。（c）产质指标：表示运动参数和动力参数产质，如运动轨迹、行程精度、运动行程和方向的可变性、运动速度的高低稳定性、力与力矩的可调性和恒定性。（d）工艺性能指标：对产品结构提出制造容易和维修方便的要求。（e）人工程指标：考虑人与设备的关系，考虑人类的卫生、体形、生理和心理等方面的综合因素，如操作方便、噪音小。（f）美学指标：产品外形、颜色以

6、及外部环境协调等方面的要求。（g）标准化指标：组成产品的零部件的标准化程度。（2）根据系统的功能部件 设备的具体结构可以按照各组成部分及各部分之间的接口为基础来划分功能部件。一台机器常常由若干直线和回转运动组合成，在控制上形成若干自由度，可以按运动的自由度划分成若干功能子系统，再按子系统划分功能部件1。系统的执行机构和机体，一般需要自行设计，而动力源、监测装置和控制装置，企业可自行设计也可以选用通用产品。（3）接口设计 接口设计就是解决各组成部分的连接和匹配问题。动力源和执行机构之间、监测装置和执行机构之间通常是机械接口。机械接口有两种形式：一种是动力源和执行机构之间的联轴器和传动轴，以及直接

7、将传动装置和执行机构连接在一起的联轴器、螺钉、柳钉等，直接连接时不存在任何运动和运动变化。另一种是机械传动机构，如减速器、丝杠、螺母等，控制器与动力源之间的驱动接口，控制器与监测装置之间的转换接口（如电子传输、转换电路）。（4）综合评价 采用机械电子技术的目的是提高系统的附加价值。附加价值的高低必须以衡量产品性能和结构质量的各种定量指标为依据，不同的评价指标可采用不同的评价方法。具体设计时，常采用不同的设计方案来实现功能要求和性能指标。需对这些方案进行综合评价，找出最佳方案。（5）可靠性复查 机械电子系统容易产生电子故障和软件故障，从而导致机械故障，而且容易受到电噪声的干扰，因此可靠性问题特别

8、重要，是用户最关心的问题之一，除采用可靠性设计方法外，还必须采取必要的可靠性措施。初步设计完成后，还需要进行可靠性复查和分析，以便及时发现问题及时纠正。（6）试制与调试 样机试验是检验产品设计制造可行性的重要阶段。通过样机试验可检验各项性能指标是否符合设计要求，以便及时修改和完善设计。1.2 液压系统的设计液压传动相对于机械传动来说，是一门新兴技术。人类使用水力机械及液压技术虽然已有很长历史，但是，液压技术在机械领域中加以利用并取得迅速发展则是二十世纪特别是第二次世界大战以来的事。由于液压传动具有很多突出优点，因而目前已广泛应用在工农业机械、机床、交通运输、陆地行走设备、船舶、飞机、导弹等各个

9、方面。流体传动系统适用于需要大功率、高精度控制的场合，其应用范围从机器人、宇航飞行器等精密控制系统到锻压轧钢设备、工程机械和机床等工农业生产领域，其位置精度可达0.1mm，动力可达数兆瓦。流体传动系统包括液压传动系统和电流控制系统。液压传动因具备很多其它传动方式所没有的独特优点，所以得到了广泛应用。电液系统利用电信号容易处理的特点，既可产生很大动力，又可实现高精度控制4。 液压传动系统的主要组成部分（a）能源装置：它是将机械能转换成液压能的一种装置，一般常见形式是液压泵， 它为液压系统提供压力油，使整个系统能够动作起来。（b）执行装置：它是把油液的液压能转换成机械能的装置。如液压缸、液压马达等

10、。控制调节装置：它是控制液压系统中油液的压力、流量和流动方向的装置。 如溢流阀、节流阀等。（c）辅助装置：是液压系统除上述三项装置以外的装置。如油箱、油管等。他们对保证液压系统可靠、稳定、持久的工作有着重要的作用4。 液压传动的优点液压传动与机械、电气和气动相比较，有以下优点：（a）液压传动与机械、电力、气动相比，在输出同等功率的条件下，其结构紧凑体积小，重量轻，承载能力强。（b）采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，便于实现自动化。（c）可以自由的实现无级调速，而且能获得很大调速比。（d）惯性小，动作灵敏，启动、制动迅速，运动平稳，可以快速的无冲击的变速和换向。液压传动的动力和储存都很方便。

11、由于用管道传递压力油，所以液压元件机构和装置都易于布局，各元件的安装自由度很大，可以随意放到任何适当位置，并能远距离操纵。自动防止过载，避免发生事故。可以采用大推力的液压缸和大扭矩的液压马达直接带动负载，从而省去了中间的减速装置，是机械化结构简单，减少零件数目，是产量增加，成本降低。易于实现系列化、标准化、通用化，故易于设计制造和推广使用，缩短了制造周期，并提高了生产效率4。 液压传动的缺点任何事情都有缺点，液压系统也不例外，它也有一些缺点：（a）液压传动装置以液体为工作介质，无法避免泄露，液体的泄露和可压缩性使液压传动无法保证严格的传动比。（b）液压传动中的液压冲击和空穴现象会产生很大的噪音

12、和振动。（c）液压传动装置由于在能量转换及传递过程中存在着摩擦损失、压力损失和泄露损失而使总效率降低，不宜于作远距离传动。（d）液压传动装置对油温和负载变化比较敏感，不宜在低温及高温条件下工作。液压传动装置对油液的污染比较敏感，要求有良好的过滤设备。（e）液压传动装置要求有单独的能源（例如液压泵站），液压能不像电能那可以从远处来。液压元件制造精度要求高，造价高，需组织专业生产。（f）动装置出现故障时，不易检查故障原因，不易迅速排除。总的说来，液压传动优点较多，其缺点随着生产技术的发展正在逐步加以克服，因此液压传动在现代化生产中有着广阔的发展前景4。1.3 电气控制部分 PLC的产生可编程控制器

13、，即PLC机，是20世纪60年代末首先在美国出现的。最初成为可编程逻辑控制器，简称PLC。目的是用来替代继电器控制盘，具有逻辑判断，定时记数等顺序功能。当时，大规模生产线的控制电路大多是继电制盘构成的，这种控制装备可靠性低，体积大，耗电多，改变生产程序则更为困难。为了改变这种状况，提高生产效益，1958年，美国通用汽车公司对外公开招标，想用新的控制装置取代继电控制盘，该公司对新型 控制器提出了如下要求：（a）编程简单，可在现场修改程序。（b）维修方便，采用插件式结构。（c）可靠性高于继电控制盘。（d）体积小于继电控制盘。（e）数据可以直接送入计算机。（f）成本可与继电控制盘相竞争。（g）输入可

14、为序电。（h）输出可为序电，要求在2A以上，可直接驱动电磁阀、接触器等。（i）扩展时原系统变更最少。（j）可以存储程序，存储量大于4K。 可编程控制器特点（1）可靠性高，抗干扰能力强。PLC是专为工业控制而设计，在硬件方面采用了电磁屏蔽、光电隔离、模拟量和数字量滤波，优化电源电路等措施，并对元件进行严格的筛选，自动恢复等措施，利用后备电池对程序和动态数据进行保护，其平均无故障时间达到35万小时。（2）编程方便，使用简单。PLC使用简单，一般情况下，不需要考虑接口问题，只需用螺丝刀就可以完成全部接线工作。（3）功能完善，应用灵活。PLC的基本功能包括数字和模拟量输入/输出。算术和逻辑运算、定时、

15、计数、移位、比较、代码转换等，其扩展功能有批数据传送、排序查表中断控制、函数用算、通讯联网、PID闭环控制、监控报警等，可以组成功能完善的控制系统。（4）环境要求低，适应性强、由于PC的抗干扰能力强，可适用于恶劣的工业环境。2 机械部分设计2.1 概述 高速平缝机是服装生产中应用非常广泛的一种缝纫设备。在以往的生产中，这类机器的轴套的装入采用的是手工打入的方式。此中方式劳动强度大，生产效率低，产品质量差。随着科学技术的发展和社会生产力的逐步提高，以往的生产方式已经不能满足社会需要，于是需要一种新的加工方式来替代以往落后的生产方法。于是，自动压轴套技术应运而生。 图2-1 各轴套在机壳中的位置

16、1竖轴下套 2主轴传动套 3主轴传动辅助套 4针杆下套YJ1型压轴套机是缝纫机生产线上专用机电设备，适用于流水线作用生产，平均日生产可达800台以上。压轴套是缝纫机生产线上重要工作环节，主要负责向高速平缝机压入主轴传动套，主轴传动辅助套，竖轴下套以及针杆下套。2.2 机械部分的设计计算 设计机械零件时应满足的基本要求（1）避免在预定寿命期内失效的要求（a）强度零件在工作中发生裂变或不允许的残余变形统属于强度不足。上述失效形式，除了与用于安全装置中预定适时破坏的零件外，对任何零件都是应当避免的。因此。具有适当的强度是设计零件时必须满足的基本要求2。有些大零件，比如床身等，虽然在工作时不会发生裂变

17、，但在运输过程中由于吊装、 固定的操作，也可能使零件承受比工作载荷大得多得载荷，因而引起断裂。此时，就应当优先考虑运输得强度问题。为了提高机械零件得强度，在设计时，原则上可以采用以下措施：采用强度高得材料；使零件具有足够得截面面积；合理的设计零件得截面形状，以增大截面得惯性矩；采用热处理和化学处理得方法，以提高材料的机械强度特性；提高运动零件得制造精度，以降低工作时得动载荷；合理地配置机械中各零件得相互位置，以降低作用于零件上得载荷等5。（b）刚度零件在工作时所产生得弹性变形不超过允许得限度，这叫满足了刚度要求。显然，只有当弹性变形过大以致影响机器工作性能得零件才需要满足这项要求。对于这类零件

18、，设计时除了要作强度计算外，还必须作刚度计算。零件的刚度分整体变形刚度和表面接触刚度两种。前者是指零件整体在载荷作用下发生得伸长、缩短、绕曲、扭转等弹性变形得程度；后者指因原零件接触表面的微观在外载荷作用下发生变形所导致两零件相对位置变化的程度。原则上说，为了提高零件的整体刚度，可以采取增大零件截面尺寸或增大截面的惯性矩、缩短支撑跨距或采用多支点结构，以减小绕曲变形等。为了提高接触刚度，可采取增大接触面以降低压力；采用精加工以降低表面粗糙度等5。有的零件在工作中初期虽然能够满足各种工作要求，但在工作一定时间后，却可能某种或某些原因而失效。这个零件正常运作延续的时间就叫做零件的寿命。影响零件寿命

19、的主要原因有：材料的疲劳，材料的腐蚀以及相对运动零件接触表面的磨损等三个方面。大部分机械零件均在应变力条件下工作，因而疲劳破坏是引起零件失效的主要原因。近代对零件进行精确的强度计算时，都要考虑零件材料的疲劳问题。影响零件材料疲劳强度的主要因素是：应力集中，零件尺寸大小，零件表面品质以及环境状况。在设计零件时，应努力从这几个方面采取措施，以提高零件抵抗疲劳破坏的能力6。（2）结构工艺性要求零件具有良好的结构工艺性，这是在既定的生产条件下，能够方便的经济地生产出来，并便于装配成机器这一特性。所以，零件的结构工艺性应从毛坯的制造、机械加工过程及装配等各种生产环节加以综合考虑。工艺性是和机器生产批量大

20、小及具体的生产条件相关的。为了改善零件的工艺性，就应当熟悉当前的生产水平及条件。对零件的结构工艺性具有决定性影响的零件结构设计在整个设计工作中占很大比重，这个必须予以足够的重视。（3）经济性要求零件的经济性主要表现在零件本身的生产成本上。设计零件时，应当力求设计出耗费最少的零件。所谓耗费，除了钱财的耗费外，还应当包括制造时间及员工的耗费。要降低零件的成本，首先要采用轻型的零件结构，以降低材料消耗；采用少余量或无为余量的毛坯或简化零件结构，以减少加工工时。这些对降低零件成本都有显著作用。工艺性良好的结构就意味着加工及装配费用低，所以工艺改善机器的动力性能，减少作用于结构上的惯性载荷。此外，对于运

21、输机械的零件，由于减少了本身的质量，就可以增加运载量，从而提高机器的经济效能。另外，尽可能采用标准化的零、部件也可在经济方面取得很大的效益。（4）重量的要求对绝大多数零件来说，都应当力求减小重量。小重量有两方面的好处：一方面可以节约材料；另一方面，对于运动零件来说，可以减小惯性，改善机器的机械性能，减小作用与结构上的惯性载荷。（5）可靠性要求零件可靠性的定义是：在规定的使用时间内和预定的环境条件下，零件能够正常地完成其功能地概率。对于绝大多数地机械来说，失效地发生都是随机性的。在于那些衡量零件工作条件的数量指标的随机性。因此，为了提高零件的可靠性，就应当在工作条件和零件性能两个方面使其随机化尽

22、可能的小。此外，在使用中应加强维护和对工作条件的监测，也可以提高零件的可靠性。 机械零件的设计机械零件的设计方法，可从不同的角度做出不同的分类。目前较为流行的分类方法是把过去长期采用的设计方法称为常规设计方法，近几十年发展起来的设计方法称为现在设计方法。机械零件的常规设计方法可概括的划分为以下几种：（1）理论设计根据长期总结出的设计理论和实验数据所进行的设计，称为理论设计。现以简单受拉杆件的强度设计为例来讨论理论设计的概念。设计时强度计算可按公式： ， （2-1）公式中：F作用于拉杆上的外载荷A拉杆横截面面积拉杆材料的极限应力S设计安全系数对于以上预算过程，可以有以下两大类不同的处理方法：（a

23、）设计计算 由公式直接求出杆件必须得载荷面积尺寸A （2-2）（b）校核计算再按其他方法初步设计出杆件的横截面尺寸后，可选下列方式之一进行校核计算。 （2-3） （2-4） （2-5） （2-6） 式中Sca为安全系数计算值，或简称为计算安全系数。设计计算多用于能通过简单的力学模型进行设计的零件，校核计算则多采用于结构复杂，应力分布较复杂，但又能与现有的应力分析方法或变形分析方法进行计算的场合。 （2）经验设计根据对某些零件已有的设计与使用实践的归纳出的经验关系式。或根据设计本人的工作经验用类比的方法所进行的设计叫做经验设计。这对于那些使用要求不大变动的结构形状以典型化的零件，是很有效的设计方

24、法。例如，箱体、机架、传动零件的各结构要素。（3）模型试验设计对于一些尺寸巨大的结构又复杂的重要零件，尤其是一些重型整体机械零件，为了提高设计质量，可采用模型试验设计的方法。即初步设计的零部件和机器做成小模型或小尺寸样机，经过试验的手段对其各方面的特性进行检验，根据实验结果对设计逐步的修改，从而达到完善，这样的设计过程叫做模型试验设计. 机械零件设计的一般步骤机械零件的设计大体要经过一下几个步骤：（a）根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。为此，必须对各种零件的不同类型、优缺点、特性与使用范围等进行综合对比并正确选用。（b）根据零件的工作要求，计算作用在零件上的载荷。（c）根据零件的工作条

25、件及零件的特殊要求，选择适当地材料。（d）根据零件可能的失效形式确定计算准则，根据计算准则进行计算，确定出零件的基本尺寸。（e）根据工艺区及标准化等原则进行零件的机构设计。（f）细节设计完成后，必要时进行详细的校核计算，以判断结构的合理性。（g）发出零件的工作图，并写出计算说明书。在进行设计时，对于数值得计算除少数与几何尺寸精度要求有关外，对于计算工作，一般两、三位有效数字的计算精度为宜。必须再强调指出，结构设计是机械零件的重要设计内容之一，在有些情况下，它占了设计工作中的一个较高的比例，一定要予以足够的重视。绘制的零件工作图应完全符合制图标准，并能满足加工的要求。 机械零件材料的选用原则机械

26、零件所用的材料是多种多样的，但是金属材料，尤其是黑色金属材料，应用的最多最广泛。 从各种各样的材料中选择出合用的材料，是一项受到多方面因素制约的工作，下面将提出一下选择材料的一般原则，作为选择材料的依据。（1）载荷大小和性质、应力的大小、性质及其分布状况脆性材料原则上只适用于制造在静载荷工作的零件。在多少有些冲击的情况下，应用塑性材料作为主要使用的材料。金属材料的性能一般可通过热处理加以提高和改善，因此要充分利用热处理等手段来发挥材料的潜力。对于常用的调质钢，由于其回火温度不同，可得到机械性能不同的毛坯。如果利用热处理提高材料的塑性，则将同时降低强度及硬度。所以在选择材料的品种时，应同时规定其

27、热处理范围，并在图上标注。（2）零件的工作情况零件的工作情况是指零件所处的环境特点、工作温度、摩擦磨损的程度等。工作温度对于材料的选择的影响，一方面要考虑相互配合的零件的材料的线膨胀系数不能相差太大，以免在温度变化时产生过大的热应力，或者使配合松动；另一方面也要考虑材料的机械性能随温度而改变得情况。零件在工作中有可能发生因磨损之处，应提高其表面的硬度，以增强耐磨性。因此，应选择适于进行表面处理的淬火刚、氧化钢等品种。（3）零件的尺寸及质量零件尺寸及质量的大小与材料的品种及毛坯制取方法有关。用铸造材料制造毛坯时，一般可以不受质量及尺寸大小限制；而用锻造材料制取毛坯时，则必须注意锻压机械及其设备的

28、生产能力。零件的尺寸和质量和材料的强度比重有关，应该尽可能选用强比重大的材料，以便减小零件的尺寸和质量。 （4）零件结构的复杂程度及材料等加工可能性结构复杂的零件适选用制造毛坯，或用板材冲压后再经焊接。结构简单的零件可用锻造法制取毛坯。对材料工艺性的了解，在判断加工可能性方面起着重要作用。锻造材料的工艺性是指材料的液态流动性、收缩率、偏析程度及产生缩孔的倾向性等。焊接材料的工艺性是材料的焊接性及焊缝产生裂纹的倾向性。材料的热处理工艺是材料的可淬性、淬火变形倾向性及热处理介质对它的渗透能力等。冷加工工艺性是指材料的硬度、易切削性、冷作硬化程度及切削后可能达到的表面粗糙度等。（5）材料的经济性材料

29、的经济性主要表现在以下方面：（a）材料本身的相对价格。当用价格低廉的材料能满足要求时，就不应该选择价格高的材料。（b）材料的加工费用。例如制造某些箱体类零件，虽然铸铁比钢板价廉，但在批量小时，选用钢板焊接比较有利，因其可以省掉铸模的生产费用。（c）材料的利用率。例如采用无切削或少切削毛坯（如精铸、模锻、冷拉毛坯等），可以提高材料的利用率。此外，在结构设计时也应设法提高材料的利用率。（d）采用组合结构。例如火车车轮是在一般材料的轮芯外部套上一个硬度高而耐磨损的轮箍，这种选材的方法叫局部品质原则。（e）节约稀有材料。例如用铝青铜代替锡青铜制造轴瓦，用锰硼系合金钢代替铬镍系合金刚等。（f）材料的供应

30、情况。选材时还要考虑到当时当地材料的供应情况。为了简化供应和储存的材料品种，对于小批量制造零件，应尽可能地减少同一部机器上使用的材料品种和规格。 机械零件设计中的标准化 对于机械零件的设计工作来说，标准化的作用是很重要的。所谓零件的标准化，就是通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、制图要求等，制定出大家共同遵守的标准。标准化带来的优越性表现为：（a）能以最先进的方法在专门化工厂中对那些用途最广的零件进行大量的、集中制造，以提高质量，降低成本。（b）统一了材料和零件的性能要求，使其能够进行比较，并提高了零件性能的可靠性。（c）采用了标准结构及零、部件，可以简化设计工作，缩短设计周期，提

31、高设计质量。另外，也同时简化了机器的维修工作。机械制图的标准化保证了工程语言的统一。因此，对设计图纸的标准化检验是设计工作中的一个重要环节。对于统一产品，为了符合不同的使用条件，在统一基本机构或基本尺寸条件下，规定出若干个辅助尺寸不同的产品，称为不同系列。对于同一基本结构、同一内径的滚动轴承，制出不同外径及宽度的产品，称为滚动轴承系列。系列大小的规定，一般是以优先数系为基础的。优先数系就是按几何级数关系变换的数字系列，而级数项的公比一般取为10的某次方根。2.3 YJ1型自动压套机的结构设计 总体布局YJ1型自动压套机属于专用机床，为单件小批量生产，因此在设计中经过选择比较采用钢板，角铁焊接结

32、构。为了增加机床的刚度，机床的整体采用龙门架式结构。龙门架固定在字形结构的工作台上，成为一个刚性整体。工作台上有燕尾导轨，导轨上有台车。缝纫机机壳置于台车上，台车由台车油缸移送，这样可把机壳送到各压套的工作位置。由于YJ1型自动压套机和工作滑道连接，在龙门架横梁左右和龙门架上固定有油缸，这些油缸通过压杆和导向套及夹紧工作，如（图2-2）为YJ1型自动压套机的总体布局图。 图2-2机床总体布局1-调整螺钉 2-顶杆油缸 3-初定位油缸 4-竖轴下套油缸 5-主轴传动套油缸6-压紧杆油缸 7-针杆下套油缸 8-斜支承油缸 9-针杆下套顶杆油缸 10-后定位油缸11-台车油缸 12-缝纫机壳滑道 1

33、3-燕尾导轨 YJ1型自动压套机结构说明图2-2中2时用来调节龙门架整体高度。10是侧定位油缸，用来对高速平缝机机壳进行初定位，主轴传动套在机壳定位夹紧后负责向机壳压入主轴传动套，主轴传动辅助套夹紧油缸负责从上顶面夹紧机壳，压脚杆油缸和压脚杆顶杆油缸，主要负责压脚杆针套。斜油缸从侧面的支撑力，防止机壳在受到压脚杆油缸和压脚杆油缸向高速平缝机压入针套后的压力，而产生对机壳的扭矩和剪切力，侧定位油缸负责机壳由台车油缸把机壳送到工作为外侧面定位。以上介绍了各油缸的功能和工作位置下面就各油缸及轴套压入原理着重介绍。 工作原理我们知道高速平缝机机壳内有16个套而本专用机床则主要向其压入竖轴下套、主轴传动

34、套、主轴辅助传动套以及压脚杆下套，其工作原理是通过对机车的结构设计，主要是设计了龙门架，将各油缸固定在龙门架上，台车和定位夹紧装置在龙门架上。通过液压油缸的往复运动及其工作行程，实现对高速平缝机的初定位、定位、夹紧、压入轴套的工作环节。再由集成块来控制各工作油缸的循环工作过程，通过对各集成块的编程控制对各油缸的智能控制，实现对高速平缝机机壳轴套压入的自动化过程。 定位基准的选择基准是用于确定生产对象上几何要素上的关系所依据的点、线、面。在加工中用于定位的基准称为定位基准，又是作为基准的点线面在工件上不一定存体存在（如孔的中心线和对称中心平面等），其作用是由某些具体表面（如内孔圆柱面）体现，体现

35、基准作用的表面称为基面。任何为定位的工件在空间直角坐标系中都有6个自由度，即沿3个坐标轴移动自由度和绕3个坐标轴的转动自由度。工作定位的任务就是根据加工要求限制工作的各自由度。理论上讲工作的6个自由度可用的至少有6个支撑点加以限制，前提是这6个支撑点在空间按一定规律分布，并保持与工作的定位基准面相接触，即6点定位原理。事实上在具体的夹具中，与工件为点接触的支撑点对工作起定位作用元件，如支撑板、支撑钉、圆柱销等来实现，一个定位元件可以体现一个或多个支撑点的作用，相当于一个或多个支撑点。定位基准选择的好坏直接影响各轴套是否顺利的压入机壳和保障轴套的同轴度，一般加工机壳底板时为使定位基准与设计基准重

36、合，减少基准不重合误差，常采用底板的上平面为定位并作为主定位面。用底板的后侧面作为单向定位面，作为自动压轴套机，机壳在自动压轴套机台车上定位时有两种形式，其一是采用机壳底板上平面作为定位。这种定位方式实现了基准重合避免了几种不重合误差，但采用这种定位方式结构复杂。其二是用机壳底板的下表面作为主定位面，YJ型自动压轴套机用机壳底板的后侧面作为导向定位面，用盖板面作为止推定位面。这种方法的优点是结构简单，只要保证底板的上下表面有一定的公差要求就可以了。高速平缝机YJ型自动压轴套机用机壳底板上平面作为主定位面，用机壳的后侧面作为导向定位面，用盖板面作为止推定位面。方式如（图23） 图2-3 定位方式

37、2.4相关计算及校核 压入力的计算 压配带有一定的公盈量的包容将所需的轴向压力P见图2-4，压配时所需轴向压力根据相配零件的材料、壁厚、形状和公盈的大小而定。 （kgf） （2-6）式中：f配合时的摩擦系数，d配合时的公称直径（mm） （2-7）L压合长度（mm），k配合表面的压应力（kgf/mm²）它由以下公式计算： （2-8） （2-9） 查机械零件手册：计算公盈 =5×10-3被包容件的弹性模量 E1=1.9×104kgf/mm2包容件的弹性模量 E2=1.6×104kgf/mm2被包容间和包容间的泊桑系数 1=0.3 2=0.25配合时的摩擦系数

38、 f压=0.15配合面的公称直径 d=12mm压合长度 L=28mm包容面的外圆直径 D=20mm被包容面的内孔直径 d0=9mm由计算得： （kgf）=0.15×3.14×12×28×0.14=56 （kgf）=560 N (MPa) 查材料力学得，优质碳钢压应力216238，则< ，轴套强度符合要求。 压杆的强度和稳定性校核压合适的摩擦系数与许多因素有关，如零件的=2P/A =560×2×4/(D2-d2)=21×106Mpa查材料力学得：优质碳钢压应力=216238则<轴套强度符合要求。材料、配合表面的粗糙

39、度、压应力、有无润滑油的性质等。根据计算得到的每一个轴套的最大压合力P再放大1.52倍，即可得到每个轴套的压入力。根据这个力计算油缸的直径，校核压杆的强度和稳定性。以上计算得到的压入针杆下轴套的力大小为560N，则轴套的压入力为1120N，即为压杆所承受的力。压杆受到的力一端为针杆油缸的力和针杆轴套顶杆的力，均为压力，由此校核压杆强度：查材料力学得，优质碳钢压应力=216238，<，则压杆强度符合要求.。由于压杆直径为12mm,长度为180mm,所以=15<20，因此压杆的挠度符合稳定性要求,所以不需要稳定性校核.。 龙门架的强度校核 由于本设计机床机架采用龙门架结构，位于龙门顶部

40、的龙门横梁由螺栓固定在龙门左右支架上，龙门横梁固定有夹紧油缸和针杆下套压杆油缸，其油缸压力大小为21×MPa。 图24 龙门架的受力情况由11截面截开，则得到如下所示图25 截面图由图25得：F-Y=0则F=P=1120,=1120×360403200由22截面截开，则得到如下图所示：图26 截面图由图26得：1120×3601120×（360280） 403200716800 1120000由33截面截开，可得图27：图27 截面图由图27得：则 F=P=1120,=1120×360403200经过计算龙门横梁的剪力和弯矩，符合设计要求。3

41、液压部分设计3.1 液压系统工作原理图3-1为YJ1型的液压原理图,从图中可以清楚地看出本系统采用了调压集成回路,单油口换向回路,双油口换向回路及进油调速回路。图3-1 液压原理图在调压回路中（图3-2），溢流阀Y-25B用于调节系统的压力。22F-25B用于系统处于非工作状态时油液卸荷,以降低能耗,延长泵的寿命。单向阀I-25B用于防治油泵不工作时系统中的油液倒流，从而起到保护油泵的作用6。 图3-2调速回路在单油换向回路中(图3-3)23E-25B使执行机构油缸换向：LI-25B可使执行机构油缸的速度可调，其最小稳定流量为3050cm/min，J-25B使进入执行机构油液的压力可调。图3-

42、3 单油回路在双油口换向回路中（图3-4），装有2个LI-25BA使可调节机构油缸的进给速度，调节LI-25BB时可调节执行机构油缸的退回速度。当进给油液通过LI-25BA的节流阀进入油缸，油缸的回油经LI-25BB的单向阀进入34E-25BB；当油缸退回时，油液经LI-25BB的节流阀进入油缸，回油经LI-25BA的单向阀进入34E-25BA。调节J25-B可使进入液压缸的油液压力可调,34E-25B为换向阀，以满足执行机构的换向要求。图3-4 双油回路进油调速回路（图3-5）对于该机床来说，要完成的工艺要求是压入针杆轴套、主轴传动套、主轴传动辅助套和竖轴下套。由于套孔与套的公差配合松紧程度

43、不同，因而对这几个缸的速度调节较之其它液压缸来说有着较高的精度要求，既不允许进入缸中的流量随负载变化而变化，在此采用调速阀调节，事实证明是可行的。为了进一步测得理论上的数据，我们在实验室对该机的竖轴下套进油调速回路作了测定，其曲线如图3-5。 Q(L/min) 3.1 0 0.45 P(Mpa) 图3-5 进油调速测定曲线在进油调速回路中我们改变了传统的设计方法，一般情况下如（图3-7）。采用一个2位2通阀与调速阀并联实现快慢快，但对于我们的机床来讲由于总行程很短且空载行程更短，所以没必要采用快慢快油路，只要用单一合适的速度即可，我们调试的结果如下表。表3-1 速度调试结果（m/s）竖轴下套针

44、杆轴套主轴传动套及其辅助套1.091.120.81 图3-6 一般情况调试在这种速度下不仅满足了节拍的要求，即一个工作行程为30秒，又能使机床的震动噪音降低到最小值，实测噪音为55dB。这样设计的优点是，使油路简化，造价降低。在回路中34E-25B为换向阀，I-25B作背向阀使用已增加缸在前进时的平稳性，避免前冲现象。3.2 压紧缸的设计已知参数 负载力（N） 行程（mm） 运动时间 （s） 4000 16 2 液压缸类型选择压紧油缸采用单作用活塞液压缸。缸体固定形式如图（3-7）；为了减少缸体与活塞体积，简化结构，采用O新密封圈；由于行程很短，运动部件质量很小，速度也不大，不必考虑缓冲结构，

45、排气螺栓也可以由油管接头来替代。图3-7 缸体固定形式 材料选择缸筒选用无缝钢管 ZG230活塞 HT200活塞杆 45钢 液压缸工作压力的确定工作负载的计算R=Rt+Rf±Rm （3-1） Rt=RW±RG （3-2）式中：液压缸轴线方向上的外作用力液压缸轴线方向上的重力运动部件的摩擦力运动部件的惯性力R液压缸工作负载因行程短，运动部件质量小，速度也不大，故RG，Rm均可忽略不计，摩擦力也只有密封圈的阻力，当密封阻力按5%有效工作力估算时 =0.05 ， =0.05×4000=200N故总负载力 R=4000+200=4200N工作载荷的选定查表（3-2）可初选

46、工作压力0.81MP，为使液压缸体积紧凑，可以取液压缸工作压力为P1=1.5MP，目前中低压系统的液压元件，多按6.3MP系列元件选取，所以液压缸额定压力取6.3MP。 确定液压缸几何参数液压缸内径D=(4R/P1)=(4×4200)/(×1.5×106) （3-3）由表（3-3），表（3-4），表（3-5）取D=63mm d=32mm活塞外径配合一般采用f9，故活塞外径为D2=63f9活塞厚度一般取活塞外径的0.61.0倍，现取H=0.6D2=3.78mm圆整为H=38mm液压缸的长度一般由工作行程长度来确定，但考虑到制造工艺性和经济性，一般应取L<(20

47、30)D0 式中 L液压缸长度 D0缸体外径查表（JB1086-67） 缸体外径 D0=76mm故 L<(2030)×76=15202280mm取 L=140mm表（3-2）按负载选定工作压力液压缸工作负载<5000500010000100002000020000300003000050000>50000液压缸工作压力0.811.522.53344557表（3-3）液压缸内径系列1620253240505563708090100110125140160180200220250320400500630表（3-4）按工作压力确定活塞杆直径缸的工作压力(MP)557>

48、;7活塞直径d(0.50.56)D(0.620.7)D0.7D表（3-5）活塞杆系列4101214161820222528323540455055637080901001101251401601802002202502803203604004505003.3 液压缸结构设计（1）小导向长度的确定 （3-4）式中 L液压缸最大行程mm D液压缸内径mm H最小导向长度mm故 取 H=35mm（2）在活塞杆上的防尘装置采用毡圈密封,结构尺寸如图3-8图3-8 毡圈密封结构尺寸（3） 活塞杆密封采用O型橡胶,如图3-9图3-9 活塞杆密封橡胶结构（4）活塞密封沟槽尺寸图3-10 活塞沟槽尺寸（5）导

49、向套的计算因最小导向长度为35mm，活塞厚度为38mm，最小导向长度还差35-38/2=16mm，缸径小于80mm，取导向套长度A=(0.61.0)D=37.863mm，根据最小导向长度A2×16=32mm，故取A=38mm，如图3-12图3-11 导向套尺寸3.4 油缸缸底与缸盖的设计（1）材料选用45钢（2）缸底厚度计算h=0.4332D2(P×D2)/(D2-d0) cm （3-5）h缸底厚度cmD2缸底止口内径cmP缸内最大工作压力105MPa材料许用应力105MPad0缸底开口内径cm故h=40mm，其结构尺寸如图3-12图3-12 结构尺寸（3）根据需要设计缸盖

50、尺寸，如图3-13图3-13 缸盖尺寸（4）根据缸体对活塞杆具体尺寸进行设计，如图3-14图3-14 活塞杆尺寸4 电路部分设计4.1 压套工艺对控制系统的要求由论文的前述部分，我们知道，压轴机是与变速平缝机的生产相配套的YJ型压轴套机，其只要完成四个轴套的压入工作，分别为一个主轴传动套，一个主轴传动辅助套，一个针杆轴套，一个竖轴下套。机壳的移送，定位以及压轴过程如下：机壳移入初定位台车移送底板定位侧定位主轴传动套压入斜支撑杆出压紧杆下竖轴下套压入针杆支承出针杆轴套压入针杆轴套杆回针杆支承回竖轴下套回压紧杆回斜支撑杆回主轴传动套杆回侧定位杆回底板定位杆回台车移出初定位杆回卸荷。当遇到非常情况时

51、,压套的过程可以随时停止.在压轴套机的液压部分的设计中,我们已作出和图4-1说是的液压工序图,其对每一个工序的时间都作了要求,而且完成一个循环所规定的时间为30S,一旦所用的时间超过这一要求,系统即报警.在压轴套机的安装处运行的时候,我们必须要对每一个工序的进行情况进行校验;成为某一个工序为完成我们所要求的目标时,我们必须重新单独的对这一工序进行跟踪操作,所以,该控制系统中作自动/手动控制的区分是十分必要的.自动状态:正常工作时工作方式达到自动档,按下AN完成处定位,按下AN2设计为双手同时操作，以避免操作人员准备工作为完成时开机造成人身伤害事故手动状态：如上所说的某一种情况出现时，而采用手动

52、状态，但前提是，动作不发生干涉4.2控制电路的特点由以上的分析，我们得知，该控制系统中共有个行程开关，而有个信号输入点，同样有个手动控制的信号输入点（其中测定位杆仅有一个信号输入点），还有手自动两个输入点，急停及处定位，急停及初定位，卸荷一个输入点，共计44个输入点。各液压阀上的电磁铁共有20个，另一个报警信号，所以他的输出信号共有21个。如果我们采用一般的PCB板和一些继电器等电气元件来完成这一控制电路的设计，可想而知其复杂程度，而且从经费和时间上都是不划算的，所以，我们选择PC机作为控制电路的核心器件。4.3 PC机及控制电路对PC机的选择 PC机的产生.可编程序控制器，及PC机，是20世纪60年代末首先在美国出现，最初成为可编程序逻辑控制器，简称PLC，目前是用来期待继电器控制盘，具有逻辑判断，定时计数等顺序功能。当时，大规模生产线的控制电路大多是继电器控制盘构成的，这种控制装备可靠性低，体积大，耗电多，改变生产程序则更为困难。为了改变这种状况，提高生产效益，1918年，美国通用汽车公司对外公开招标，想用新的控制装置取代继电控制盘，该公司对新型控制器提出了如下要求：（a）编程简单，可在现场修改程序