基于双工作台的立式FMC工作台交换装置设计

1、41 本科毕业设计（论文）说明书 （题目） 系 别 专业班级 学生姓名 指导教师 提交日期 年 月 日 华南理工大学广州学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借

2、阅。本人授权华南理工大学广州学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名： 日期： 年 月 日指导教师签名： 日期： 年 月 日 华 南 理 工 大 学 广 州 汽 车 学 院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 兹发给班学生 毕业设计（论文）任务书，内容如下： 1.毕业设计（论文）题目： 基于双工作台的立式FMC工作台交换装置及PLC设计 2.应完成的项目： （1）立式FMC工作台交换机构的工作原理设计与计算。 （2）立式F

3、MC工作台交换机构的机械装配图设计及部分零件图设计。 （3）立式FMC工作台交换机构的辅助控制系统设计（液压或气压传动）。 （4）立式FMC工作台交换机构的自动工作过程的PLC控制逻辑构建。 3.参考资料以及说明： （1） 加工中心安装调试与维护 沙杰主编，机械工业出版社，2003.2 （2） 数控机床与编程 刘战术主编，机械工业出版社，2008.8 （3） 机械设计手册，机械工业出版社 （4） 数控系统连接与操作使用说明书 （5） 流体传动设计手册（含液压、气压及典型回路设计） 仔细阅读以上资料中关于数控机床机械部件的设计和PLC构建部分，同时到图书馆期刊室使用计算机查阅与柔性制造单元机械部

4、件设计和PLC构建相关的连续性出版物之内容。 4.本毕业设计（论文）任务书于2011年12月20日发出，应于2012年5 月18 日前完成，然后提交毕业考试委员会进行答辩。 专业教研组（系）负责人 审核 11 年 12 月 20 日 指导教师（导师组负责人） 刘战术 签发 11 年 12 月 25 日 毕业设计（论文）评语： 毕业设计（论文）总评成绩： 毕业设计（论文）答辩小组负责人签字： 年 月 日 前言 毕业设计是高等职业教育教学计划的重要组成部分，是加强理论与实际相结合的实践性教学环节，是各专业的必修课程，在学生完成所有专业课程学习、结合毕业实习进行。大学生活即将结束,我们也将迎接的最后

5、一次考验和竞争就是毕业设计。这次毕业设计中，我的设计题目是：基于双工作台的立式FMC工作台交换装置设计 。由于设计的需要，我仔细研究了装配图，但在设计过程中，因自己经验不足，遇到了很多实际问题，使我体会到了在现场实习调研仅证明可不可以实干，而不能代表能不能干好。所以我积极与设计指导老师沟通，在老师的全力帮助、指导下问题得到了全面解决，同时受到老师优良工作品质的影响，培养出了我缓中求稳、虚心求教、实事求是、一丝不苟的工作作风，并树立了明确的生产观、经济观和全局观，为今后从事工作打下了良好的基础。通过毕业设计，我真正认识到理论和实践相结合的重要性，并培养了我综合运用所学理论知识和实际操作知识去理性

6、的分析问题和解决实际工作中的一般技术工程问题的能力，使我建立了正确的设计思想，掌握了工艺设计的一般程序、规范和方法，并进一步巩固、深化地吸收和运用了所学的基本理论知识和基本操作技能。还有，它提高了我设计计算、绘图、编写技术文件、正确使用技术资料、标准、手册等工具书的独立工作能力，更培养了我勇于创新的精神及严谨的学风及工作作风和团队合作精神。毕业设计让我更加地懂得自己所学的东西的不足，在以后的实习或者工作中都要不断地学习，这样我才会进步。毕业设计是我们进入社会前的一个很好锻炼的机会，不应该马虎地对待。作为一个机械人，做事一定要大胆细心，这样才会做好事情。在这次毕业设计中，对待一些比较细节的东西，

7、我都会慢慢地研究和深入去探索，不会的话就去问同学和上网查资料。毕业设计是我们所离开学校走向社会所必需的，是培养我们独立进行运用所学的基本知识、理论和技能去解决在实际工作中的一个重要环节。由于本人能力有限，缺少设计经验，设计中漏误在所难免，敬请老师指正批评，以使我对自己的不足得到及时的发现并修改，也使我在今后的工作中避免再次出现。在这里，向在这次毕业设计中给予过我鼓励、指导及帮助的老师表示我虔诚和衷心的感谢！ 编者： 2012年3月28日 目录前言 2一，外文翻译 2二，加工中心概述 131，加工中心 132，机床主要参数 163，加工中心控制系统 184，机床总体布局 195，主要参数 20三

8、，方案选择 24四，气液动技术的应用 32五，丝杠螺母 34六，数控机床故障报警可能出现的原因 35七，安装调试 37八，结语 42九，参考文献 42Summary:This system is mainly to complete processing center table flexible manufacturing cell design.Flexible manufacturing cell by one or several numerical control machine tools or machining centers constitute the processing

9、 unit.The unit can automatically replace the necessary tools and fixtures, processing of different workpieces.Flexible Manufacturing Cell for processing of complex shape, a simple processing procedure and processing man-hours long, small batch parts.It has a large Flexible Equipment, personnel and p

10、rocessing of flexible low.The so-called flexible, is a manufacturing system to adapt to changing conditions of production capacity, its programs and systems, personnel and equipment-related.The flexible system solution is processed in different parts of the degrees of freedom.Personnel flexibility r

11、efers to the operator can guarantee processing tasks, the completion of the volume and time-adaptability.Flexibility refers to the machine tool equipment in the near future to adapt to new parts of the processing capacity.The face of demand for personalized products, and rising manufacturing costs,

12、improve production flexibility has been a manufacturer of begging, flexible manufacturing cell (FMC) and flexible manufacturing systems (FMS) applications for us.FMC is actually an extension of CNC machining centers, usually by machining centers and industrial robots, each one composed by a uniform

13、background for programmable control computer.Evolved from the DNCs FMS, usually from a few machining center, industrial robots and automatic guided vehicles (AGV) formed by the centralized control of a computer background.FMC / FMS have a certain amount of flexibility, but because of limited equipme

14、nt, the hardware features and a huge investment in equipment, the face of changing market demand, often not yield the desired benefits.Have therefore chosen this technology to conduct a detailed assessment of input-output二，加工中心概述1，加工中心1.1加工中心简介 加工中心(Machining Center)简称MC,是指备有刀库，具有自动换刀功能，对工件一次装夹后进行多工

15、序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具，自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序。因而大大减少了工件装夹时间，测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。1.2加工中心的分类(1)卧式加工中心：是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，主要适用于加工箱体类零件。卧式加工中心一般具有分度转台或数控转台，可加工工件的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。(2)立式加工中心：是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主

16、要适用于加工板类、盘类、模具及小 型壳体类复杂零件。立式加工中心一般不带转台，仅作顶面加工。此外，还有带立、卧两个主轴的复合式加工中心，和主轴能调整成卧轴或立轴的立卧可调式加工中心，它们能对工件进行五个面的加工。(3)万能加工中心(又称多轴联动型加工中心)：是指通过加工主轴轴线与工作台回转轴线的角度可控制联动变化，完成复杂空间曲面加工的加工中心。适用于具有复杂空间曲面的叶轮转子、模具、刃具等工件的加工。多工序集中加工的形式扩展到了其他类型数控机床，例如车削中心，它是在数控车床上配置多个自动换刀装置，能控制三个以上的坐标，除车削外，主轴可以停转或分度，而由刀具旋转进行铣削、钻削、铰孔和攻丝等工序

17、，适于加工复杂的旋转体零件。1.3加工中心新型结构及可交换工作台传统的加工中心都是单工作台工作的,对于批量相对比较大的产品加工时,由于辅助时间比较多,严重地阻碍了生产效率,由此也催生了可交换工作台加工中心,即是双工作台轮流工作的加工中心。为了提高加工中心的加工效率，利用可交换的双工作台实现工件加工中的装、卸时间与加工时间重合的方法，是批量生产中常用提高生产效率的法。 双工作台最常见于卧式加工中心,但根据用途需要,同时也为了提高生产效率,立式加工中心也设有双工作台。我们设计的是柔性制造单元，如下图所示我们设计的是H400加工中心，随着数控技术的发展，加工中心在机械制造领域的应用越来越广泛，教学型

18、加工中心设计的基本原则是结构及控制原理要先进且符合实际机床精度可适当降低机床制造成本降低操作运动机构增加安全性设计。1.4机床总体布局H400加工中心总体布局见图1该加工中心XYZ三轴联动工作台四分度回转双工作台转位180交换可实现柔性连续加工机床采用半动柱T型结构布局即主轴实现XZ两座标运动工作台实现Y轴运动该结构的特点是1、机床整体尺寸较小结构紧凑降低了成本；2、工作台具有前后两极限位置当工作台在前位时工作台有足够的空间可便于实现加工过程中的零件交换；3、机床的排屑沟对称分布在机床的左右两侧切屑的散热对机床的整体热稳定性影响很小；4、机床的床身结构采用T型结构三点支承保证了底座处于正确的状

19、态使滚动导轨获得较高的精度。加工中心还配有双工位工作台交换系统上料工位与加工工位的工作台回转交换解决了上料时间与加工时间的重合问题缩短了辅助加工时间提高了工作效率1.5 主要技术参数 H400教学型加工中心主要技术参数如下 工作台尺寸480320最大承载400 kg主轴；转速03000 r/min；主轴功率3.755.5 kW；工作行程X轴400 mm；Y轴320 mm；Z轴400 mm；最大进给速度XY为10 m/min；Z为5 m/min；定位精度0.022 mm/；全长重复定位精度0.01/全长；刀库容量10个刀位换刀时间8 s2，机床主要结构2.1 主轴H400教学型加工中心主轴电机采

20、用主轴交流调速电机，传动采用同步带实现；由于主轴转速较低，主轴承受的负荷小故采用了简化设计，主轴前后支承各采用1个向心推力球轴承组成主轴的支承体系，支承结构简单，安装调整方便。主轴轴承采用特殊润滑油脂润滑，油脂封在主轴套内一般不许更换。由于主轴发热主要是主轴轴承部分，设计时将切削液回路经过轴承外面的主轴箱内腔，从而对轴承进行了冷却，减少了热变形对主轴回转精度的影响。2.2 刀库 H400型加工中心刀库部分采用PICK-UP刀库的设计形式，由主轴直接完成刀库的取刀动作。刀库驱动由普通电机通过外啮合槽轮机构进行驱动，可靠性高，控制简单，制造成本较低。在加工中心操作过程中换刀过程，最容易产生事故，根

21、据教学型的要求，该加工中心针对刀库部分特别加强了安全设计：1、 安全防撞设计：刀库与底座连接支架之间增加了一个传动轴，操作如有不当，刀库本体可反时针转动一个角度，使刀库与连接支架之间的形成开关断开，控制系统及时停机：2、 2刀盘上10对刀爪的转动销轴上，增加了安全剪断槽的设计，意外动作时，如发生结构性破坏，应优先剪断销轴。2.3 工作台交换系统 工作台交换系统是由托叉带动工作台回转180实现，可分为工作台抬起、交换、夹紧3个过程。为了省略液压油源，简化结构，托叉的升降采用气压系统实现。回转到加工工位的工作台与鞍座由4个定位锥定位，通过气缸拉紧拉钉使工作台与鞍座固定。相配合的锥面孔与锥面销经配磨

22、加工而成，实践证明，上述方法定位精度稳定，接触刚性好。3 加工中心控制系统3.1 CNC数控系统 数控系统是机床的控制核心，教学型加工中心数控系统应满足教学和加工两种功能的需要。这就要求具有：（1）系统界面友好，帮助能力较强（2）系统开放，可进行自我开发（3）具有网络等多种接口；根据上述要求，加工中心数控系统选择台湾智研科技公司生产的INCON-M40F开放体系结构数控系统。 INCON-M40F数控系统基于IPC，各个控制模块(含接口电路板、CPU板等)均插接在系统总线母板上构成灵活开放的总线式结构。该系统利用硬盘作为NC大容量缓冲内存，可由软盘或由RS-232连接外部CAD工作站执行DNC

23、加工，充分利用了计算机系统的丰富资源。数控系统PMC程序采用C+高级语言编制，与一般的梯形图、语句表相比，语法限制较少，结构更灵活，简单。 3.2 电气控制系统总体结构 该加工中心电气控制系统是基于INCON-M40F数控系统，配接三套MELSERVO-J2-A系列交流伺服驱动器及伺服电动机，完成XYZ轴的伺服进给；配接一套MDS-A-SPJA系列主轴伺服驱动器及主轴伺服电机，完成主轴速度控制及定位控制；配接1#、2#两块ICON-EQ型PLC扩展中继板，完成共64路输入、32路输出的加工中心逻辑控制加工中心电气控制。系统的总体结构图如图24，工作台基本结构H400是具有480 mmx500

24、mm双工作台的卧式加工中心，通过交换机构可以轮流将两个工作台分别送人加工区域，加工过程中根据需要还可以实现固定位置的分度停止(90。或45。)。为降低数控机床的整体制造成本，由气压驱动实现工作台与底座的同联以及加工中工作台位置的锁定，由此可以省去有较高成本的液压系统，使数控机床具有更高的性价比。可交换工作台结构如图1所示。工作台2通过4个60。锥角的定位锥3在底座上定位，底座上的固锁气缸4通过工作台上的拉钉将工作台与底座同联为一个整体。锁紧机构用气压驱动，常态为锁紧状态。当工作台因加工需要需完成转位动作时，首先活塞7松开锁止碟片6，由伺服电动机1带动蜗杆副5实现旋转运动的传递，工作台及底座可以

25、在滚动导轨上实现旋转运动。旋转到位由数控机床的PLC模块发出控制指令，在伺服电动机运动停止的同时，气缸进气活塞7锁紧碟片6，工作台可进入加工状态。该机构设计的重点是保证工作台固联机构和旋转锁止机构的可靠性。工作台固联机构应保证在承受数控机床加工中产生的切削力及振动的共同作用下，工作台在底座上的固联稳定；而旋转锁止机构则应具有足够的止转转矩，此止转转矩应大于数控机床工作过程中绕垂直轴作用在工作台上的转矩。5、固锁系统的设计51工作台与底座固联机构的设计固联结构设计的重点是保证工作台在底座上的准确定位及固联强度。如图2所示，工作台由4个锥面机构同时定位，安装在底座上。锥面定位属多自由度约束，4个锥

26、面机构同时定位，属过约束。在定位锥安装时需进行精确的测量和调整，否则会影响工作台的定位精度。工作台的固联使用钢球和拉钉机构实现，气缸产生的向下的拉力，由钢球通过拉钉施加到工作台上。由于工作台底座的结构尺寸限制，气缸尺寸不能太大，最终设计是气缸内径75 mm，活塞杆直径取30 mm。在额定供气压力下单个活塞缸能产生向下的拉力为F：孚(D2一d2)P4：l(o07520032)05 X 106：l 855 N4式中D气缸内径，m卜气缸活塞杆直径。m 作台固联可靠性产生影响，在每个气缸的周围增加6 卜额定供气压力05 MPa 个强力弹簧，共提供600 N向下的拉力，施加在气缸活考虑到加工过程中的瞬时

27、切削负荷波动可能对工塞上。因此，单个气缸产生的拉力和弹簧力合计达到2 455 N，整个工作台共可产生9 820 N的向下拉力。试加工后验证，此设计可满足切削加工的需要。在固锁气缸的活塞中心设置有小活塞，在弹簧5的作用下可以自动复位。在小活塞的中间加工有通气孔，当工作台交换时，可以输出高速气流，冲刷可能掉落在定位锥表面上的杂物。52分度工作台锁止机构设计旋转锁止机构如图3所示。在分度工作台的旋转部件上安装有锁止碟片2，在鞍座l上固定有可产生微量位移的活塞3。锁止碟片处于鞍座l和活塞3之间，在设计时要保证其间隙在01 lnm左右。锁止碟片2和活塞3采用弹性较好的65Mn制造，在制造时保留其表面的自

28、然加工纹路，以提高其摩擦系数，并通过热处理使其具有较高的表面硬度。工作中需要锁止动作时，气管4进气，活塞3下部为压力腔，活塞在压力下产生弹性变形，同时作微量移动，将锁止碟片2锁定在鞍座上。活塞3在额定气压o5 MPa下，于200 mm碟片上可产生止转转矩，其计算过程如下。额定压力F=詈(D2一d2)P=q-i(0220122)05106：10 048 N式中D气缸内径，m 出t缸活塞杆直径，mP-额定供气压力05 MPa碟片工作时为两个摩擦面，其计算直径为184mill。可计算出其静态最大转矩为M：2彤譬：210 04807半：1 294 Nm4式中卜碟片计算直径，1111卜碟片承受正压力，N

29、卜钢一钢静摩擦系数，取07考虑活塞工作中的弹性变形会抵消一部分锁紧力，取其折算系数为08。计算可知其静态最大止转转矩约为1 000 Nm，完全可以满足加工过程中的需要。定位面的自动吹屑清理工作原理：交换台是实现双工作台交换的关键部件，由于加工中心交换台提升载荷较大（达12000N），工作台过程冲击较大，设计上升、下载动作时间为3S，且交换台位置空间较大，故采用大直径气缸（D=350mm），6mm内径的气管，可满足设计载荷和交换时间的要求。机床在无工作台时交换，在两位双电控电磁阀HF3的控制下交换台托升缸处于下位感应LS17有信号，工作台与托叉分离，工作台可以进行自由的运动。当进行自动和物动的双

30、工作台交换时，数控系统通过PMC发出信号，使用两位双电控电磁阀HF3的3YA得电，拖开缸下腔通入高压气，活塞带动托叉连同工作台一起上升，当达到上下运动的上终点位置时，由接近LS16检测其位置信号，并通过变送扩展板传送到CNC的PMC,控制交换台回转180运动开始动作，接近开关LS18检测到回转到位的信号，并通过变送扩展板传送板到CNC的PMC，双工作台交换过程结束，机床可以进行下一步的操作。在该支路中采用DJ3、DJ4单向节流阀调节交换台上升和下降的速度，避免较大的载荷冲击及机械部件的损伤。工作台夹紧支路工作原理：由于加工中心要求进行双工作台的交换，为了节约交换时间，保证交换的可靠，所以工作台

31、与鞍座之间必须具有能够快速可靠的定位，夹紧及速度脱离的功能。可交换台的工作台固定于鞍座上，由四个带定位锥的气缸夹紧，并且为了达到拉力大于12000N的可靠工作要求，以及受位置结构的限制，该气缸采用了弹簧示增力结构，在气缸内径仅mm的情况下酒达到了设计接力要求。该支路采用两位双电控磁阀HF4进行控制，当双工作台交换将要进行或已进行完毕时，数控系统通过PMC控制电磁阀HF4，使线圈5YA或6YA得电，分别控制气缸活塞的上升或下降，通过钢珠拉套机构放松或拉紧工作台上的拉钉，完成鞍座下工作台之间的放松或夹紧。为了避免活塞运动时的冲击，在该支路采用具有得电动作，失电不动作，双线圈同时得电不动作特点的两位

32、双电控电磁阀HF4进行控制，可避免在动作过程中突然断电造成的机械部件冲击损伤。并采用单向节流阀DJ5、DJ6来调节夹紧的速度，避免较大的冲击载荷。该位置由于受结构限制，用感应开关检测放松与拉紧信号较为困难，故采用可调工作点的压力继电YK3、YK4检测压力信号，并以此信号作为气缸到位的信号。三、方案选择气动传动和液压传动属于流体传动的两个分支，它们分别是以压缩空气和液压油为工作介质，进行能量的传递和控制的传动技术。相等于机械传动、电力传动等传动技术，气、液液压传动是新兴的技术工程。由于它们具有许多机械传动所不具有的优点，故其发展速度较快，应用范围越来也越广，目前已广泛应用于工程技术中的各个领域。

33、 近20年来，随着现代制造技术，密封技术等的发展，液压传动技术高压、高速、大功率、低噪音、节能、高效和提高使用寿命等方面取得了巨大的进展，并在交流液压技术、机电液组全传动、液压系统的唤回设计、液压技术计算机化等方面进行了有益的探索，取得了不定式的成效，并在工程实际中开始推广应用。气动技术目前已发展成为一门独立的技术领域，在各方面的应用范围在不断地扩大。近年来，气动技术在向小型化、集成化、无油化（由不供油润滑和无润滑元件组成的系统），提高元大器件和系统可靠性及使用寿命，反战节能技术。电气一体化（如压力阀、流量比例阀、数字控制气缸等气、电技术结合的自适应控制气动元件等），提高拨动系统的机电一体化和

34、自动化水平（如PLC控制气动系统）等方面进行发展。与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：1、传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。 2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。3、操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。4、可自动实现过载保护。5、一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；6、很容易实现直线运动/7、很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。液压的缺点 1、阻力和泄露较大，所以效率较低。如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。2、由于工作

35、性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。3、液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。4、由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。5、动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平。 气动技术的优点：1、装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低、故使用安全。2、作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，成本低。3、输出力以及工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般为50500mm/s，比液压和电气方式的动作速度快。4、可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作次数约为百万次，而SMC的一般电磁阀的寿命大于3000万次，

36、小型阀超过2亿次。5、利用空气的压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。6、全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用。7、由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。气动技术的缺点：1、由于空气有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化而变化。采用气液联动方式可以克服这一缺陷。2、气缸在低速运动时候，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。3、虽然在许多应用场合，气缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小

37、。气压传动还是液压传动都要以实际的工作环境来定。我觉得这次的回路更合用气动回路，因为从经济的角度来说，它更实惠，空气来源更丰富，抽取方便，成本低廉，有较好的工作环境，无污染噪音等。从加工方面来说，气动回路加工方便，气压传动反应灵敏，动作迅速，易维护和调节。如果用油液控制，加工时油液到处乱飞，对环境造成了一定的影响，噪音大，随着机器的老化，也同时会出现泄露现象，造成资源的浪费。综合上述种种情况，气动回路更适合此机器。2、 设计计算1、 气缸的输出力：单作用气缸的输出推力为：F=A1P1-(f+ma-LoKs）式中，A1的活塞的工作面积，P1为作用于活塞上的压力，f为摩擦阻力（包括活塞与气缸以及活

38、塞杆和气缸密封圈等）：m为运动时构件质量:a为运动构件加速度：Lo为活塞位移L和弹簧预压缩量的总和：Ks为弹簧刚度。双作用气缸（2）输出的推力为：F=P1A1-P2A2-(f+ma）式中，P1,P2为输入侧和侧气压的气压;A1,A2为输入侧和排气侧的面积；一般在计算过程中，用下式求双双作用缸活塞上输出的推力，即F=(P1A1-P2A2)* 为罐子缸的效率。一般取=0.80.9。2、 气缸的速度：由于活塞两侧压力为P1P2的变化比较复杂，因为而推动活塞的力的变化也比较复杂，再加上气体的可压缩性，要使气缸体质准确的运动速度是比较困难的，气缸的平均速度可按进气量的大小求出即：V=P/A，式中P为压缩

39、空气的体积流量，A为活塞的有效面积，约为0.5m/s左右。3、 气缸的耗气量：气缸的耗气量与活塞的直径D、活塞杆的直径d，活塞的行程L以及单位时间往复次数N有关，活塞杆伸出和退回行程的耗气量分别为：V1=D2L,V2=（D2-d2)L/4所以活塞往复一次所耗压缩空气量为：V=V1+V2=（2D2-d2）L/4.若活塞每分钟往返N次，则每分钟活塞运动的耗气量为V=NV为理论耗气量，实际耗气量要比理论值大，因泄漏存在，因此时间耗气量：Vs=（1.21.5）V。未经压缩的自由空气量Vs时，其自由空气的耗气量Vs2为：Vs2=Vs（P+0.1013）/0.1013P为气体的工作压力（mpa）。4、 气

40、缸的直径D：D（4F/p）1/2,所求的D的值，一般要提高20%，再圆整到系列标准值。见表：标准气缸的缸径和活塞直径系列表如下图所示气缸直径D32405063708090100110125140160180200250320400500630活塞直径d1214161820222528364045505663708090100活塞行程：L一般根据实际需要来确定，通常L值取（0.55）D气缸进、排气口直径do的大小，直接决定气缸进气速度，亦决定了活塞的运行速度。设计中，应充分重视直径do。速度V来计算，一般取V=1025m/s，因而do=（4q/V1/2,q为工作台压力输入气缸的空气流量。5、 在

41、设计气缸各部分机械结构时，主要要确定各部分结构型式及主要尺寸：（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，气缸筒的主要作用是提供压缩：a：气缸筒直径（即为罐子缸直径）Db：气缸筒的长度L，长度L应为活塞行程L和活塞宽度H之和，即为LL+Hc：气缸筒的壁厚 壁厚可利用薄壁筒的计算来确定=PD/2+C式中P为罐子缸工作压力（MPa);D为气缸内径（mm），为气缸材料的许用拉应力（MPa）；=b/n；b为缸体材料的抗拉强度（MPa）；n为安全系数，一般取68；（为考虑到刚度、加工制造、腐蚀等要求所得裕量，气缸材料的许用拉

42、应力通常去下列数据：铸铁HT150和HT200，）=30MPa；Q235钢管，=60MPa；45钢管，=120MPa；铝合金2L203，=30MPa。气缸进、排气口直径：气缸内径D/mm进、排气口直径d/mm4050，6380，100，12581015140，160，18020气缸筒壁厚材料气缸直径D/mm5080100125160200250300壁厚/mm铸铁HT1507810101214161645钢,2355788991112铝合金2L203812121414176,活塞杆及其强度校核：活塞杆的作用是将活塞转换出的机械以机械力的形式推动负载运动，对活塞杆不仅要进行结构设计（如活塞和外接

43、负载的连接方式等）还要进行强度校核。活塞杆在工作中，即要受到轴向拉伸，也往往要受到轴向压缩，因此要用强度校核和稳定性校核。当活塞杆在工作中，活塞杆的长度L=10d时，要进行强度校核，即活塞杆的直径d（4F/p）1/2式中，F为活塞所受外力为活塞杆的材料许用应力，当活塞杆的计算长度L10d时，要进行压杆稳定性校核，以保证活塞杆不产生弯曲。经计算出的活塞杆直径可按表标准气缸的缸径和活塞杆直径系列选取标准值。为降低数控机床的整体制造成本，山气压驱动实现工作台与底座的固联以及加工中工作台位置的锁定，由此可以省去有较高成本的液压系统，使数控机床具有更高的性价比。I_J交换T作台结构如图l所示。工作台2通

44、过4个60。锥角的定位锥3在底座上定位，底座t的固锁气缸4通过工作台E的拉钉将工作台与底座固联为一个整体.锁紧机构用气压驱动，常态为锁紧状态。当工作台因加工需要需完成转位动作时，首先活塞7松开锁止碟片6，由伺服电动机1带动蜗杆副5实现旋转运动的传递，工作台及底座可以在滚动导轨J二实现旋转运动。旋转到佗由数控机床的Pl_c模块发出控制指令，在伺服电动机运动停止的同时，气缸进气活塞7锁紧碟片6，工作台可进入加：T-#t态。该机构没计的重点是保证工作台同联机构和旋转锁止机构的Hj靠性一j二作台固联机构应保汪在承受数控机床加工中产生的切削力及振动的共同作用下，工作台在底座上的同联稳定；而旋转锁止机构则

45、应具有足够的止转转矩，此止转转矩应大于数控机床工作过程中绕垂直轴作用在工作台上的转矩。2固锁系统的设计2.1工作台与底座固联机构的设计固联结构设计的重点是保证工作台在底座上的准确定位及固联强度。如图2所示，工作台由4个锥面机构同时定位，安装在底鹰上。锥面定位属多自由度约束，4个锥面机构同时定位，属过约束。在定位锥安装时需进行精确的测最和凋整，否则会影响工作台的定位精度。工作台的固联使用钢球和拉钉机构实现，气缸产生的向下的拉力，由钢球通过拉钉施加到工作台上。由于工作台底座的结构尺寸限制，气缸尺寸不能太大，最终设计是气缸内径75mm，活塞杆直径取30mm。四、气液动技术的应用机床上采用气、液压技术

46、的方面很多，但主要是利用气、液传动在工作中可以实现无级变速，易于实现自动化，可频繁换向等优点。一般气、液传动常在机床的以下一些装置使用。（1） 进给运动传动 机床种类不同，进给运动的特点也不同。如磨床砂轮架，车床刀架，磨床、钻床、铣床、刨床的工作台或主轴箱，组合机床动力滑台等，有的要求快速移动，有的要求慢快兼具，有的要求有较大的调整范围，有的要求有良好的频繁换向性能等，气、液压传动都能满足这些要求。数控机床工作台的直线或回转进给，也可以由电气信号控制电液伺服系统来实现。如加上相应的检测装置构成闭环控制系统则可实现高精度和大进给力或力矩的进给活动。（2） 往复直线运动 龙门刨床工作台，在工作时要求具有高速的往复直线运动，前者可达6090m/min的速度，后者可达3050m/min的速度，这种情况下采用液压传动，在减少换向冲击、降低能耗、缩短换向时间等方面都很有利。（3） 回转运动和仿形运动 无级变速的回转运动通过液压传动可以实现提高机床负载变化时的稳定性，提高加工精度、液