基于雙工作臺的立式FMC工作臺交換裝置設(shè)計

1、41 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 （題目） 系 別 專業(yè)班級 學生姓名 指導教師 提交日期 年 月 日 華南理工大學廣州學院學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借

2、閱。本人授權(quán)華南理工大學廣州學院可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 保密，在 年解密后適用本授權(quán)書。本學位論文屬于 不保密。（請在以上方框內(nèi)打“”）學位論文作者簽名： 日期： 年 月 日指導教師簽名： 日期： 年 月 日 華 南 理 工 大 學 廣 州 汽 車 學 院畢 業(yè) 設(shè) 計 （論文） 任 務(wù) 書 茲發(fā)給班學生 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書，內(nèi)容如下： 1.畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 基于雙工作臺的立式FMC工作臺交換裝置及PLC設(shè)計 2.應(yīng)完成的項目： （1）立式FMC工作臺交換機構(gòu)的工作原理設(shè)計與計算。 （2）立式F

3、MC工作臺交換機構(gòu)的機械裝配圖設(shè)計及部分零件圖設(shè)計。 （3）立式FMC工作臺交換機構(gòu)的輔助控制系統(tǒng)設(shè)計（液壓或氣壓傳動）。 （4）立式FMC工作臺交換機構(gòu)的自動工作過程的PLC控制邏輯構(gòu)建。 3.參考資料以及說明： （1） 加工中心安裝調(diào)試與維護 沙杰主編，機械工業(yè)出版社，2003.2 （2） 數(shù)控機床與編程 劉戰(zhàn)術(shù)主編，機械工業(yè)出版社，2008.8 （3） 機械設(shè)計手冊，機械工業(yè)出版社 （4） 數(shù)控系統(tǒng)連接與操作使用說明書 （5） 流體傳動設(shè)計手冊（含液壓、氣壓及典型回路設(shè)計） 仔細閱讀以上資料中關(guān)于數(shù)控機床機械部件的設(shè)計和PLC構(gòu)建部分，同時到圖書館期刊室使用計算機查閱與柔性制造單元機械部

4、件設(shè)計和PLC構(gòu)建相關(guān)的連續(xù)性出版物之內(nèi)容。 4.本畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書于2011年12月20日發(fā)出，應(yīng)于2012年5 月18 日前完成，然后提交畢業(yè)考試委員會進行答辯。 專業(yè)教研組（系）負責人 審核 11 年 12 月 20 日 指導教師（導師組負責人） 劉戰(zhàn)術(shù) 簽發(fā) 11 年 12 月 25 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）評語： 畢業(yè)設(shè)計（論文）總評成績： 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯小組負責人簽字： 年 月 日 前言 畢業(yè)設(shè)計是高等職業(yè)教育教學計劃的重要組成部分，是加強理論與實際相結(jié)合的實踐性教學環(huán)節(jié)，是各專業(yè)的必修課程，在學生完成所有專業(yè)課程學習、結(jié)合畢業(yè)實習進行。大學生活即將結(jié)束,我們也將迎接的最后

5、一次考驗和競爭就是畢業(yè)設(shè)計。這次畢業(yè)設(shè)計中，我的設(shè)計題目是：基于雙工作臺的立式FMC工作臺交換裝置設(shè)計 。由于設(shè)計的需要，我仔細研究了裝配圖，但在設(shè)計過程中，因自己經(jīng)驗不足，遇到了很多實際問題，使我體會到了在現(xiàn)場實習調(diào)研僅證明可不可以實干，而不能代表能不能干好。所以我積極與設(shè)計指導老師溝通，在老師的全力幫助、指導下問題得到了全面解決，同時受到老師優(yōu)良工作品質(zhì)的影響，培養(yǎng)出了我緩中求穩(wěn)、虛心求教、實事求是、一絲不茍的工作作風，并樹立了明確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟觀和全局觀，為今后從事工作打下了良好的基礎(chǔ)。通過畢業(yè)設(shè)計，我真正認識到理論和實踐相結(jié)合的重要性，并培養(yǎng)了我綜合運用所學理論知識和實際操作知識去理性

6、的分析問題和解決實際工作中的一般技術(shù)工程問題的能力，使我建立了正確的設(shè)計思想，掌握了工藝設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法，并進一步鞏固、深化地吸收和運用了所學的基本理論知識和基本操作技能。還有，它提高了我設(shè)計計算、繪圖、編寫技術(shù)文件、正確使用技術(shù)資料、標準、手冊等工具書的獨立工作能力，更培養(yǎng)了我勇于創(chuàng)新的精神及嚴謹?shù)膶W風及工作作風和團隊合作精神。畢業(yè)設(shè)計讓我更加地懂得自己所學的東西的不足，在以后的實習或者工作中都要不斷地學習，這樣我才會進步。畢業(yè)設(shè)計是我們進入社會前的一個很好鍛煉的機會，不應(yīng)該馬虎地對待。作為一個機械人，做事一定要大膽細心，這樣才會做好事情。在這次畢業(yè)設(shè)計中，對待一些比較細節(jié)的東西，

7、我都會慢慢地研究和深入去探索，不會的話就去問同學和上網(wǎng)查資料。畢業(yè)設(shè)計是我們所離開學校走向社會所必需的，是培養(yǎng)我們獨立進行運用所學的基本知識、理論和技能去解決在實際工作中的一個重要環(huán)節(jié)。由于本人能力有限，缺少設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計中漏誤在所難免，敬請老師指正批評，以使我對自己的不足得到及時的發(fā)現(xiàn)并修改，也使我在今后的工作中避免再次出現(xiàn)。在這里，向在這次畢業(yè)設(shè)計中給予過我鼓勵、指導及幫助的老師表示我虔誠和衷心的感謝！ 編者： 2012年3月28日 目錄前言 2一，外文翻譯 2二，加工中心概述 131，加工中心 132，機床主要參數(shù) 163，加工中心控制系統(tǒng) 184，機床總體布局 195，主要參數(shù) 20三

8、，方案選擇 24四，氣液動技術(shù)的應(yīng)用 32五，絲杠螺母 34六，數(shù)控機床故障報警可能出現(xiàn)的原因 35七，安裝調(diào)試 37八，結(jié)語 42九，參考文獻 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 DNC's 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 eq

14、uipment, 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加工中心簡介 加工中心(Machining Center)簡稱MC,是指備有刀庫，具有自動換刀功能，對工件一次裝夾

15、后進行多工序加工的數(shù)控機床。加工中心是高度機電一體化的產(chǎn)品，工件裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機床按不同工序自動選擇、更換刀具，自動對刀、自動改變主軸轉(zhuǎn)速、進給量等，可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序。因而大大減少了工件裝夾時間，測量和機床調(diào)整等輔助工序時間，對加工形狀比較復雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟效果。1.2加工中心的分類(1)臥式加工中心：是指主軸軸線與工作臺平行設(shè)置的加工中心，主要適用于加工箱體類零件。臥式加工中心一般具有分度轉(zhuǎn)臺或數(shù)控轉(zhuǎn)臺，可加工工件的各個側(cè)面；也可作多個坐標的聯(lián)合運動，以便加工復雜的空間曲面。(2)立式加工中心：是指主軸軸線與工作臺垂直設(shè)置的加

16、工中心，主要適用于加工板類、盤類、模具及小 型殼體類復雜零件。立式加工中心一般不帶轉(zhuǎn)臺，僅作頂面加工。此外，還有帶立、臥兩個主軸的復合式加工中心，和主軸能調(diào)整成臥軸或立軸的立臥可調(diào)式加工中心，它們能對工件進行五個面的加工。(3)萬能加工中心(又稱多軸聯(lián)動型加工中心)：是指通過加工主軸軸線與工作臺回轉(zhuǎn)軸線的角度可控制聯(lián)動變化，完成復雜空間曲面加工的加工中心。適用于具有復雜空間曲面的葉輪轉(zhuǎn)子、模具、刃具等工件的加工。多工序集中加工的形式擴展到了其他類型數(shù)控機床，例如車削中心，它是在數(shù)控車床上配置多個自動換刀裝置，能控制三個以上的坐標，除車削外，主軸可以停轉(zhuǎn)或分度，而由刀具旋轉(zhuǎn)進行銑削、鉆削、鉸孔和

17、攻絲等工序，適于加工復雜的旋轉(zhuǎn)體零件。1.3加工中心新型結(jié)構(gòu)及可交換工作臺傳統(tǒng)的加工中心都是單工作臺工作的,對于批量相對比較大的產(chǎn)品加工時,由于輔助時間比較多,嚴重地阻礙了生產(chǎn)效率,由此也催生了可交換工作臺加工中心,即是雙工作臺輪流工作的加工中心。為了提高加工中心的加工效率，利用可交換的雙工作臺實現(xiàn)工件加工中的裝、卸時間與加工時間重合的方法，是批量生產(chǎn)中常用提高生產(chǎn)效率的法。 雙工作臺最常見于臥式加工中心,但根據(jù)用途需要,同時也為了提高生產(chǎn)效率,立式加工中心也設(shè)有雙工作臺。我們設(shè)計的是柔性制造單元，如下圖所示我們設(shè)計的是H400加工中心，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，加工中心在機械制造領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣

18、泛，教學型加工中心設(shè)計的基本原則是結(jié)構(gòu)及控制原理要先進且符合實際機床精度可適當降低機床制造成本降低操作運動機構(gòu)增加安全性設(shè)計。1.4機床總體布局H400加工中心總體布局見圖1該加工中心XYZ三軸聯(lián)動工作臺四分度回轉(zhuǎn)雙工作臺轉(zhuǎn)位180交換可實現(xiàn)柔性連續(xù)加工機床采用半動柱T型結(jié)構(gòu)布局即主軸實現(xiàn)XZ兩座標運動工作臺實現(xiàn)Y軸運動該結(jié)構(gòu)的特點是1、機床整體尺寸較小結(jié)構(gòu)緊湊降低了成本；2、工作臺具有前后兩極限位置當工作臺在前位時工作臺有足夠的空間可便于實現(xiàn)加工過程中的零件交換；3、機床的排屑溝對稱分布在機床的左右兩側(cè)切屑的散熱對機床的整體熱穩(wěn)定性影響很小；4、機床的床身結(jié)構(gòu)采用T型結(jié)構(gòu)三點支承保證了底座處

19、于正確的狀態(tài)使?jié)L動導軌獲得較高的精度。加工中心還配有雙工位工作臺交換系統(tǒng)上料工位與加工工位的工作臺回轉(zhuǎn)交換解決了上料時間與加工時間的重合問題縮短了輔助加工時間提高了工作效率1.5 主要技術(shù)參數(shù) H400教學型加工中心主要技術(shù)參數(shù)如下 工作臺尺寸480320最大承載400 kg主軸；轉(zhuǎn)速03000 r/min；主軸功率3.755.5 kW；工作行程X軸400 mm；Y軸320 mm；Z軸400 mm；最大進給速度XY為10 m/min；Z為5 m/min；定位精度0.022 mm/；全長重復定位精度0.01/全長；刀庫容量10個刀位換刀時間8 s2，機床主要結(jié)構(gòu)2.1 主軸H400教學型加工中心

20、主軸電機采用主軸交流調(diào)速電機，傳動采用同步帶實現(xiàn)；由于主軸轉(zhuǎn)速較低，主軸承受的負荷小故采用了簡化設(shè)計，主軸前后支承各采用1個向心推力球軸承組成主軸的支承體系，支承結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整方便。主軸軸承采用特殊潤滑油脂潤滑，油脂封在主軸套內(nèi)一般不許更換。由于主軸發(fā)熱主要是主軸軸承部分，設(shè)計時將切削液回路經(jīng)過軸承外面的主軸箱內(nèi)腔，從而對軸承進行了冷卻，減少了熱變形對主軸回轉(zhuǎn)精度的影響。2.2 刀庫 H400型加工中心刀庫部分采用PICK-UP刀庫的設(shè)計形式，由主軸直接完成刀庫的取刀動作。刀庫驅(qū)動由普通電機通過外嚙合槽輪機構(gòu)進行驅(qū)動，可靠性高，控制簡單，制造成本較低。在加工中心操作過程中換刀過程，最容易產(chǎn)

21、生事故，根據(jù)教學型的要求，該加工中心針對刀庫部分特別加強了安全設(shè)計：1、 安全防撞設(shè)計：刀庫與底座連接支架之間增加了一個傳動軸，操作如有不當，刀庫本體可反時針轉(zhuǎn)動一個角度，使刀庫與連接支架之間的形成開關(guān)斷開，控制系統(tǒng)及時停機：2、 2刀盤上10對刀爪的轉(zhuǎn)動銷軸上，增加了安全剪斷槽的設(shè)計，意外動作時，如發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，應(yīng)優(yōu)先剪斷銷軸。2.3 工作臺交換系統(tǒng) 工作臺交換系統(tǒng)是由托叉帶動工作臺回轉(zhuǎn)180°實現(xiàn)，可分為工作臺抬起、交換、夾緊3個過程。為了省略液壓油源，簡化結(jié)構(gòu)，托叉的升降采用氣壓系統(tǒng)實現(xiàn)?；剞D(zhuǎn)到加工工位的工作臺與鞍座由4個定位錐定位，通過氣缸拉緊拉釘使工作臺與鞍座固定。相配合

22、的錐面孔與錐面銷經(jīng)配磨加工而成，實踐證明，上述方法定位精度穩(wěn)定，接觸剛性好。3 加工中心控制系統(tǒng)3.1 CNC數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是機床的控制核心，教學型加工中心數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)滿足教學和加工兩種功能的需要。這就要求具有：（1）系統(tǒng)界面友好，幫助能力較強（2）系統(tǒng)開放，可進行自我開發(fā)（3）具有網(wǎng)絡(luò)等多種接口；根據(jù)上述要求，加工中心數(shù)控系統(tǒng)選擇臺灣智研科技公司生產(chǎn)的INCON-M40F開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)。 INCON-M40F數(shù)控系統(tǒng)基于IPC，各個控制模塊(含接口電路板、CPU板等)均插接在系統(tǒng)總線母板上構(gòu)成靈活開放的總線式結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)利用硬盤作為NC大容量緩沖內(nèi)存，可由軟盤或由RS-232連接外部

23、CAD工作站執(zhí)行DNC加工，充分利用了計算機系統(tǒng)的豐富資源。數(shù)控系統(tǒng)PMC程序采用C+高級語言編制，與一般的梯形圖、語句表相比，語法限制較少，結(jié)構(gòu)更靈活，簡單。 3.2 電氣控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 該加工中心電氣控制系統(tǒng)是基于INCON-M40F數(shù)控系統(tǒng)，配接三套MELSERVO-J2-A系列交流伺服驅(qū)動器及伺服電動機，完成XYZ軸的伺服進給；配接一套MDS-A-SPJA系列主軸伺服驅(qū)動器及主軸伺服電機，完成主軸速度控制及定位控制；配接1#、2#兩塊ICON-EQ型PLC擴展中繼板，完成共64路輸入、32路輸出的加工中心邏輯控制加工中心電氣控制。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖24，工作臺基本結(jié)構(gòu)H400是具有

24、480 mmx500 mm雙工作臺的臥式加工中心，通過交換機構(gòu)可以輪流將兩個工作臺分別送人加工區(qū)域，加工過程中根據(jù)需要還可以實現(xiàn)固定位置的分度停止(90?；?5。)。為降低數(shù)控機床的整體制造成本，由氣壓驅(qū)動實現(xiàn)工作臺與底座的同聯(lián)以及加工中工作臺位置的鎖定，由此可以省去有較高成本的液壓系統(tǒng)，使數(shù)控機床具有更高的性價比?？山粨Q工作臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。工作臺2通過4個60。錐角的定位錐3在底座上定位，底座上的固鎖氣缸4通過工作臺上的拉釘將工作臺與底座同聯(lián)為一個整體。鎖緊機構(gòu)用氣壓驅(qū)動，常態(tài)為鎖緊狀態(tài)。當工作臺因加工需要需完成轉(zhuǎn)位動作時，首先活塞7松開鎖止碟片6，由伺服電動機1帶動蝸桿副5實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動的

25、傳遞，工作臺及底座可以在滾動導軌上實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。旋轉(zhuǎn)到位由數(shù)控機床的PLC模塊發(fā)出控制指令，在伺服電動機運動停止的同時，氣缸進氣活塞7鎖緊碟片6，工作臺可進入加工狀態(tài)。該機構(gòu)設(shè)計的重點是保證工作臺固聯(lián)機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)鎖止機構(gòu)的可靠性。工作臺固聯(lián)機構(gòu)應(yīng)保證在承受數(shù)控機床加工中產(chǎn)生的切削力及振動的共同作用下，工作臺在底座上的固聯(lián)穩(wěn)定；而旋轉(zhuǎn)鎖止機構(gòu)則應(yīng)具有足夠的止轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，此止轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于數(shù)控機床工作過程中繞垂直軸作用在工作臺上的轉(zhuǎn)矩。5、固鎖系統(tǒng)的設(shè)計51工作臺與底座固聯(lián)機構(gòu)的設(shè)計固聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點是保證工作臺在底座上的準確定位及固聯(lián)強度。如圖2所示，工作臺由4個錐面機構(gòu)同時定位，安裝在底座上。錐面定位

26、屬多自由度約束，4個錐面機構(gòu)同時定位，屬過約束。在定位錐安裝時需進行精確的測量和調(diào)整，否則會影響工作臺的定位精度。工作臺的固聯(lián)使用鋼球和拉釘機構(gòu)實現(xiàn)，氣缸產(chǎn)生的向下的拉力，由鋼球通過拉釘施加到工作臺上。由于工作臺底座的結(jié)構(gòu)尺寸限制，氣缸尺寸不能太大，最終設(shè)計是氣缸內(nèi)徑75 mm，活塞桿直徑取30 mm。在額定供氣壓力下單個活塞缸能產(chǎn)生向下的拉力為F：孚(D2一d2)×P4：l(o07520032)×05 X 106：l 855 N4式中D氣缸內(nèi)徑，m卜氣缸活塞桿直徑。m 作臺固聯(lián)可靠性產(chǎn)生影響，在每個氣缸的周圍增加6 卜額定供氣壓力05 MPa 個強力彈簧，共提供600 N

27、向下的拉力，施加在氣缸活考慮到加工過程中的瞬時切削負荷波動可能對工塞上。因此，單個氣缸產(chǎn)生的拉力和彈簧力合計達到2 455 N，整個工作臺共可產(chǎn)生9 820 N的向下拉力。試加工后驗證，此設(shè)計可滿足切削加工的需要。在固鎖氣缸的活塞中心設(shè)置有小活塞，在彈簧5的作用下可以自動復位。在小活塞的中間加工有通氣孔，當工作臺交換時，可以輸出高速氣流，沖刷可能掉落在定位錐表面上的雜物。52分度工作臺鎖止機構(gòu)設(shè)計旋轉(zhuǎn)鎖止機構(gòu)如圖3所示。在分度工作臺的旋轉(zhuǎn)部件上安裝有鎖止碟片2，在鞍座l上固定有可產(chǎn)生微量位移的活塞3。鎖止碟片處于鞍座l和活塞3之間，在設(shè)計時要保證其間隙在01 lnm左右。鎖止碟片2和活塞3采用

28、彈性較好的65Mn制造，在制造時保留其表面的自然加工紋路，以提高其摩擦系數(shù)，并通過熱處理使其具有較高的表面硬度。工作中需要鎖止動作時，氣管4進氣，活塞3下部為壓力腔，活塞在壓力下產(chǎn)生彈性變形，同時作微量移動，將鎖止碟片2鎖定在鞍座上?；钊?在額定氣壓o5 MPa下，于200 mm碟片上可產(chǎn)生止轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，其計算過程如下。額定壓力F=詈(D2一d2)×P=q-i"(0220122)×05×106：10 048 N式中D氣缸內(nèi)徑，m 出t缸活塞桿直徑，mP-額定供氣壓力05 MPa碟片工作時為兩個摩擦面，其計算直徑為184mill?？捎嬎愠銎潇o態(tài)最大轉(zhuǎn)矩為M：2

29、彤譬：2×10 048×07×半：1 294 Nm4式中卜碟片計算直徑，1'111卜碟片承受正壓力，N卜鋼一鋼靜摩擦系數(shù)，取07考慮活塞工作中的彈性變形會抵消一部分鎖緊力，取其折算系數(shù)為08。計算可知其靜態(tài)最大止轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩約為1 000 Nm，完全可以滿足加工過程中的需要。定位面的自動吹屑清理工作原理：交換臺是實現(xiàn)雙工作臺交換的關(guān)鍵部件，由于加工中心交換臺提升載荷較大（達12000N），工作臺過程沖擊較大，設(shè)計上升、下載動作時間為3S，且交換臺位置空間較大，故采用大直徑氣缸（D=350mm），6mm內(nèi)徑的氣管，可滿足設(shè)計載荷和交換時間的要求。機床在無工作臺時交

30、換，在兩位雙電控電磁閥HF3的控制下交換臺托升缸處于下位感應(yīng)LS17有信號，工作臺與托叉分離，工作臺可以進行自由的運動。當進行自動和物動的雙工作臺交換時，數(shù)控系統(tǒng)通過PMC發(fā)出信號，使用兩位雙電控電磁閥HF3的3YA得電，拖開缸下腔通入高壓氣，活塞帶動托叉連同工作臺一起上升，當達到上下運動的上終點位置時，由接近LS16檢測其位置信號，并通過變送擴展板傳送到CNC的PMC,控制交換臺回轉(zhuǎn)180運動開始動作，接近開關(guān)LS18檢測到回轉(zhuǎn)到位的信號，并通過變送擴展板傳送板到CNC的PMC，雙工作臺交換過程結(jié)束，機床可以進行下一步的操作。在該支路中采用DJ3、DJ4單向節(jié)流閥調(diào)節(jié)交換臺上升和下降的速度，

31、避免較大的載荷沖擊及機械部件的損傷。工作臺夾緊支路工作原理：由于加工中心要求進行雙工作臺的交換，為了節(jié)約交換時間，保證交換的可靠，所以工作臺與鞍座之間必須具有能夠快速可靠的定位，夾緊及速度脫離的功能。可交換臺的工作臺固定于鞍座上，由四個帶定位錐的氣缸夾緊，并且為了達到拉力大于12000N的可靠工作要求，以及受位置結(jié)構(gòu)的限制，該氣缸采用了彈簧示增力結(jié)構(gòu)，在氣缸內(nèi)徑僅mm的情況下酒達到了設(shè)計接力要求。該支路采用兩位雙電控磁閥HF4進行控制，當雙工作臺交換將要進行或已進行完畢時，數(shù)控系統(tǒng)通過PMC控制電磁閥HF4，使線圈5YA或6YA得電，分別控制氣缸活塞的上升或下降，通過鋼珠拉套機構(gòu)放松或拉緊工作

32、臺上的拉釘，完成鞍座下工作臺之間的放松或夾緊。為了避免活塞運動時的沖擊，在該支路采用具有得電動作，失電不動作，雙線圈同時得電不動作特點的兩位雙電控電磁閥HF4進行控制，可避免在動作過程中突然斷電造成的機械部件沖擊損傷。并采用單向節(jié)流閥DJ5、DJ6來調(diào)節(jié)夾緊的速度，避免較大的沖擊載荷。該位置由于受結(jié)構(gòu)限制，用感應(yīng)開關(guān)檢測放松與拉緊信號較為困難，故采用可調(diào)工作點的壓力繼電YK3、YK4檢測壓力信號，并以此信號作為氣缸到位的信號。三、方案選擇氣動傳動和液壓傳動屬于流體傳動的兩個分支，它們分別是以壓縮空氣和液壓油為工作介質(zhì)，進行能量的傳遞和控制的傳動技術(shù)。相等于機械傳動、電力傳動等傳動技術(shù)，氣、液液

33、壓傳動是新興的技術(shù)工程。由于它們具有許多機械傳動所不具有的優(yōu)點，故其發(fā)展速度較快，應(yīng)用范圍越來也越廣，目前已廣泛應(yīng)用于工程技術(shù)中的各個領(lǐng)域。 近20年來，隨著現(xiàn)代制造技術(shù)，密封技術(shù)等的發(fā)展，液壓傳動技術(shù)高壓、高速、大功率、低噪音、節(jié)能、高效和提高使用壽命等方面取得了巨大的進展，并在交流液壓技術(shù)、機電液組全傳動、液壓系統(tǒng)的喚回設(shè)計、液壓技術(shù)計算機化等方面進行了有益的探索，取得了不定式的成效，并在工程實際中開始推廣應(yīng)用。氣動技術(shù)目前已發(fā)展成為一門獨立的技術(shù)領(lǐng)域，在各方面的應(yīng)用范圍在不斷地擴大。近年來，氣動技術(shù)在向小型化、集成化、無油化（由不供油潤滑和無潤滑元件組成的系統(tǒng)），提高元大器件和系統(tǒng)可靠性

34、及使用壽命，反戰(zhàn)節(jié)能技術(shù)。電氣一體化（如壓力閥、流量比例閥、數(shù)字控制氣缸等氣、電技術(shù)結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動元件等），提高撥動系統(tǒng)的機電一體化和自動化水平（如PLC控制氣動系統(tǒng)）等方面進行發(fā)展。與機械傳動、電氣傳動相比，液壓傳動具有以下優(yōu)點：1、傳動的各種元件，可以根據(jù)需要方便、靈活地來布置。 2、重量輕、體積小、運動慣性小、反應(yīng)速度快。3、操縱控制方便，可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速（調(diào)速范圍達2000：1）。4、可自動實現(xiàn)過載保護。5、一般采用礦物油作為工作介質(zhì)，相對運動面可自行潤滑，使用壽命長；6、很容易實現(xiàn)直線運動/7、很容易實現(xiàn)機器的自動化，當采用電液聯(lián)合控制后，不僅可實現(xiàn)更高程度的自動控制過程

35、，而且可以實現(xiàn)遙控。液壓的缺點 1、阻力和泄露較大，所以效率較低。如果處理不當，泄露不僅污染場地，而且還可能引起火災和爆炸事故。2、由于工作性能易受到溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。3、液壓元件的制造精度要求較高，因而價格較貴。4、由于液體介質(zhì)的泄露及可壓縮性影響，不能得到嚴格的傳動比。5、動出故障時不易找出原因；使用和維修要求有較高的技術(shù)水平。 氣動技術(shù)的優(yōu)點：1、裝置結(jié)構(gòu)簡單、輕便、安裝維護簡單。壓力等級低、故使用安全。2、作介質(zhì)是取之不盡的空氣、空氣本身不花錢。排氣處理簡單，不污染環(huán)境，成本低。3、輸出力以及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易。氣缸的動作速度一般為50500mm

36、/s，比液壓和電氣方式的動作速度快。4、可靠性高，使用壽命長。電器元件的有效動作次數(shù)約為百萬次，而SMC的一般電磁閥的壽命大于3000萬次，小型閥超過2億次。5、利用空氣的壓縮性，可貯存能量，實現(xiàn)集中供氣?？啥虝r間釋放能量，以獲得間歇運動中的高速響應(yīng)?？蓪崿F(xiàn)緩沖。對沖擊負載和過負載有較強的適應(yīng)能力。在一定條件下，可使氣動裝置有自保持能力。6、全氣動控制具有防火、防爆、防潮的能力。與液壓方式相比，氣動方式可在高溫場合使用。7、由于空氣流動損失小，壓縮空氣可集中供應(yīng)，遠距離輸送。氣動技術(shù)的缺點：1、由于空氣有壓縮性，氣缸的動作速度易受負載的變化而變化。采用氣液聯(lián)動方式可以克服這一缺陷。2、氣缸在低

37、速運動時候，由于摩擦力占推力的比例較大，氣缸的低速穩(wěn)定性不如液壓缸。3、雖然在許多應(yīng)用場合，氣缸的輸出力能滿足工作要求，但其輸出力比液壓缸小。氣壓傳動還是液壓傳動都要以實際的工作環(huán)境來定。我覺得這次的回路更合用氣動回路，因為從經(jīng)濟的角度來說，它更實惠，空氣來源更豐富，抽取方便，成本低廉，有較好的工作環(huán)境，無污染噪音等。從加工方面來說，氣動回路加工方便，氣壓傳動反應(yīng)靈敏，動作迅速，易維護和調(diào)節(jié)。如果用油液控制，加工時油液到處亂飛，對環(huán)境造成了一定的影響，噪音大，隨著機器的老化，也同時會出現(xiàn)泄露現(xiàn)象，造成資源的浪費。綜合上述種種情況，氣動回路更適合此機器。2、 設(shè)計計算1、 氣缸的輸出力：單作用氣

38、缸的輸出推力為：F=A1P1-(f+ma-LoKs）式中，A1的活塞的工作面積，P1為作用于活塞上的壓力，f為摩擦阻力（包括活塞與氣缸以及活塞桿和氣缸密封圈等）：m為運動時構(gòu)件質(zhì)量:a為運動構(gòu)件加速度：Lo為活塞位移L和彈簧預壓縮量的總和：Ks為彈簧剛度。雙作用氣缸（2）輸出的推力為：F=P1A1-P2A2-(f+ma）式中，P1,P2為輸入側(cè)和側(cè)氣壓的氣壓;A1,A2為輸入側(cè)和排氣側(cè)的面積；一般在計算過程中，用下式求雙雙作用缸活塞上輸出的推力，即F=(P1A1-P2A2)* 為罐子缸的效率。一般取=0.80.9。2、 氣缸的速度：由于活塞兩側(cè)壓力為P1P2的變化比較復雜，因為而推動活塞的力的

39、變化也比較復雜，再加上氣體的可壓縮性，要使氣缸體質(zhì)準確的運動速度是比較困難的，氣缸的平均速度可按進氣量的大小求出即：V=P/A，式中P為壓縮空氣的體積流量，A為活塞的有效面積，約為0.5m/s左右。3、 氣缸的耗氣量：氣缸的耗氣量與活塞的直徑D、活塞桿的直徑d，活塞的行程L以及單位時間往復次數(shù)N有關(guān)，活塞桿伸出和退回行程的耗氣量分別為：V1=D2L,V2=（D2-d2)L/4所以活塞往復一次所耗壓縮空氣量為：V=V1+V2=（2D2-d2）L/4.若活塞每分鐘往返N次，則每分鐘活塞運動的耗氣量為V=NV為理論耗氣量，實際耗氣量要比理論值大，因泄漏存在，因此時間耗氣量：Vs=（1.21.5）V。

40、未經(jīng)壓縮的自由空氣量Vs時，其自由空氣的耗氣量Vs2為：Vs2=Vs（P+0.1013）/0.1013P為氣體的工作壓力（mpa）。4、 氣缸的直徑D：D（4F/p）1/2,所求的D的值，一般要提高20%，再圓整到系列標準值。見表：標準氣缸的缸徑和活塞直徑系列表如下圖所示氣缸直徑D32405063708090100110125140160180200250320400500630活塞直徑d1214161820222528364045505663708090100活塞行程：L一般根據(jù)實際需要來確定，通常L值?。?.55）D氣缸進、排氣口直徑do的大小，直接決定氣缸進氣速度，亦決定了活塞的運行速度

41、。設(shè)計中，應(yīng)充分重視直徑do。速度V來計算，一般取V=1025m/s，因而do=（4q/V1/2,q為工作臺壓力輸入氣缸的空氣流量。5、 在設(shè)計氣缸各部分機械結(jié)構(gòu)時，主要要確定各部分結(jié)構(gòu)型式及主要尺寸：（1）氣缸筒的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計，氣缸筒的主要作用是提供壓縮空氣的儲存與膨脹空間及活塞實現(xiàn)導向，從而通過活塞將壓力能轉(zhuǎn)化為機械能，氣缸筒的主要作用是提供壓縮：a：氣缸筒直徑（即為罐子缸直徑）Db：氣缸筒的長度L，長度L應(yīng)為活塞行程L和活塞寬度H之和，即為LL+Hc：氣缸筒的壁厚 壁厚可利用薄壁筒的計算來確定=PD/2+C式中P為罐子缸工作壓力（MPa);D為氣缸內(nèi)徑（mm），為氣缸材料的許用拉應(yīng)力（M

42、Pa）；=b/n；b為缸體材料的抗拉強度（MPa）；n為安全系數(shù)，一般取68；（為考慮到剛度、加工制造、腐蝕等要求所得裕量，氣缸材料的許用拉應(yīng)力通常去下列數(shù)據(jù)：鑄鐵HT150和HT200，）=30MPa；Q235鋼管，=60MPa；45鋼管，=120MPa；鋁合金2L203，=30MPa。氣缸進、排氣口直徑：氣缸內(nèi)徑D/mm進、排氣口直徑d/mm4050，6380，100，12581015140，160，18020氣缸筒壁厚材料氣缸直徑D/mm5080100125160200250300壁厚/mm鑄鐵HT1507810101214161645鋼,2355788991112鋁合金2L203812

43、121414176,活塞桿及其強度校核：活塞桿的作用是將活塞轉(zhuǎn)換出的機械以機械力的形式推動負載運動，對活塞桿不僅要進行結(jié)構(gòu)設(shè)計（如活塞和外接負載的連接方式等）還要進行強度校核。活塞桿在工作中，即要受到軸向拉伸，也往往要受到軸向壓縮，因此要用強度校核和穩(wěn)定性校核。當活塞桿在工作中，活塞桿的長度L=10d時，要進行強度校核，即活塞桿的直徑d（4F/p）1/2式中，F(xiàn)為活塞所受外力為活塞桿的材料許用應(yīng)力，當活塞桿的計算長度L>10d時，要進行壓桿穩(wěn)定性校核，以保證活塞桿不產(chǎn)生彎曲。經(jīng)計算出的活塞桿直徑可按表標準氣缸的缸徑和活塞桿直徑系列選取標準值。為降低數(shù)控機床的整體制造成本，山氣壓驅(qū)動實現(xiàn)工

44、作臺與底座的固聯(lián)以及加工中工作臺位置的鎖定，由此可以省去有較高成本的液壓系統(tǒng)，使數(shù)控機床具有更高的性價比。I_J交換T作臺結(jié)構(gòu)如圖l所示。工作臺2通過4個60。錐角的定位錐3在底座上定位，底座t的固鎖氣缸4通過工作臺E的拉釘將工作臺與底座固聯(lián)為一個整體.鎖緊機構(gòu)用氣壓驅(qū)動，常態(tài)為鎖緊狀態(tài)。當工作臺因加工需要需完成轉(zhuǎn)位動作時，首先活塞7松開鎖止碟片6，由伺服電動機1帶動蝸桿副5實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動的傳遞，工作臺及底座可以在滾動導軌J二實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。旋轉(zhuǎn)到佗由數(shù)控機床的Pl_c模塊發(fā)出控制指令，在伺服電動機運動停止的同時，氣缸進氣活塞7鎖緊碟片6，工作臺可進入加：T-#t態(tài)。該機構(gòu)沒計的重點是保證工作臺同

45、聯(lián)機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)鎖止機構(gòu)的Hj靠性一j二作臺固聯(lián)機構(gòu)應(yīng)保汪在承受數(shù)控機床加工中產(chǎn)生的切削力及振動的共同作用下，工作臺在底座上的同聯(lián)穩(wěn)定；而旋轉(zhuǎn)鎖止機構(gòu)則應(yīng)具有足夠的止轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，此止轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于數(shù)控機床工作過程中繞垂直軸作用在工作臺上的轉(zhuǎn)矩。2固鎖系統(tǒng)的設(shè)計2.1工作臺與底座固聯(lián)機構(gòu)的設(shè)計固聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點是保證工作臺在底座上的準確定位及固聯(lián)強度。如圖2所示，工作臺由4個錐面機構(gòu)同時定位，安裝在底鷹上。錐面定位屬多自由度約束，4個錐面機構(gòu)同時定位，屬過約束。在定位錐安裝時需進行精確的測最和凋整，否則會影響工作臺的定位精度。工作臺的固聯(lián)使用鋼球和拉釘機構(gòu)實現(xiàn)，氣缸產(chǎn)生的向下的拉力，由鋼球通過拉釘施加到工

46、作臺上。由于工作臺底座的結(jié)構(gòu)尺寸限制，氣缸尺寸不能太大，最終設(shè)計是氣缸內(nèi)徑75mm，活塞桿直徑取30mm。四、氣液動技術(shù)的應(yīng)用機床上采用氣、液壓技術(shù)的方面很多，但主要是利用氣、液傳動在工作中可以實現(xiàn)無級變速，易于實現(xiàn)自動化，可頻繁換向等優(yōu)點。一般氣、液傳動常在機床的以下一些裝置使用。（1） 進給運動傳動 機床種類不同，進給運動的特點也不同。如磨床砂輪架，車床刀架，磨床、鉆床、銑床、刨床的工作臺或主軸箱，組合機床動力滑臺等，有的要求快速移動，有的要求慢快兼具，有的要求有較大的調(diào)整范圍，有的要求有良好的頻繁換向性能等，氣、液壓傳動都能滿足這些要求。數(shù)控機床工作臺的直線或回轉(zhuǎn)進給，也可以由電氣信號控制電液伺服系統(tǒng)來實現(xiàn)。如加上相應(yīng)的檢測裝置構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)則可實現(xiàn)高精度和大進給力或力矩的進給活動。（2） 往復直線運動 龍門刨床工作臺，在工作時要求具有高速的往復直線運動，前者可達6090m/min的速度，后者可達3050m/min的速度，這種情況下采用液壓傳動，在減少換向沖擊、降低能耗、縮短換向時間等方面都很有利。（3） 回轉(zhuǎn)運動和仿形運動 無級變速的回轉(zhuǎn)運動通過液壓傳動可以實現(xiàn)提高機床負載變化時的穩(wěn)定性，