1、 摘 要 气缸是气压传动系统的主要执行元件，它把压缩空气的压力能转化为机械能，气缸用于实现直线往复运动，输出力和直线位移 。 本课题主要是 对 4102BQ 气缸顶面螺纹孔加工机床液压传动、电气控制及工装设计 。 在设计中采用先设计该根据加工工艺来选取夹具的设计的方案和夹具的具体设计 ，然后机床液压系统设计，最后是电气控制设计和机床工装。 而设计的重点是夹具的设计。 通过对加工零件的分析，此夹具设计是运用一面双销定位原则设计，底面为定位面，两底孔为定位孔以保证 定位尺寸误差小。 由于是同向钻孔加工所需的钻削力小，采用的是小型液压缸 直接夹紧，避免复杂的夹紧机构。定位插销采用了液压缸插销定位，以
2、减少了不必要的时间浪费。使得设计简单、方便、实用。 关键词 ： 液压传动 电气控制 机床工装 ABSTRACT Cylinder is the main transmission system pressure actuator, it put pressure of compressed air can be transformed into mechanical energy, cylinder used to implement the linear reciprocating motion, output force and linear displacement. This topi
3、c is mainly to the 4102BQ cylinder end face threaded hole processing machine hydraulic transmission, electrical control and tooling design. In the first used in engineering design according to the processing technology of fixture design to select the specific design scheme and fixture, then machine
4、hydraulic system design, finally is the electrical control design and machine tool fixtures. And the point of design is fixture design. Based on the analysis of the components, the processing fixture design is to use a double pin positioning principle design, the underside for positioning for locati
5、ng face, two herein to ensure positioning size hole small error. Because be coincidental drilling drilling force for the small, a small hydraulic cylinder direct clamping, avoid complex clamping institutions. Positioning pin adopted hydraulic cylinder bolt positioning, to reduce unnecessary waste of
6、 time. Makes design simple, convenient and practical. Key words: hydraulic transmission electrical control machine tooling 目 录 1 前 言 .1 2 机床液压传动系统设计与计算 .1 2.1 液压系统的优点 .1 2.2 拟定液压系统原理图 .2 2.3 液压系统计算 .4 2.3.1 系统负载 Fx（轴向切削力） .4 2.3.2 选择负载阻力、选择滑台油缸尺寸（ D/d） .5 2.3.3 计算油缸有效工作面积 .5 2.3.4 计算油泵的流量 qp .6 2.3.
7、5 油缸工作压力 .6 2.3.6 计算油泵的工作压力 .6 2.3.7 计算电机功率 .8 2.3.8 计算油箱容量 .8 2.4 液压元件的选择 .9 2.4.1 阀类元件的选择依据 .9 2.4.2 选择阀类元件应注意的问题 .9 3 电气控制设计 .10 3.1 PLC 的优点 .10 3.2 绘制工作循环图和电磁铁动作表 .10 3.3 选择输入输出设备及分配输入输出点 .11 3.3.1 选择 PLC 的输入输出设 备 .11 3.3.2 分配 I/O 点 .11 3.4 端子分配图 .12 3.5 梯形图设计 .13 3.6 指令语句表 .13 3.7 主电路及其控制电路 .16
8、 4 夹具设计 .18 4.1 零件分析 .18 4.2 夹具上夹紧方向的确定、夹压点的选择、夹紧力计算 .18 4.2.1 夹具上夹紧方向的确定 .18 4.2.2 夹压点的选择 .18 4.2.3 夹紧力计算 .18 4.3 计算并确定油缸尺寸（ D/d）及外形安装尺寸 .18 4.4 对夹具图上的尺寸标注进行必要的说明或误差计算 .19 4.5 对夹具上的关键零件进行强度验算 .19 4.6 对机床夹具的认识 .19 4.6.1 机床夹具的组成 .19 4.6.2 机床夹具的分类 .20 4.6.3 机床夹具的功用 .21 4.7 简述夹具工作原理及特点 .21 4.7.1 夹具工作原理
9、 .21 4.7.2 夹具的特点 .22 总 结 .23 谢 辞 .24 参考文献 .25 大连交通大学信息工程学院 2011 届本科生毕业设计（论文） 1 1 前 言 毕业 设计是对我们完成大学四年的学习内容后进行的总体的系统的复习，融会贯通四年所学的知识，将理论与实践相结合。 本课题主要是 对 4102BQ 气缸顶面螺纹孔加工机床液压传动、电气控制及工装设计 。主要在于专用夹具的设计。 专用 夹具设计是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。 此次设计涉及的知识面有夹具设计、数值计算、 液压系统设计 、 电气控制设计 、
10、 CAD 制图 、 公差配合及加工设备等多方面的知识 。 通过这次 毕业 设计我发现了自己还有许多知识还没有掌握牢固。但更多的是通过这次设计使我提高、巩固、扩大了自己所学到的理论知识与技能，提高自己设计计算、制图、编写技术文件的能力 ， 学会 了 正确使用技术资料、标准、手册等工具书 。 在这次设计中培养了我对机械设计的独立工作能力、初步树立了正确的实际思想，掌握了一定的 专用夹具 设计方法步骤和思路 ， 为以后的学习和设计工作打下了良好的基础。 由于经验不足、能力有限，而且重在从理论上进行设计，所以还有许多不完善之处，如要应用于生产实际还需进一步实验、分析研究。并恳切地希望各位老师 批评指正
11、，提出宝贵建议。 2 机床液压传动系统设计与计算 2.1 液压系统 概述 液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。第一个使用液压原理的是 1795 年英国约瑟夫布拉曼 (Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质 ,以水压机的形式将其应用于工业上 ,诞生了世界上第一台水压机。 1905 年他又将工作介质水改为油 ,进一步得到改 善。 第一次世界大战 (1914-1918)后液压传动广泛应用 ,特别是
12、1920 年以后 ,发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间 ,才开始进入正规的工业生产阶段。 1925 年维克斯 (F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵 ,为近代液压元件工业或液压传动 的逐步建立奠定了基础。 20 世纪初康斯坦丁尼斯克(G Constantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究 ;1910 年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等 )方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。 我国的大连交通大学信息工程学院 2011 届本科生毕业设计（论文） 2 液压工业开始于 20 世纪 50 年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。 60 年代获得
13、较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。 目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推 广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些
14、性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。 在相同的体积下，液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。在同等功率的情况下，液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。液压马达的体积重量只有同等功率电动机的 12%左右。 液压执行装置的工作比较平稳。由于液压执行装置 重量轻、惯性小、反应快，所以易于实现快速起动、制动和频繁地换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达到每分钟 500 次，实现往复直线运动时可达每分钟 1000 次。 液压传动可在大范围内实现无级调速（调速比可达 1：
15、2000），并可在液压装置运行的过程中进行调速。 液压传动容易实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节，操纵很方便。当液压控制和电气控制或气动控制结合使用时，能实现较复杂的顺序动作和远程控制。 液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑，因此使用寿命长。 由于液压元件已实现 了标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计、制造和使用都比较方便。 2.2 拟定液压系统原理图 调速方式的选择 ， 该机床负载变化小，功率中等，且要求低速运动平稳性好速度负载特性好，因此采用调速阀的进油节流调速回路，并在回油路上加背油阀。 快速回路和速度换接方式的选择 ， 本题已选用差动型液压缸实现
16、“快、慢、快”的回路。由于快进转工进时有平稳性要求，故采用行程阀或电磁阀皆可来实现，工进转快退则利用压力继电器来实现。 综上所述，本系统为进油节流调速回路与差动回路的组合，为此可以列出不大连交通大学信息工程学院 2011 届本科生毕业设计（论文） 3 同的方案进行综合比较后，画出回 油 路图 2-1。 图 2-1 大连交通大学信息工程学院 2011 届本科生毕业设计（论文） 4 2.3 液压系统计算 2.3.1 系统负载 Fx（轴向切削力） 查手册得系统负载的计算公式为 Fx=切xF + fF + BF 切xF ：切削阻力 fF ：运动部件在导轨上的摩擦阻力 BF ：回油路上的背压力 BF =
17、p2 *A2 p2 =0.30.8MPa A2 = 4 (D2 -d2) 表 2-1 高速钢钻头加工铸铁 查表 2-1 并计算 ： 切xF =2.6DS 8.0 HB 6.0 切xF =2.6*10.2mm*0.15 8.0 mm/r*200 6.0 =139.6 公斤 切xF =178.1*6=837.6 公斤 通过公式 Ff = 10G 计算： G:导轨上运动部件的重量 G=800010000N (取 8000N） ：导轨的摩擦系数 =0.050.1 （取 0.05) Ff = 10G = 108000*05.0 N =40 公斤 查表 2-2 得 D=80mm d=55mm 加工直径mm
18、 HB=160200 HB=200241 HB=300400 V(米 /分） f（毫米 /转） V(米 /分） f（毫米 /转） V(米 /分） f（毫米 /转） 16 1624 0.070.12 1018 0.050.10 512 0.030.08 612 0.120.20 0.100.18 0.080.15 1222 0.200.40 0.180.25 0.150.20 2250 0.400.80 0.250.40 0.200.30 大连交通大学信息工程学院 2011 届本科生毕业设计（论文） 5 A2 = 4 （ D2 -d2 ） = 4 （ 802 -552 ） =2649.375mm
19、2 回油路上的阻力 FB = 10* 22 Ap = 10 375.2649*5.0 2mmMP a =132.47 公斤 总的轴向切削力 Fx= 切xF *6+Ff +FB =837.6+40+132.47=970.2 公斤 2.3.2 选择负载阻力、选择滑台油缸尺寸（ D/d） 通过对系统负载 Fx 的计算，系统负载 Fx1000 ，然后再查 表 2-2 得， 选择型号为 HY25,滑台缸径 D/d 为 63/45 表 2-2 滑台油缸尺寸 滑台型号 最大进给力（公斤） 油缸尺寸（ D/d） 允许的最大速度 m/min HY25AB 1000 63/45 10.2 HY33AB 1600
20、80/55 8 HY40AB 2500 100/70 6.4 HY50AB 4000 125/40 5.2 HY63AB 6300 160/110 4 HY80AB 10000 200/140 3.2 2.3.3 计算油缸有效工作面积 图 2-2 通过查表 2-2 得到 （ D/d） 为 80/55，然后根据公式计算： A1 = 4 D2 = 4 632 =3115.7mm2 A2 = 4 （ D2 -d2 ） = 4 （ 632 -452 )=1526.04mm2 A 杆 = 4 d2 = 4 452 =1589.6mm2 大连交通大学信息工程学院 2011 届本科生毕业设计（论文） 6 2
21、.3.4 计算油泵的流量 qp 根据手册查得油泵流量计算公式为 qp =ni AV1 杆快， n 为同时运动的滑台油缸数 。代入公 式计算得： 油泵的流量 qp =10.2m/min*1589.6mm2 *10 6 *103 =16.2L/min V= nqp = min/1440 min/2.16 rL =11.25ml/r 查表 2-3 得，选用型号为 YXB-16 的限压式变量泵 表 2-3 限压式变量泵 型号 排量 mL/r 调速范围 转速 驱动功率 YXB-16 016 26.3MPa 6001500 2.6 YXB-25 025 26.3MPa 6001500 4.0 YXB-40
22、 040 26.3MPa 6001500 9.8 2.3.5 油缸工作压力 查阅手册得， 差动快进快退时 ，公式为 P1 = 杆AFf = 杆AG P1 = 杆AFf = 杆AG =610*1589.68000*05.0 N=0.25MPa 2.3.6 计算油泵的工作压力 查手册得油泵工作压力公式为： PP =P1 + 进 P ， 进 P = 进 P + 进 P 对机床液压系统来说，可用近似计算沿程压力损失 进 P 进 P =72dV L （ bar） 1bar=0.1MPa V：进油管内油的速度 d：进油管直径（ d=10mm） L：进油管的长度（ L=48m） V= 杆Aqp = 60*10*1 5 8 9 .6 m m 10*1 6 .2 L /m in62-3=0.17m/s
