汽車縱梁沖孔生產(chǎn)線上的上料裝置設(shè)計(jì)含4張CAD圖,汽車,沖孔,生產(chǎn),線上,裝置,設(shè)計(jì),CAD 摘 要 隨著科技的進(jìn)步，工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來越高，作為機(jī)械行業(yè)，肩負(fù)著國(guó)家制造業(yè)的興衰，也是衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的主要標(biāo)志。目前，在機(jī)械加工生產(chǎn)線上多數(shù)采用的是電、氣、液相結(jié)合的一體化模式。板材送進(jìn)裝置是生產(chǎn)線上的重要環(huán)節(jié)，是連接主機(jī)和工作機(jī)的橋梁。本文討論了汽車沖孔生產(chǎn)線上的送料裝置的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，簡(jiǎn)單介紹了汽車沖孔生產(chǎn)線的發(fā)展?fàn)顩r、組成部分及其用途，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了板材的快速、準(zhǔn)確定位。因此，成功設(shè)計(jì)該裝置具有十分重要的意義，它可以在一定程度上促進(jìn)生產(chǎn)自動(dòng)化，減少運(yùn)輸時(shí)間，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)成本，給企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞：夾鉗；上料裝置；板材；沖孔 Abstract With the advances in technology, the high degree of automation of the industrial areas of the shoulder as the machinery industry, the rise and fall of national manufacturing is the main indicator to measure a country's comprehensive national strength. At present, the majority used in the machining production line integration mode is a combination of electricity, gas and liquid. Sheet sent to the device is an important part of the production line, is a bridge to connect the host machine. This paper discusses the structure and working principle of the car punching production line feeding device, briefly introduced the development of automotive punching production line, part of their purpose, and on this basis has been improved, and plate rapid accurate positioning. And the clamp device is an ongoing job for a long time, we have to study it. Therefore, the successful design of this device has great significance to a certain extent, it can promote the production automation, reduce transit time, reduce labor intensity, increase productivity, reduce labor costs and bring greater economic benefits to the enterprise. Key words: Clamp; Feeding device; Sheet; Punching 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 汽車縱梁沖孔生產(chǎn)線上的上料裝置研究的意義 1 1.2 汽車縱梁沖孔生產(chǎn)線的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 1 1.2.1 國(guó)外情況 1 1.2.2 國(guó)內(nèi)情況 2 1.3 汽車縱梁沖孔生產(chǎn)線的工作原理 2 1.4 汽車縱深沖孔生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)及用途 3 1.4.1 上料臺(tái)車及吸盤上料機(jī)構(gòu) 3 1.4.2 上料送進(jìn)裝置 3 1.4.3 主機(jī)部件 4 1.4.4 導(dǎo)料裝置 5 1.4.5 下料工作臺(tái)及接料架 5 第2章 送料裝置設(shè)計(jì)方案 6 2.1 設(shè)計(jì)方案列舉 6 2.1.1 設(shè)計(jì)方案一 6 2.1.2 設(shè)計(jì)方案二 7 2.1.3 設(shè)計(jì)方案三 7 2.2 設(shè)計(jì)方案比較 8 2.2.1 經(jīng)濟(jì)型分析 8 2.2.2 電機(jī)選擇分析 8 2.2.3 傳動(dòng)方式比較分析 9 2.3 本裝置設(shè)計(jì)方案 9 第3章 STPK120夾鉗裝置概述 10 3.1 STPK120夾鉗裝置簡(jiǎn)介 10 3.2 STPK120夾鉗裝置工作原理 10 3.3 傳送裝置總體結(jié)構(gòu)及其各部分功能 11 3.4 傳送料裝置各部件結(jié)構(gòu) 11 3.4.1 傳感器 12 3.4.2 油缸 15 3.4.3 鎖緊缸 15 3.4.4 支座 15 3.4.5 汽缸支架 15 第4章 板材力學(xué)分析 16 4.1 設(shè)計(jì)有關(guān)技術(shù)參數(shù) 16 4.2 板材力學(xué)分析 16 4.3 液壓油的選擇 18 4.3.1 液壓油的選用原則 18 4.3.2 本裝置液壓油的選擇 20 第5章 液壓缸設(shè)計(jì) 22 5.1 缸筒的功能 22 5.2 油缸筒參數(shù)計(jì)算 22 5.2.1 液壓缸的基本參數(shù)的確定 22 5.3 油缸工藝分析 24 5.3.1 工藝性分析 24 5.3.2 確定毛坯的制造形式 25 5.3.3 油缸的工藝過程制訂 26 第6章 送料裝置主要零件設(shè)計(jì) 28 6.1 減速機(jī)的選擇 28 6.1.1 傳動(dòng)件選擇 28 6.1.2 減速機(jī)的選擇計(jì)算 28 6.2 伺服電機(jī)的選擇 29 6.2.1 功率計(jì)算 29 6.2.2 電動(dòng)機(jī)類型選擇 30 6.3 齒輪的設(shè)計(jì)及校合 31 6.3.1 齒輪的選擇 31 6.3.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 31 6.3.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 32 6.3.4 幾何尺寸的計(jì)算 33 6.3.5 羅升齒輪的特點(diǎn) 34 6.4 齒條的設(shè)計(jì)及校合 34 6.4.1 羅升齒條的選用 35 6.4.2 齒條基本參數(shù)的確定 35 6.5 彈簧的設(shè)計(jì) 35 6.5.1 彈簧設(shè)計(jì) 35 6.5.2 彈簧的計(jì)算 36 6.5.3 彈簧設(shè)計(jì)參數(shù)確定與計(jì)算 37 6.6 齒輪平鍵校核 39 6.7 接近開關(guān)的設(shè)計(jì) 40 6.7.1 工作原理與分類 40 6.7.2 型號(hào)選擇 40 6.7.3 接近開關(guān)作用 41 結(jié) 論 42 致 謝 43 參考文獻(xiàn) 44 CONTENTS Abstract I Chapter 1 Introduction 1 1.1 Automobile Frame punching production line feeding device significance of the study 1 1.2 Car stringer punching production line at home and abroad 1 1.2.1 Abroad 1 1.2.2 The domestic situation 2 1.3 Automobile Frame punching production line works 2 1.4 Structure and use of the auto depth punching production line 3 1.4.1 The material trolley and suction feeding mechanism 3 1.4.2 The material sent to the device 3 1.4.3 Host Components 4 1.4.4 Conducting device 5 Chapter 2 feeders design 6 2.1 The design of enumeration 6 2.1.1 The first design 6 2.1.2 The second design 7 2.1.3 The third Design 7 2.2 The design comparison 8 2.2.1 The economic analysis 8 2.2.2 Motor Selection 8 2.2.3 Transmission 9 2.3 Device design 9 STPK120 clamp device Overview 10 3.1 STPK120 clamping devices Introduction 10 3.2 STPK120 clamp device works 10 3.3 Transfer unit in general stracture and fuction of each 11 3.4 The various components of the feed device structure 11 3.4.1 Sensor 12 3.4.2 The fuel tank 15 3.4.3 Locking cylinder 15 3.4.4 Supports 15 3.4.5 The cylinder bracket 15 Chapter 4, sheet metal mechanics 16 4.1 Design of the technical parameters 16 4.2 Analysis of sheet metal mechanics 16 4.3 Hydraulic oil of choice 18 4.3.1 The hydraulic oil selection principles 18 4.3.2 Hydraulic oil selection 20 Chapter 5, the hydraulic cylinder design 22 5.1 Cylinder functions 22 5.2 Cylinder tube parameter calculation 22 5.2.1 The basic parameters of the hydraulic cylinder to determine 22 5.3 Fuel tank process analysis 24 5.3.1 The analysis of the process 24 5.3.2 To determine the rough form of manufacturing 25 5.3.3 The fuel tank of the process to develop 26 Chapter 6, the main parts of the feeding device design 28 6.1 Reducer selection 28 6.1.1 The transmission choice 28 6.1.2 Reducer choice calculation 28 6.2 Servo motor selection 29 6.2.1 The power calculation 29 6.2.2 The motor type selection 30 6.3 gear design and the school together 31 6.3.1 Gear choice 31 6.3.2 Strength Design of tooth contact 31 6.3.3 Tooth root bending strength design 32 6.3.4 The calculation of the geometric dimensions 33 6.3.5 Law l gear features 34 6.4 Rack design and school closure 34 6.4.1 Luo l rack selection 35 6.4.2 Rack determine the basic parameters 35 6.5 Spring design 35 6.5.1 Spring design 35 6.5.2 Spring calculation 36 6.5.3 Spring design parameters and calculation 37 6.6 Gear level key check 39 6.7 The proximity switch design 40 6.7.1 Works and classification 40 6.7.2 Model selection 40 6.7.3 Proximity Switches role 41 Conclusions 42 Acknowledgements 43 References 44 45 第1章 緒論 1.1 汽車縱梁沖孔生產(chǎn)線上的上料裝置研究的意義 隨著科技的進(jìn)步，工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來越高，作為機(jī)械行業(yè)，肩負(fù)著國(guó)家制造業(yè)的興衰，也是衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的主要標(biāo)志。目前，在機(jī)械加工生產(chǎn)線上多數(shù)采用的是電、氣、液相結(jié)合的一體化模式。板材送進(jìn)夾鉗是生產(chǎn)線上的重要環(huán)節(jié)，是連接主機(jī)和工作機(jī)的橋梁。因此，成功設(shè)計(jì)該裝置具有十分重要的意義，它可以在一定程度上促進(jìn)生產(chǎn)自動(dòng)化，減少運(yùn)輸時(shí)間，降低工人的勞動(dòng)力度，提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)成本，給企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。 1.2 汽車縱梁沖孔生產(chǎn)線的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 1.2.1 國(guó)外情況 直到20世紀(jì)80年代中期,大批量生產(chǎn)汽車底盤的專業(yè)制造廠家主要還是靠大噸位壓力機(jī)一次沖壓成形，這種大型壓力機(jī)的投資巨大，而針對(duì)一種車型的一套沖壓成型模具從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)，周期很長(zhǎng)，一般要半年以上，制造成本也很昂貴，在新車型的試制過程中會(huì)大大增加產(chǎn)品開發(fā)的成本和風(fēng)險(xiǎn)。于是在20 世紀(jì)80年代后期，歐洲開始在汽車底盤縱梁孔的生產(chǎn)中引進(jìn)數(shù)控沖孔生產(chǎn)技術(shù)。國(guó)外汽車縱梁沖孔生產(chǎn)線生產(chǎn)廠家主要有比利時(shí)索能公司、美國(guó)Beatty公司、德國(guó)Rasikin公司、意大利FICEP公司等，其中比利時(shí)索能公司最具代表性。荷蘭的DAF卡車集團(tuán)、德國(guó)的M.A.N.集團(tuán)、瑞典的VOLVO汽車集團(tuán)等全球著名汽車制造商都在近十年左右使用了索能公司的3DU形槽梁數(shù)控三面沖孔生產(chǎn)線[1]。 1.2.2 國(guó)內(nèi)情況 我國(guó)由于汽車工業(yè)的快速發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，汽車生產(chǎn)廠家過去少品種、大批量的生產(chǎn)方式也已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在的市場(chǎng)需求。于是我國(guó)在20世紀(jì)90年代后期引進(jìn)了兩條數(shù)控縱梁沖孔生產(chǎn)線，一條是二汽集團(tuán)車架廠引進(jìn)的德Rasikin公司生產(chǎn)的第一條也是最后一條數(shù)控縱梁平板沖孔生產(chǎn)線，另一條是江淮汽車廠引進(jìn)的意大利FICEP公司生產(chǎn)的數(shù)控縱梁平板沖孔生產(chǎn)線。進(jìn)入21世紀(jì)，微電子技術(shù)和信息通信技術(shù)的快速發(fā)展為柔性自動(dòng)化提供了重要的技術(shù)支撐，工業(yè)裝備的數(shù)控化、自動(dòng)化、柔性化呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)[6]。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)引進(jìn)使用最多的是比利時(shí)索能公司生產(chǎn)的3D U形槽梁數(shù)控三面沖孔生產(chǎn)線。 我國(guó)的汽車平板縱梁數(shù)控沖孔生產(chǎn)線最早是在2000年開始借鑒國(guó)外的技術(shù)并結(jié)合中國(guó)國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)現(xiàn)狀著手研制開發(fā)的。目前，國(guó)產(chǎn)數(shù)控縱梁沖孔生產(chǎn)線已有40多條，先后在一汽集團(tuán)、二汽集團(tuán)、重汽集團(tuán)及其下屬汽車制造廠以及江淮汽車、北汽福田、山東時(shí)風(fēng)集團(tuán)、南京依維柯、亞星-奔馳等20多家汽車及配件生產(chǎn)廠家得到應(yīng)用。數(shù)控縱梁生產(chǎn)線生產(chǎn)廠家以濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所開發(fā)的最早，開發(fā)品種最多[2]。 1.3 汽車縱梁沖孔生產(chǎn)線的工作原理 汽車縱梁數(shù)控平板沖孔線由自動(dòng)上料電磁吸盤將板料從上料側(cè)移動(dòng)料臺(tái)上移到上料輥。首先對(duì)板料進(jìn)行板端定位，后自動(dòng)上料對(duì)中裝置將板料對(duì)中后，夾鉗將板料夾緊，確定板料在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，送進(jìn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工件移動(dòng)。然后按照自動(dòng)編程所生成的程序達(dá)到待沖孔位的精確定位，通過控制液壓沖孔單元的主閥，控制油缸活塞的上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)板料的沖壓加工。加工的廢物由排屑機(jī)輸出到廢物小車中。成品由下料夾鉗夾持，送進(jìn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工件移動(dòng)到達(dá)指定位置，由推料裝置將板料從下料輥推移到下料側(cè)儲(chǔ)料框上，由行車吊走。 夾鉗夾住工件的側(cè)面，工件放在輥?zhàn)由?，夾鉗夾住工件，拖動(dòng)工件前行，送到主機(jī)進(jìn)行沖孔加工。一般情況下，采用多個(gè)夾鉗共同夾住板材，夾鉗口伸入到板側(cè)面20—30mm，即可夾住。眾多夾鉗并排放在平板上，平板下有滑軌，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪、齒條，即可驅(qū)動(dòng)平板在滑軌上運(yùn)行。夾鉗夾緊力靠油缸夾緊，油缸為單作用油缸，即復(fù)位采用油缸彈簧。夾鉗伸縮采用SMC公司的鎖緊缸，此缸在行程上可在任意位置停止鎖緊活塞，使夾鉗不竄動(dòng)。 該裝置的動(dòng)作過程為：當(dāng)工件位置放好后，夾鉗頭在汽缸的推動(dòng)下伸出；當(dāng)工件進(jìn)入夾鉗口時(shí)，板材側(cè)面接觸到感應(yīng)塊時(shí)，感應(yīng)塊后退，接近開關(guān)得到信號(hào)；控制系統(tǒng)收到接近開關(guān)的信號(hào)，油缸進(jìn)油，上鉗口下壓，壓住板材，同時(shí)汽缸活塞鎖緊不動(dòng)；夾緊后，夾鉗帶著工件在齒輪、齒條驅(qū)動(dòng)下前行，送往主機(jī)。然后當(dāng)主機(jī)對(duì)板材沖孔加工后，控制系統(tǒng)得到命令后，油缸卸壓，在油缸彈簧的作用下活塞桿上升，夾頭在復(fù)位彈簧的作用下回到初始位置。同時(shí)鎖緊氣缸拉動(dòng)油缸回到原位置，至此整個(gè)動(dòng)作結(jié)束。 1.4 汽車縱深沖孔生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)及用途 1.4.1 上料臺(tái)車及吸盤上料機(jī)構(gòu) 上料電動(dòng)臺(tái)車可通過按鈕控制運(yùn)行至線外，裝載行車吊運(yùn)的板垛后，再運(yùn)行至自動(dòng)上料位置，預(yù)備執(zhí)行自動(dòng)程序。 吸盤上料機(jī)構(gòu)是自動(dòng)上料部分的C型結(jié)構(gòu)件，該裝置完成上料動(dòng)作吸盤架上安裝有電磁吸盤，用以吸持板料；串聯(lián)液壓缸保證吸盤架同步升降，整個(gè)吸盤裝置前后橫向移動(dòng)由一個(gè)水平液壓缸驅(qū)動(dòng)，三根精密直線導(dǎo)軌導(dǎo)向運(yùn)行平穩(wěn)，保證兩端同步。 當(dāng)電動(dòng)送料臺(tái)車停在指定工作位置后，吸盤下行從臺(tái)車上吸住板料，而后上升，將板料水平運(yùn)送至上料支撐輥上方，再將板料放在上料支撐輥上，然后吸盤返回初始位置，等待信號(hào)開始下一個(gè)工作循環(huán)[3]。 1.4.2 上料送進(jìn)裝置 1. 送料工作臺(tái) 送料工作臺(tái)由上料臺(tái)架、上料輥、對(duì)中裝置和送進(jìn)夾鉗等零部件組成。上料臺(tái)架安放在上料部件C型開口床身內(nèi)側(cè)下面的平面上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、重量輕。上料臺(tái)架的下面安裝有調(diào)整地腳，即便于安放床身，又能方便調(diào)平上料臺(tái)。 2. 上、下料送進(jìn)夾鉗 本機(jī)上料工作臺(tái)和下料工作臺(tái)各有一個(gè)夾鉗送進(jìn)機(jī)構(gòu)，二者結(jié)構(gòu)對(duì)稱。夾鉗裝置主要由單作用油缸、鎖緊缸、支座、氣缸支架、浮動(dòng)夾鉗支架、傳感器等零件組成。送進(jìn)由伺服減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)板料經(jīng)移動(dòng)對(duì)中定位后，送進(jìn)夾鉗推送板料到達(dá)指定位置——板前端定位于X2軸夾鉗口，到位發(fā)訊后移動(dòng)對(duì)中前伸后對(duì)中完成，這時(shí)張開的X1夾鉗夾緊板料，預(yù)備送進(jìn)沖孔；當(dāng)板料到達(dá)主機(jī)出料側(cè)時(shí)，下料送進(jìn)開始動(dòng)作，同樣是夾鉗夾緊板料，由電機(jī)控制開始送進(jìn)。 3. 固定對(duì)中定位裝置 固定對(duì)中定位裝置共有5組，每組由底板、電機(jī)傳動(dòng)裝置、雙向絲杠、對(duì)中定位柱、中間定位孔銷以及刻度尺等組成。當(dāng)吸盤將板料吸放到工作臺(tái)上后，固定對(duì)中定位裝置和移動(dòng)對(duì)中裝置開始起作用。固定對(duì)中裝置是指在工件(板料)的沖孔過程中是固定的，而為了適應(yīng)不同長(zhǎng)度規(guī)格板料的對(duì)中需要，可根據(jù)不同長(zhǎng)度的板料，選擇相應(yīng)的對(duì)中裝置配合板料前真?zhèn)€移動(dòng)對(duì)中執(zhí)行對(duì)中操縱。對(duì)中時(shí)，電機(jī)控制雙向絲杠旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)定位柱同時(shí)向中間移動(dòng)完成對(duì)中。中間的定位孔銷，在板料上有定位孔時(shí)用來定位，并有下真?zhèn)€刻度尺作為輔助。對(duì)中定位完成，夾鉗夾持板料后，固定對(duì)中定位裝置松開，恢復(fù)原來狀態(tài)。 4. 移動(dòng)對(duì)中定位裝置 移動(dòng)對(duì)中定位裝置的對(duì)中部分的結(jié)構(gòu)和工作原理，與固定對(duì)中裝置的對(duì)中部分基本相同，只是在結(jié)構(gòu)上多了一個(gè)氣缸及滑塊。當(dāng)板料就位后移動(dòng)對(duì)中和固定對(duì)中同時(shí)起作用，對(duì)中完成后，固定對(duì)中恢復(fù)原來狀態(tài)，移動(dòng)對(duì)中夾持狀態(tài)保持不變。移動(dòng)對(duì)中裝置在沖孔階段內(nèi)跟隨夾鉗送進(jìn)裝置移動(dòng)，轉(zhuǎn)為2支夾鉗夾持板料進(jìn)行沖壓工作后，移動(dòng)對(duì)中裝置對(duì)中部分恢復(fù)原來分開狀態(tài)，并由氣缸將其拖回原來初始位置。 1.4.3 主機(jī)部件 主要是完成機(jī)床的核心功能——沖孔。它由閉式床身、模具庫(kù)、廢物處理裝置和前后導(dǎo)料架等組成。 1.4.4 導(dǎo)料裝置 導(dǎo)料裝置由導(dǎo)柱、支架、油缸以及上、下輥等組成。在整個(gè)工件送進(jìn)過程中，在上料側(cè)夾鉗送進(jìn)動(dòng)作結(jié)束前，導(dǎo)料油缸的推動(dòng)輥輪壓緊板料的上、下表面。這樣板料轉(zhuǎn)由導(dǎo)料輥輪和下料夾鉗夾持，保證了沖孔動(dòng)作的連續(xù)性和平穩(wěn)性。 1.4.5 下料工作臺(tái)及接料架 下料工作臺(tái)由下料臺(tái)架、下料輥、下料夾鉗、導(dǎo)料裝置、自動(dòng)推料裝置和接料裝置等零部件組成。下料臺(tái)安放在下料基座上，在下料臺(tái)架上面安裝有下料輥組成工作臺(tái)面，用于傳送板料，此處安裝有夾鉗送進(jìn)機(jī)構(gòu)，采用齒輪齒條傳動(dòng)方式，導(dǎo)軌導(dǎo)向。板料加工完后，夾鉗會(huì)自動(dòng)運(yùn)行至適合的下料位置。此時(shí)，下料夾鉗停止運(yùn)動(dòng)，鉗口張開，推料裝置動(dòng)作，將板料平穩(wěn)的推進(jìn)接料架。下料工作臺(tái)主要是提供了一個(gè)載體，便于夾鉗送進(jìn)裝置的安裝及板料的運(yùn)行[4]。 第2章 送料裝置設(shè)計(jì)方案 2.1 設(shè)計(jì)方案列舉 2.1.1 設(shè)計(jì)方案一 夾鉗裝置布置位置采用側(cè)面夾緊方式，結(jié)構(gòu)如圖2-1所示： 圖2-1 側(cè)面夾緊夾鉗裝置 1-夾鉗上臂；2-彈簧；3-復(fù)位彈簧；4-內(nèi)六角螺釘 當(dāng)板材進(jìn)入夾鉗口時(shí)，板材側(cè)面接觸到感應(yīng)塊，感應(yīng)塊后退，接近開關(guān)得到信號(hào)，控制系統(tǒng)收到接近開關(guān)的信號(hào)，油缸進(jìn)油，上鉗口下壓，壓住板材，同時(shí)氣缸活塞鎖緊不動(dòng)。 傳送是用伺服電機(jī)通過精密減速機(jī)與齒輪連接，齒輪和上料架上的齒輪嚙合。待夾鉗夾緊后，夾鉗帶著工件在齒輪、齒條驅(qū)動(dòng)下前行，送往主機(jī)。 2.1.2 設(shè)計(jì)方案二 夾鉗裝置布置采用兩端定位夾緊方式，總體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示： 1-接近開關(guān)；2-彈簧；3-開關(guān)檢測(cè)板；4-夾鉗上臂 圖2-2 兩端夾緊夾鉗裝置 首先對(duì)板料進(jìn)行板端定位，后自動(dòng)上料對(duì)中裝置將板料對(duì)中后，夾鉗將板料夾緊，確定板料在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，送進(jìn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工件移動(dòng)。送進(jìn)夾鉗推送板料到達(dá)指定位置——板前端定位于夾鉗口，到位發(fā)訊后移動(dòng)對(duì)中前伸后對(duì)中完成，這時(shí)張開的夾鉗夾緊板料，準(zhǔn)備送進(jìn)沖孔。 傳送方式是用步進(jìn)電機(jī)通過精密減速機(jī)與齒輪連接，齒輪和上料架上的齒條嚙合。待夾鉗夾緊后，夾鉗帶著工件在齒輪、齒條驅(qū)動(dòng)下前行，送往主機(jī)。 2.1.3 設(shè)計(jì)方案三 總體結(jié)構(gòu)如方案二，區(qū)別在于電機(jī)選擇不同。本方案?jìng)魉头绞讲捎盟欧姍C(jī)通過精密減速器與齒輪連接，通過齒輪齒條傳動(dòng)帶動(dòng)夾鉗運(yùn)動(dòng)。 2.2 設(shè)計(jì)方案比較 2.2.1 經(jīng)濟(jì)型分析 從設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)角度分析，為了減小生產(chǎn)成本，創(chuàng)造更多的效益，同時(shí)具備良好的生產(chǎn)性能，方案二的夾鉗布置少，定位夾緊能力也具備優(yōu)越性和靈活性。方案一由于采用一側(cè)夾緊，在板料相對(duì)較長(zhǎng)的情況下夾鉗布置較多，在經(jīng)濟(jì)性方面不具備優(yōu)勢(shì)。方案二能夠節(jié)約生產(chǎn)設(shè)計(jì)成本，為廠家產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。 2.2.2 電機(jī)選擇分析 1. 選用步進(jìn)電機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為、，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為、，也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300~600RPM，其控制為開環(huán)控制，為保證其控制精度，應(yīng)用時(shí)應(yīng)處理好升、降速問題。 2. 選用交流伺服電機(jī)控制 隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證，是步距角為的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能(FFT)，可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。 交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000RPM或3000RPM)以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，加速性能較好。 一個(gè)集成的系統(tǒng)通常具有傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，包括四個(gè)，電機(jī)體積可減少(從10至100英寸)，以及編碼器選項(xiàng)板。集成系統(tǒng)，諸如力士樂的IndraDrive，可支持多達(dá)20個(gè)驅(qū)動(dòng)器的電纜[5]。 3. 方案比較 就控制精度而言，通過比較步距角，交流伺服電機(jī)優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象，這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。而交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力，需要選取較大的轉(zhuǎn)矩，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力，且一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。交流伺服驅(qū)動(dòng)加速性能較步進(jìn)電機(jī)好，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。 綜上所述，交流伺服電機(jī)系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)，所以選用交流伺服電機(jī)系統(tǒng)控制。 2.2.3 傳動(dòng)方式比較分析 齒輪齒條傳動(dòng)穩(wěn)定可靠，加工精度也很高，且經(jīng)濟(jì)性適中合理。綜上所述，采用設(shè)計(jì)方案三，通過方案可行性分析，該方案滿足生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求。 2.3 本裝置設(shè)計(jì)方案 根據(jù)各種設(shè)計(jì)方案比較分析，采用設(shè)計(jì)方案二提出的兩端夾緊和方案三提出的交流伺服電機(jī)控制。 第3章 STPK120夾鉗裝置概述 本設(shè)計(jì)的上料送進(jìn)部件主要是參考STPK120夾鉗裝置而設(shè)計(jì)，因此特介紹STPK120夾柑裝置上料送進(jìn)的個(gè)部件以及其功能[6]。 3.1 STPK120夾鉗裝置簡(jiǎn)介 STPK120板材夾鉗裝置是廣泛吸收國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的液壓，氣壓夾鉗裝置的先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，針對(duì)板材的型號(hào)長(zhǎng)、厚、寬分別為12m，6-10mm，300-600mm，而開發(fā)研制的。板材的兩端分別布置一個(gè)該夾柑裝置，這樣能夠節(jié)省大量的材料，對(duì)大批量的板材生產(chǎn)具有降低成本的優(yōu)點(diǎn)。該夾柑夾緊力靠油缸夾緊，伸縮采用SMC公司的鎖緊缸。它具有結(jié)構(gòu)可靠，傳動(dòng)平穩(wěn)，節(jié)省材料，動(dòng)作靈敏等優(yōu)點(diǎn)。 3.2 STPK120夾鉗裝置工作原理 該裝置結(jié)構(gòu)如圖3-2，具體的工作原理如下： 工件放在輥?zhàn)由希瑠A柑夾住工件的端面，拖動(dòng)工件前行，送到主機(jī)進(jìn)行沖孔加工。一般情況下，以一端的夾柑為主，夾柑口伸入到板端面20-30mm，即可夾住。平板下有滑軌，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪、齒條，即可驅(qū)動(dòng)平板在滑軌上運(yùn)行。夾柑夾緊力靠油缸夾緊，油缸為單作用油缸，復(fù)位采用彈簧機(jī)構(gòu)，夾柑伸縮采用SMC公司的鎖緊缸，此缸在行程上可在任意位置停止鎖緊活塞，使夾鉗不竄動(dòng)。 該夾鉗的具體工作過程為：當(dāng)工件位置放好后，夾鉗頭在汽缸的推動(dòng)下伸出，當(dāng)工件進(jìn)入夾鉗口時(shí)，板材端面接觸到感應(yīng)塊時(shí)，感應(yīng)塊后退，接近開關(guān)得到信號(hào)，控制系統(tǒng)收到接近開關(guān)的信號(hào)，油缸進(jìn)油，上鉗口下壓，壓住板材，同時(shí)汽缸活塞鎖緊不動(dòng);夾緊后，夾鉗帶著工件在齒輪、齒條驅(qū)動(dòng)下前行，送往主機(jī)。然后當(dāng)主機(jī)對(duì)板材沖孔加工后，控制系統(tǒng)得到命令后，油缸卸壓，在油缸彈簧的作用下活塞桿上升，夾頭在復(fù)位彈簧的作用下回到初始位置，同時(shí)鎖緊氣缸拉動(dòng)油缸回到原位置，至此整個(gè)動(dòng)作結(jié)束。工作原理圖如圖3-1所示。 1-開關(guān)；2-夾鉗座；3-連接座；4-送進(jìn)座；5-油缸 圖3-1 STPK120夾鉗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖 3.3 傳送裝置總體結(jié)構(gòu)及其各部分功能 該裝置由連接座，單作用油缸、鎖緊缸、支座、氣缸支架、浮動(dòng)夾鉗支架、傳感器，送進(jìn)座，夾鉗，伺服減速電機(jī)，拖鏈連接板等部件組成。能夠節(jié)省大量的材料，對(duì)大批量的板材生產(chǎn)具有降低成本的優(yōu)點(diǎn)。 由于板材長(zhǎng)度過長(zhǎng)，故需兩端一起定位、夾緊，由上下料夾。鉗共同實(shí)現(xiàn)。夾鉗夾緊力靠油缸夾緊，油缸為單作用油缸，即復(fù)位采用油缸彈簧。 3.4 傳送料裝置各部件結(jié)構(gòu) 支座、氣缸支架、浮動(dòng)夾鉗支架都是焊接件，不得出現(xiàn)明顯焊接變形，焊后清渣，焊后去焊接應(yīng)力，銳邊倒鈍，發(fā)黑處理。油缸活塞桿采用的材料是45鋼，加工時(shí)注意銳邊倒鈍和T235。油缸的材料也是45鋼，加工時(shí)注意銳邊倒鈍，進(jìn)行去除應(yīng)力處理。 3.4.1 傳感器 1. 傳感器作用 工程上通常把直接作用于被測(cè)量，能按一定規(guī)律將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件，稱為傳感器。傳感器處于測(cè)試裝置的輸入端，其性能將直接影響著整個(gè)測(cè)試裝置的工作質(zhì)量。 傳感器的作用類似于人的感覺器官。它把被測(cè)量，如力、位移、溫度等，轉(zhuǎn)換為易測(cè)信號(hào)，傳送給測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)。 傳感器也可以認(rèn)為是人類感官的延伸，因?yàn)榻柚鷤鞲衅骺梢匀ヌ剿髂切┤藗儫o法用感官直接測(cè)量的事物，例如，用熱電偶可以測(cè)得熾熱物體的溫度;用超聲波探測(cè)器可以測(cè)量海水深度;用紅外遙感器可從高空探測(cè)地面上的植被和污染情況，等等。因此，可以說傳感器是人們認(rèn)識(shí)自然界的有力工具，是測(cè)量?jī)x器與被測(cè)事物之間的接口。 在工程上也把提供與輸入量有特定關(guān)系的輸出量的器件，成為測(cè)量變換器。傳感器就是輸入量為被測(cè)量的測(cè)量變換器。 隨著測(cè)試、控制與信息技術(shù)的發(fā)展，傳感器作為這些領(lǐng)域里 的一個(gè)重要構(gòu)成因素收到了普遍重視，成為20世紀(jì)90年代的關(guān)鍵技術(shù)之一。深入研究傳感器類型、原理和應(yīng)用，研制開發(fā)新型傳感器，對(duì)于科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)工程中的自動(dòng)控制和智能化發(fā)展，以及人類觀測(cè)研究自然界事物的深度和廣度都有重要的實(shí)際意義。 2. 傳感器分類 傳感器分類方法很多?？梢杂貌煌挠^點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類:它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途;它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。 (1) 按被測(cè)量物體 可分為位移傳感器、力傳感器、溫度傳感器等。 (2) 按傳感器工作原理 可分為機(jī)械式、電器式、光學(xué)式、流體式等。 (3) 信號(hào)變換特征 也可概括分為物性型和結(jié)構(gòu)型。 (4) 按敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系 可分為能量轉(zhuǎn)換型與能量控制型。 (5) 按輸出信號(hào)的類型 可分為模擬式和數(shù)字式等。 3. 傳感器的選用原則 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、鋇1量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。 (1) 根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型 要進(jìn)行一個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題:量程的大小;被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求;測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式;信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量;傳感器的來源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。 在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。 (2) 靈敏度的選擇 一般來講，傳感器靈敏的越高越好，因?yàn)殪`敏度越高，意味著傳感器所能感知的變化量越小，被測(cè)量稍有微小的變化時(shí)，傳感器就有較大的輸出。 當(dāng)然也應(yīng)考慮到到，當(dāng)靈敏度越高時(shí)，與測(cè)量信號(hào)無關(guān)的外界干擾也愈容易混入，并被放大裝置所放大。這時(shí)必須考慮既要檢測(cè)微小量值，又要干擾小，為保證此點(diǎn)，往往要求信噪比愈大愈好，即要求傳感器本身噪聲小，且不易從外界引入干擾。 當(dāng)被測(cè)量是個(gè)矢量時(shí)，還應(yīng)要求傳感器再該方向靈敏度與高愈好，而橫向靈敏度愈小愈好。 (3) 頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有一定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。 一般來講，利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等物性傳感器，響應(yīng)較快，可工作頻率范圍寬。而結(jié)構(gòu)型，如電感、電容、磁電式傳感器等，往往由于結(jié)構(gòu)中的機(jī)械系統(tǒng)慣性的限制，其固有頻率低，可工作頻率較低。 在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，傳感器的響應(yīng)特性對(duì)測(cè)試結(jié)果有直接影響，在選用時(shí)，應(yīng)從分考慮到被測(cè)物力量的變化特點(diǎn)(如穩(wěn)態(tài)、瞬變、隨機(jī)等)。 (4) 線性范圍 任何傳感器都有一定的線性范圍，在現(xiàn)行方位內(nèi)輸入與輸出成比例關(guān)系。線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。 傳感器工作在限行區(qū)域內(nèi)，是保證測(cè)量精度的基本條件。例如，機(jī)械式傳感器中的測(cè)力元件，其材料的彈性限是決定測(cè)力量程的基本因素。當(dāng)超過彈性限時(shí)，將產(chǎn)生線性誤差。 然而任何傳感器都不容易保證其絕對(duì)線性，在許可限度內(nèi)，可以在其近似限行區(qū)域內(nèi)應(yīng)用。連麗如，變間隙型電容、電感傳感器，均采用在出世間隙附近的附近線性區(qū)內(nèi)工作。選用時(shí)必須考慮被測(cè)物力量的變化范圍，令其線性誤差在允許內(nèi)。 (5) 穩(wěn)定性 傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。 在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。 傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。 在某些要求傳感器能長(zhǎng)期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場(chǎng)合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)。 (6) 精度 精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。 如果測(cè)量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對(duì)量值精度高的;如果是為了定量分析，必須獲得精確的測(cè)量值，就需選用精度等級(jí)能滿足要求的傳感器。 對(duì)某些特殊使用場(chǎng)合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。 3.4.2 油缸 油缸是該裝置中的重要組成部分，是進(jìn)行夾鉗動(dòng)作的直接執(zhí)行部件。油缸可分為單作用缸和雙作用缸，在不同的工作條件下采用不同的型號(hào)，單作用缸靠油缸彈簧復(fù)位，用于壓力不高的場(chǎng)合;雙作用油缸采用進(jìn)、出油口，常用于壓力比較高的場(chǎng)合。 3.4.3 鎖緊缸 鎖緊缸選用了日本SMC公司生產(chǎn)的氣缸，它的作用是工作時(shí)將油缸伸出去。當(dāng)傳感器感應(yīng)到板材時(shí)，控制系統(tǒng)得到信號(hào)并向氣缸發(fā)送鎖緊信號(hào)，此時(shí)，氣缸就自動(dòng)鎖緊不動(dòng)。 3.4.4 支座 支座的用途是起支撐作用，支撐鎖緊缸和液壓缸進(jìn)行正常工作，并且和底座用螺紋連接，隨帶傳動(dòng)一起向主機(jī)方向運(yùn)動(dòng)。 3.4.5 汽缸支架 氣缸支架是焊接件，固定在支座上，支撐氣缸活塞平穩(wěn)動(dòng)作，其次還起到導(dǎo)向作用。 第4章 板材力學(xué)分析 4.1 設(shè)計(jì)有關(guān)技術(shù)參數(shù) 需要加工的汽車縱梁鋼板參數(shù)： 長(zhǎng)12mm，厚6-l0mm，寬300-600mm； 鋼板翹曲最大30mm； 送進(jìn)速度60m/min； 精密減速器減速比10.10； 夾鉗裝置的布置是：板材的兩端分別布置一個(gè)該夾鉗裝置，一個(gè)是上料夾鉗，另外一個(gè)是下料夾鉗。 4.2 板材力學(xué)分析 板材的參數(shù)為：長(zhǎng)=12m寬=300~600mm厚=6~10mm 根據(jù)板材在傳送過程中的狀態(tài)主要受力分析如下。 1. 受力分析與計(jì)算 (1) 以板材和輥道為研究對(duì)象受力分析： 圖4-1 受力分析 1) 摩擦系數(shù)確定 對(duì)夾板材鉗、以及輥道進(jìn)行受力分析，其材料均為鋼材，其主要作用力是摩擦力，摩擦副之間無潤(rùn)滑摩擦。查[文獻(xiàn)7]表1-1-41： 鋼一鋼摩擦副之間的動(dòng)摩擦系數(shù)為：= 0.1靜摩擦系數(shù)為：=0.15 2) 板材質(zhì)量計(jì)算 取體積為最大情況時(shí)計(jì)算，此時(shí)板材的體積為： = 查[文獻(xiàn)5]表1-1-36，板材的密度為，則板材的質(zhì)量為 =561.6kg 則板材的重力為： =561.6×9.8=5503.68N 如圖4-1所示，其中是使板材運(yùn)動(dòng)的最小送進(jìn)力，是板材與輥道之間的摩擦力，則： ==0.1×561.6kg×9.8=550.368N 式中和分別確定如下: (2) 以板材和夾鉗為研究對(duì)象受力分析: 如圖4-2所示，為使板材運(yùn)動(dòng)的最小夾鉗力，為夾鉗和 板材之間的摩擦力，則: N 圖4-2受力分析 (3) 翹曲計(jì)算 根據(jù)[文獻(xiàn)5]板材的抗彎剛度計(jì)算公式為: 式中 ——板材的抗彎剛度； ——板材的彈性模量，查[文獻(xiàn)5]表2.2取值=200GPa； ——板材的厚度，取值=10mm； ——常數(shù)，值為； 所以 ==183.15MPa 板材允許的最大翹曲度為：=30mm 則使板材運(yùn)動(dòng)的最大夾鉗力為： =y×=30mm×183.15MPa=54945N 所以，夾鉗力的取值范圍為： 3669.12N ≦≦54945N 在此范圍內(nèi)既符合要求。 4.3 液壓油的選擇 液壓油是利用液體壓力能的液壓系統(tǒng)使用的液壓介質(zhì)，它在液壓系統(tǒng)中起著能量傳遞、系統(tǒng)潤(rùn)滑、防腐、防銹、冷卻等作用。液壓油的主要類型有機(jī)械油、精密機(jī)床液壓油、氣輪機(jī)油和變壓器油。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織把液壓油用H來表示，分為易燃的烴類油、抗燃液壓油兩大類;而我國(guó)液壓油參照ISO6743/4，把液壓油分為礦物油型、合成油型及含水液型，主要有制動(dòng)液航空、艦船和液力傳動(dòng)等用途。另外，還有難燃液壓油類:HFAE水包油乳化液，HFAS水的化學(xué)溶液，HFB油包水乳化液，HFC含聚合物水溶液；HFDR磷酸酷無水合成液(飛機(jī)，汽輪機(jī)調(diào)速用)，HFDS氯化烴無水合成液，HFDU其他成分的無水合成液[8]。 4.3.1 液壓油的選用原則 1. 選擇工程機(jī)械用液壓油的依據(jù)[9] (1) 液壓件 不同的液壓元件對(duì)所用液壓油都有一個(gè)最低的配置要求，因此選擇液壓油時(shí)，應(yīng)注意液壓件種類及其使用的材質(zhì)、密封件和涂料或油漆等與液壓油的相容性，保證各運(yùn)動(dòng)副潤(rùn)滑良好，使元件達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，滿足使用性能的要求。液壓泵是對(duì)液壓油的豁度和豁溫性能最敏感的元件之一，因此，常將系統(tǒng)中泵對(duì)液壓油的要求作為選擇液壓油的重要依據(jù)(有伺服閥的系統(tǒng)除外)。 (2) 系統(tǒng)工況 如果對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度、系統(tǒng)壓力和機(jī)構(gòu)動(dòng)作精確度的要求越高，則對(duì)液壓油的耐磨和承載能力等的要求也越高。根據(jù)系統(tǒng)可能的工作溫度，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和工作環(huán)境的衛(wèi)生情況等，選油時(shí)須注意油的勃度、高溫性能和熱穩(wěn)定性，以減少油泥等的形成和沉積。 (3) 油箱大小 油箱越小對(duì)油的抗氧化性、極壓抗磨性、空氣釋放性和過濾性等要求就越高。 (4) 環(huán)境溫度 針對(duì)工程機(jī)械在地下、水上、室內(nèi)、室外、寒區(qū)、或是處于溫度變化的嚴(yán)寒區(qū)，以及附近有無高溫?zé)嵩椿蛎骰鸬拳h(huán)境溫度特點(diǎn)，合理選用液壓油。若附近無明火，工作溫度在60℃以下，承載較輕時(shí)，可選用普通液壓油，如果設(shè)備須在很低的溫度下啟動(dòng)時(shí)，須選用低凝液壓油。 綜上所述，若液壓油的質(zhì)量合格，系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度很高時(shí)，油液的流速也高，液壓損失隨之增大，而泄漏相對(duì)減少，故宜選擇豁度較低的油;反之，當(dāng)油的流速低時(shí)，泄漏量相對(duì)增大，將對(duì)工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度產(chǎn)生影響，這是宜選擇豁度較高的油。通常，當(dāng)工作壓力高時(shí)，宜選用豁度高的液壓油，因?yàn)榻鉀Q高壓時(shí)的泄漏問題比克服其豁阻更應(yīng)優(yōu)先;當(dāng)工作壓力較低時(shí)，宜選用低豁度的油。環(huán)境溫度高時(shí)，應(yīng)采用豁度較高的油，反之，應(yīng)采用勃度較低的油。 (5) 經(jīng)濟(jì)性 要綜合考慮液壓油的價(jià)格、使用壽命、以及液壓系統(tǒng)和維護(hù)、安全運(yùn)行周期等情況，著眼于經(jīng)濟(jì)效益好的品牌。 (6) 液壓油的最后確定 液壓油初步選定后，還須注意核查其貨源、豁度、質(zhì)量、使用特點(diǎn)、適用范圍，以及對(duì)系統(tǒng)和元件材料的相容性，看各項(xiàng)指標(biāo)是否能完全滿足使用要求。 2. 選擇液壓油的經(jīng)濟(jì)性分析 選擇液壓油時(shí)，不能只注意油價(jià)，而忽視了品種、質(zhì)量、維護(hù)與再生等情況，如，在高溫?zé)嵩春兔骰鸶浇母邷?、高壓和精密液壓系統(tǒng)，要選用磷酸酷液抗燃液壓油，不能因價(jià)貴而用價(jià)廉的含水抗燃液代替，這樣會(huì)使液壓泵過早的磨損，降低系統(tǒng)精度;又如，在高壓液壓系統(tǒng)中，應(yīng)選用抗磨液壓油，若選用便宜的機(jī)械油或防銹、抗氧液壓油，則液壓泵壽命會(huì)縮短。以ISO豁度為等級(jí)為VG46的品種L-HH和L-HM油為例，分別用于相同的YB-D25型葉片泵(壓力為12.5MPa,溫度為65℃，轉(zhuǎn)速為1500r/min )，連續(xù)運(yùn)行250h后測(cè)其磨損量，用L-HH油時(shí)泵的磨損量為用L-HM油時(shí)的63倍。因此，在中高壓系統(tǒng)中，不該使用L-HH或L-HL油，而要選用L-HM抗磨液壓油。對(duì)于寒區(qū)和嚴(yán)寒區(qū)室作作業(yè)工程機(jī)械的高壓系統(tǒng)，則于氣溫低，環(huán)境溫度變化大，應(yīng)該選用高豁度指數(shù)的低溫液壓油，以使系統(tǒng)低溫油液流動(dòng)性好，冷啟動(dòng)容易，還會(huì)使系統(tǒng)在冬夏季用油一致，不致更換頻繁。高質(zhì)量的抗磨液壓油，熱安定性高，水解安定性好，破乳化能力強(qiáng)，空氣釋放時(shí)間短，使用壽命長(zhǎng)，可改善系統(tǒng)的運(yùn)行狀況[10]。 因此，高性能的液壓系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)用高質(zhì)量的液壓油。選用高質(zhì)量的液壓油，雖然油價(jià)較貴，但油品的使用壽命長(zhǎng)，液壓元件磨損少，系統(tǒng)維護(hù)容易，生產(chǎn)效率高，因此，總的經(jīng)濟(jì)效益還是合算的。 4.3.2 本裝置液壓油的選擇 1. 壓力計(jì)算 根據(jù)4.2的計(jì)算范圍，取一個(gè)中間數(shù)值，取=15000N 初選油缸的內(nèi)徑為：= 50mm 則液壓油的壓力為： ==7.6Mpa 2. 油液選擇 查[文獻(xiàn)11]表20-4-25，按環(huán)境、工作壓力和溫度選擇液壓油，白于是室內(nèi)固定液壓設(shè)備，且壓力小于7MPa，溫度小于50℃所以選用HL型液壓油。 查[文獻(xiàn)11]表20-4-24，適合的工作介質(zhì)和豁度的等級(jí)有32、46、68等液壓油。 根據(jù)4.3.1的液壓油選用原則，比較以上三種液壓油，現(xiàn)選用46號(hào)液壓油作為系統(tǒng)用油。46號(hào)液壓油是一種不含鋅元素的液壓油產(chǎn)品，完全復(fù)符合現(xiàn)行及未來液壓油產(chǎn)品的性能要求。46號(hào)液壓油是用溶劑反復(fù)精練的石蠟輕質(zhì)基礎(chǔ)油，和能提高產(chǎn)品性能的添加劑精制而成。這些添加劑使得液壓油有效地防止磨損、分離出水份、排出氣體。產(chǎn)品不含鋅元素，減少了發(fā)生過敏反應(yīng)地幾率，也大大減小了對(duì)環(huán)境地影響。46號(hào)液壓油之所以能充分保障液壓系統(tǒng)無故障運(yùn)行，是因?yàn)樗苡行Х乐鼓p、分離水分、排出氣體。這對(duì)環(huán)保十分有利。46號(hào)液壓油適用于所有的室內(nèi)液壓系統(tǒng)，以及某些室外液壓系統(tǒng)，這種液壓油更適用于油一霧以及循環(huán)液壓系統(tǒng)[13]。 取其公稱壓力為6.3MPa則在公稱壓力下夾鉗力為： =12370N 在本設(shè)計(jì)取值范圍之內(nèi)。 查[文獻(xiàn)11]表11-25,46號(hào)液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度為： =41.46 取 = 45。密度為=0.9x kg/則46液壓油的動(dòng)力粘度為: =0.018 pa·s 46號(hào)液壓油的主要性質(zhì)如表4-1所示: 表4-1 46號(hào)液壓油性質(zhì) 50℃運(yùn)動(dòng)粘度 動(dòng)力粘度 0.018pa·s 密度 kg/ 公稱壓力 =6.3MPa 粘度指數(shù)≥ 90 腐蝕(T3銅片1000℃ 3小時(shí)) 合格 第5章 液壓缸設(shè)計(jì) 5.1 缸筒的功能 油缸是該裝置中的重要組成部分，是進(jìn)行夾鉗動(dòng)作的直接執(zhí)行部件。油缸可分為單作用缸和雙作用缸，在不同的工作條件下采用不同的型號(hào)。單作用缸靠油缸彈簧復(fù)位，用于壓力不高的場(chǎng)合。雙作用油缸采用進(jìn)、出油口，常用于壓力比較高的場(chǎng)合。本產(chǎn)品采用的是單作用液壓缸，它的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈敏，費(fèi)用低廉，能很好得完成工作任務(wù)。它和活塞、夾頭配合共同完成夾鉗并送往主機(jī)。 5.2 油缸筒參數(shù)計(jì)算 5.2.1 液壓缸的基本參數(shù)的確定 1. 液壓缸的內(nèi)徑的 液壓缸的內(nèi)徑可由下列公式求得: 式中 一夾鉗力(N)；=12370N 一液壓缸的公稱壓力(Pa) 一液壓缸的內(nèi)徑(m) 查文獻(xiàn)[11]單行本表20-6-2的公稱壓力系列選取=6.3MPa，則由上式可得: ==49.9mm 由文獻(xiàn)[11]表]4-2可查得，活塞桿的直徑 =0.5 ×63.58=24.9 mm 由文獻(xiàn)[11]表4-4和4-3對(duì)其圓整成標(biāo)準(zhǔn)值得 =50mm，=25mm 2. 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 對(duì)最小導(dǎo)向長(zhǎng)度最多采用經(jīng)驗(yàn)公式： 式中 ——最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 ——最大工作行程 ——液壓缸的內(nèi)徑 由文獻(xiàn)[12]表20-6-2選取最大工作行程為125mm；液壓缸的內(nèi)徑為50mm，代入上式得： ==31.25mm 夜壓缸的活塞行程按設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)計(jì)算，工作行程能滿足各種板材的要求。 3. 剛體厚度及其外徑強(qiáng)度的校驗(yàn) 根據(jù)文獻(xiàn)[12]公式( 4.8-7 )剛體的厚度占的取值由強(qiáng)度條件決定。當(dāng)時(shí)可按薄壁公式校驗(yàn)強(qiáng)度，即 式中 ——最高工作壓力，單位為Pa； ——材料的許用應(yīng)力，； ——材料的抗拉強(qiáng)度； ——安全系數(shù)，一般=5； 由公稱壓力系列表選取=6.3MPa，查文獻(xiàn)[13]得氣 =598MPa，==119.6Mpa， 所以： ==0.334mm 取=15mm 外徑=50+2×15=80mm 4. 活塞桿直徑的強(qiáng)度校核 活塞桿直徑強(qiáng)度按下式進(jìn)行強(qiáng)度校核即： 式中 ——材料的許用應(yīng)力，， 本活塞桿的材料為HT150，所以=85.7Mpa；因此由上式可得： ==13.56mm 因此，強(qiáng)度符合要求。 5. 端蓋厚度設(shè)計(jì) 本液壓缸的端蓋為法蘭式端蓋，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到末端時(shí)，全部 推力由缸蓋來承擔(dān)，其厚度根據(jù)文獻(xiàn)[12]得： 式中 ——工作壓力 ——材料的許用應(yīng)力，=119.6MPa； ——端蓋的外徑，=130mm； ——活塞桿直徑，=25mm； ——螺釘孔直徑，= 8mm； ——作用力平均直徑， = 80mm； 由上式可得：==67mm 5.3 油缸工藝分析 5.3.1 工藝性分析 如圖5-1所示，油缸筒主要加工表面以及它們之間的位置要求如下： 1. 該零件的主要加工