自動剪板機氣動系統(tǒng)設計

自動剪板機氣動系統(tǒng)設計,自動,板機,氣動,系統(tǒng),設計 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本 科 畢 業(yè) 論 文（設 計） 題目： 自動剪板機氣動系統(tǒng)設計 學 院： 工學院 姓 名： 郭亞東 學 號： 20090956 專 業(yè)： 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 年 級： 091班 指導教師： 龔水泉 職 稱：教授 二0 一三 年 五 月 江西農(nóng)業(yè)大學畢業(yè)設計(論文)任務書 論文（設計） 課題名稱 自動剪板機氣動系統(tǒng)設計 學生姓名 郭亞東 院（系） 工學院 專業(yè)班級 農(nóng)機091班 指導教師 龔水泉 職稱 副教授 學歷 本科 畢業(yè)設計（論文）要求： 1. 要求在完成論文期間，積極主動，查閱大量文獻，獨立創(chuàng)新； 2. 按時完成畢業(yè)設計內(nèi)容，方案切實可行； 3. 獨立繪制裝配圖和零件圖，圖紙量不少于1.5張A0； 4. 獨立完成畢業(yè)設計說明書，格式正確，要求字數(shù)不少于8000字； 5. 完成電子文檔及PPT文檔，并打印裝訂成冊。 畢業(yè)設計（論文）內(nèi)容與技術參數(shù)： 1. 氣動系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖和裝配圖。 2. 全部零件圖。 3. 零件表、液壓元器件表、標準件表。 4. 設計說明書。 技術參數(shù)： 寬度1400mm，行程100mm，氣壓可調(diào)。 畢業(yè)設計（論文）工作計劃： 1. 了解本機工作原理，明白設計意義； 2. 查閱資料并畫出氣動系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖； 3. 通過計算選定元器件； 4. 寫出計算說明書； 5. 根據(jù)計算說明書的計算尺寸，畫出各零件圖； 6. 畫出氣動系統(tǒng)裝配圖。 接受任務日期：2012年12月9日 要求完成日期：2013年5月5日  摘要 本人設計自動剪板機的氣動系統(tǒng)，通過氣動系統(tǒng)使活塞進行往復運動從而進行對板料的剪切，并且側重設計氣缸參數(shù)以力求設計出結構簡單，操作簡便，同時經(jīng)濟合理的氣動系統(tǒng)，具體設計思路為氣動系統(tǒng)控制刀架，大大減少了剪切的時間并且提高了剪切精度。近年來，隨著磨具技術和沖壓技術的發(fā)展，剪板機的應用范圍也在不斷的擴大，數(shù)量也在不斷的增加，預計不久的將來，自動剪板機的適用范圍將會越來越大。 關鍵詞：刀架、氣動系統(tǒng)、剪切精度 Abstract I design automatic shearing machine pneumatic system, through the pneumatic system makes piston reciprocating movement and thus for the for sheet metal shear, and focusing on the design parameters of cylinder to strive to design a simple structure, easy to operate, economic and reasonable pneumatic system at the same time, the specific design ideas for the pneumatic system control tool post, greatly reducing the shear time and the shearing precision is improved. In recent years, along with the development of the grinding tool and stamping technology, the application range of the shearing machine also continues to expand, the Numbers are increasing, is expected in the near future, the applicable scope of the automatic cutting machine will be bigger and bigger。 Key words: head, pneumatic system, cutting precision  目錄 1.前言 7 1.1剪板機分類及其應用 7 1.1.1專用剪板機 7 1.1.2斜刃剪板機 7 1.1.3平刃剪板機 7 1.1.4多用途剪板機 7 1.2設計的意義 8 2.氣動系統(tǒng)原理圖 8 3.選擇設計執(zhí)行元件 9 3.1活塞桿直徑的確定 9 3.2缸筒長度的確定 9 3.3導向套滑動面長度A 9 3.4最小導向長度H 9 3.5氣缸筒壁厚的確定 9 3.6氣缸耗氣量的計算 10 3.7氣缸進排口的計算 10 3.8活塞桿的校核 10 4.連接與密封 11 4.1 連接方式 11 4.2 密封 12 5. 選擇控制元件 12 5.1確定控制元件類型： 12 5.2.確定控制元件的通徑： 12 6. 選擇輔助元件 13 6.1分水濾氣器 13 6.2油霧器， 13 6.3消聲器： 13 6.4管道與管接頭： 13 7. 確定管道直徑、計算壓力損失 15 7.1確定管道直徑 15 7.2驗算壓力損失 15 8.選擇空壓機 15 8.1計算空壓機的供氣壓力 15 8.2 計算空壓機的吸入流量 16 8.3 計算空壓機的功率 16 參考文獻 16 致謝 17 1.前言 剪板機是用一個刀片相對另一刀片作往復直線運動剪切板材的機器。是借于運動的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片間隙，對各種厚度的金屬板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸斷裂分離。剪板機屬于鍛壓機械中的一種，主要作用就是金屬加工行業(yè)。產(chǎn)品廣泛適用于航空、輕工、冶金、化工、建筑、船舶、汽車、電力、電器、裝潢等行業(yè)提供所需的專用機械和成套設備。 1.1剪板機分類及其應用 1.1.1專用剪板機 多配合其他設備使用，完成特殊用途：1、冷彎成型線剪板機：例如汽車縱梁冷彎線、車廂側擋板生產(chǎn)線、彩鋼板成型線等生產(chǎn)線上配置的專用剪板機等；2、鋼結構生產(chǎn)線剪板機：多用于角鋼、H型鋼自動生產(chǎn)線完成剪斷工序；3、板材開平線剪板機：用于板材開卷校平線上，為配合生產(chǎn)線速度快剪切要求而設計的高速剪板機，厚板線上多為液壓高速剪板 機，薄板線上多配氣動剪板機；高速線上配有飛剪機，連續(xù)生產(chǎn)，效率高。 1.1.2斜刃剪板機 剪板機的上下兩刀片成一個的角度，一般上刀片是傾斜的，其傾斜角一般為1°到6°。斜刃剪板機剪切力比平刃剪板機小，故電機功率及整機重量等大大減小，實際應用最多，剪板機廠家多生產(chǎn)此類剪板機。該類剪板機按刀架運動形式分炸式剪板機和擺式剪板機；按主動系統(tǒng)不同分液壓傳動和機械傳動兩類。 1.1.3平刃剪板機 剪切質(zhì)量好，扭曲變形小，但剪切力大，耗能大。機械傳動的較多。該剪板機上下兩刀刃彼此平行，常用于軋鋼廠熱剪切初軋方坯和板坯；按其剪切方式又可分為上切式和下切式。 1.1.4多用途剪板機 1、聯(lián)合沖剪機：即可完成板材的剪切，又可對型材進行剪切，多用于下料工序； 2、板料折彎剪切機：即在同一臺機械上可完成剪切和折彎兩種工藝。 1.2設計的意義 畢業(yè)設計和畢業(yè)論文是本科生培養(yǎng)方案中的重要環(huán)節(jié)。學生通過畢業(yè)論文，綜合性地運用幾年內(nèi)所學知識去分析、解決一個問題，在作畢業(yè)論文的過程中，所學知識得到疏理和運用，它既是一次檢閱，又是一次鍛煉。通過這次檢驗，不但可以提高學生的綜合訓練設計能力、科研能力（包括實際動手能力、查閱文獻能力，撰寫論文能力）、還是一次十分難得的提高創(chuàng)新能力的機會，并從下個方面得到訓練： 1.學會進行方案的比較和可行性的論證； 2.了解設計的一般步驟； 3.正確使用各種工具書和查閱各種資料； 4.培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)和解決實際問題的能力。 利用所學的機械各方面的知識，我選擇這個課題為我的畢業(yè)設計，進行大膽的嘗試。設計中主要以課本和各種參考資料作為依據(jù)，從簡單入手，循序漸進，逐步掌握設計的一般方法，把所學的知識形成一個整體，以適應以后的工作需要。當然，初次設計，知識有限，經(jīng)驗不足，一些問題考慮不周，也可能存在有某些錯誤和遺漏，懇請各位老師批評指正。 剪板機是各類機械產(chǎn)品的一種，設計時著手于其原理和主要部件的計算校核，了解剪板機的工作狀態(tài)，以此為基礎設計刀架、機架等各類零部件，液壓部分可以采用簡單的單缸液壓系統(tǒng)，主要考慮保證液壓平衡性能。 2.氣動系統(tǒng)原理圖 1 – 氣源 2 – 分水濾氣器 3 – 減壓閥 4 – 油霧器 5 – 三位四通電磁換向閥 6 – 氣缸 3.選擇設計執(zhí)行元件 確定氣缸參數(shù)：（1）氣缸尺寸計算 我們預選氣缸的設計壓力為Fpu=520N, 氣缸工作壓力p=0.5Mpa。 項目 計算公式 缸徑 雙作用推力 推力Fpu 拉力Fpo 根據(jù)計算得出D≈39.99mm，按照GB取D=40mm。 3.1活塞桿直徑的確定 由d=0.3D，得出活塞桿直徑12mm 3.2缸筒長度的確定 缸筒長度S=L+B+30，L為活塞行程，B為活塞厚度 活塞厚度B=（0.6~1.0）D=0.7*40=28mm 所以S=158mm。 3.3導向套滑動面長度A 一般導向套滑動面長度A在D<80mm時，可去A=（0.6~1.0）D；在D>80mm時，可取A=（0.6~1.0）d 所以A=28mm 3.4最小導向長度H 當氣缸的最大行程為L，缸筒直徑為D，最小導向長度 活塞桿的長度l=L+B+A+40=196mm。 3.5氣缸筒壁厚的確定 一般來說按公式計算出的壁厚通常都很薄，加工比較困難，實際設計過程中一般都需要按照加工工藝要求，適當增加壁厚，盡量選用標準鋼管或鋁合金管，缸筒材料常用精確計算方法20鋼無縫鋼管、鋁合金2Al2、HT150、HT200等 材料 缸徑 20 25 32 40 50 63 80 100 鋁合金2Al2 壁 2.5 2.5~3 3.5~4 20鋼無縫鋼管 厚 2.5 3 3.5 4.5~5 選20鋼無縫鋼管，壁厚為2.5mm。 3.6氣缸耗氣量的計算 氣缸耗氣量與其自身結構、動作時間以及連接管道溶劑等有關。一般連接管道容積比氣缸容積小的多，故可以忽略。因而氣缸一個往復行程的壓縮空氣耗氣量q為 式中，s為氣缸行程（m），t為氣缸一個王福星城所用的時間（s）；為氣缸容積效率，一般取=0.9~0.95； 氣缸運動速度很快，一般達1， 所以q=3.33*。 3.7氣缸進排口的計算 氣缸的進排氣口當量直徑的大小與氣缸的耗氣量有關，出特殊情況外，一般氣缸的進氣口、排氣口尺寸相同。腔排氣口當量直徑用下式計算： ， Q – 工作壓力下氣缸的耗氣量， V – 空氣流經(jīng)排氣口的速度，一般取v=10~15。 所以=5.9*mm， 取=6mm。 3.8活塞桿的校核 參考機械設計手冊 穩(wěn)定性校核 由公式 Fpu—氣缸承受的軸向負載，即氣缸的理論輸出推力，N FK — 氣缸的壓桿穩(wěn)定極限力，（N nK — 穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取2~6。綜合考慮選取2 K — 活塞桿橫截面回轉半徑，m，對于實心桿K= E — 活塞桿材料彈性模量，Pa，鋼材取E= J — 活塞桿橫截面慣性矩， 對于實心桿 J= ， 對于空心桿 — 空心活塞桿內(nèi)控直徑，m 由于細長桿比 LK ≥ 85m 即 FK = mEJπ2L2 即Fk=2.19* 因為=3.65*，所以活塞桿的穩(wěn)定性滿足條件。 強度校核： 根據(jù)強度條件，活塞桿強度應滿足 , 由此得出 []=1.388*Pa，滿足要求。 系數(shù)m根據(jù)安裝方式為兩邊固定連接，所以取m=4 4.連接與密封 4.1 連接方式 4.1.1 法蘭連接式 法蘭連接式，此種連接結構簡單，容易加工，也容易裝拆，但外形尺 寸和質(zhì)量都較大，常用于鑄鐵制的缸筒上。 4.1.2 半環(huán)連接式 半環(huán)連接式，它的缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強度，為此有時 要加厚缸壁，它容易加工和裝拆，質(zhì)量較小，常用于無縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。 4.1.3 拉桿連接式 拉桿連接式，此種連接結構的通用性大，容易加工和裝拆，但外形 尺寸較大，且較重。 4.1.4 螺紋連接式 螺紋連接式，它的缸筒端部結構復雜，外徑加工時要求保證內(nèi)外徑 同心，裝拆要使用專用工具，它的外形尺寸和質(zhì)量都較小，常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸 筒上。 4.1.5 焊接連接式 焊接連接式，此種連接結構簡單，尺寸小，但缸底處內(nèi)徑不易加工， 且可能引起變形。 根據(jù)以上 我們選擇拉桿式螺栓連接且為四根螺栓。 4.2 密封 氣缸密封的好壞，直接影響氣缸的性能和使用壽命，正確設計、選擇、設計和使用密封裝置，對保證氣缸的正常工作非常重要。 密封元件的形狀：O形密封圈，Y形，小Y形，L形，J形，U形和V形密封圈以及金屬活塞環(huán)等O形密封圈工作可靠，靜摩擦因數(shù)大，活塞的結構比較簡單，目前使用的范圍較廣，所以我們選擇O性密封圈，且 Oi型難怪密封圈安裝后，應比被密封表面的內(nèi)徑或外徑大于或者小于0.15~0.6mm，如果預壓縮量太大，摩擦阻力會增大。 活塞桿的密封則為安裝O形密封圈后內(nèi)徑應比活塞桿小0.1~0.35mm。 5. 選擇控制元件 5.1確定控制元件類型： 根據(jù)氣控元件選用比較表，選用 電磁氣閥控制。 5.2.確定控制元件的通徑： 一般控制閥的通徑可按閥的工作壓力與最大流量確定。根據(jù)表： 公稱直徑/mm 3 6 8 10 15 20 25 額定流量/ 0.1944 0.6944 1.3889 1.9444 2.7778 5.5555 8.3333 由于 上面計算流量為q=3.33*。所以選擇通徑6. 6. 選擇輔助元件 6.1分水濾氣器 其類型主要根據(jù)過濾精度要求而定。對于一般氣動回路、截止閥及操縱氣缸等，要求過濾精度≤50~75 。對分水濾氣器的通徑，要根據(jù)流量確定，并且要與減壓閥相同。選擇QL1 06-01 1 型號 6.2油霧器， 一般場合選用一次油霧器，特殊要求的場合選用二次油霧器，油霧器一般安裝在減壓閥之后，盡量靠近換向閥；油霧器出口不能接反，儲油杯不可倒置。根據(jù)油霧器直徑大小和流量來選取，當與減壓閥、分水濾氣器串聯(lián)使用時，三者通徑要一致。一次油霧器應用很廣，潤滑油在油霧器中指經(jīng)過一次無話，油霧粒徑20~35 左右，一般輸送距離在5m以內(nèi)，試用 一般的氣動元件的潤滑。所以選擇QY1 06-01型號。 6.3消聲器： 氣缸騎馬打仗及氣閥等排出的氣體速度很高，氣體體積急劇膨脹，引起氣體震動，產(chǎn)生強烈的排氣噪聲，優(yōu)勢可達100~200dB。噪聲是一種公害，影響身體健康，一般噪聲高于85dB就要設法降低，消聲器就是通過阻尼或增加排氣面積等方法降低排氣速度和功率，達到降低噪聲的目的。根據(jù)工作場合選用不同形式的消聲器。通徑根據(jù)流量確定。選擇應用最古港的QXS型消聲器。 6.4管道與管接頭： 氣動系統(tǒng)中常用的有硬管和軟管，硬管以鋼管、紫銅管為主，常用于高溫高壓和固定不動的部件之間連接。軟管有各種堵料管、尼龍管和橡膠管等，其特點就是經(jīng)濟、拆裝方便、密封性好，但應避免在高溫、高壓、有輻射場合使用。管接頭是連接、固定管道所必須的輔件，分為硬管接頭和軟管接頭兩類。硬管接頭由螺紋連接及薄碧管擴口是卡套連接，，與液壓用管接頭基本相同。根據(jù)圖表12-3與12-4選擇紫銅管擴口螺紋連接。 通過以上要求選取元件列為下表： 序號 名稱 允許通過的最大流量 型號 數(shù)量 1 減壓閥 3.33* Qp106G1/8 1 2 分水濾氣器 3.33* QL106-01-1 1 3 油霧器 3.33* QY106-01 1 4 空壓機 3.33* BSZO.2/8/ 1 5 消聲器 3.33* QXS 1 6 三位四通電磁換向閥 3.33* DF34R5-L6 1 7. 確定管道直徑、計算壓力損失 7.1確定管道直徑 根據(jù)與連接的控制元件通徑相一致的原則，確定管徑為6mm. 7.2驗算壓力損失 為了保證執(zhí)行元件正常工作，壓縮空氣通過各種控制元件、輔助元件和連接輸送管道后到達執(zhí)行元件的總壓力損失必須滿足下式： =+≤[]（MPa） 式中，為沿程壓力損失之和（MPa）；為局部壓力損失之和（MPa）；[]為允許總壓力損失（MPa），可根據(jù)供氣的具體情況而定。 實際驗算總壓力損失，如系統(tǒng)管道不是特別長一般（l<100m），管子內(nèi)表面粗糙度不大，在經(jīng)濟流蘇的條件下，鹽城損失很小，可以不單獨計入，只是在總壓力損失值的安全系數(shù)稍加考慮就行了。而局部壓力損失中包含的流經(jīng)彎頭，斷面突然放大、收縮等的損失往往又比氣流通過氣動元件、輔件的壓力損失小的多，因此對不做嚴格計算的系統(tǒng)， =≤[]， 式中，為流經(jīng)元件、輔件的壓力損失之和（MPa）可查表計算得到，為壓力損失簡化修正系數(shù)，=1.05~1.3，對于長管道，截面變化復雜的管道，取大值。 如果驗算的總壓力損失>[]，則必須加大管徑或改進管道的布置，以降低總壓力損失，直到<[]為止。 根據(jù)《液壓傳動與氣壓傳動》表16-3 得，=0.095MPa。 一般對較大的空壓站，在廠區(qū)范圍內(nèi)，從管道的起點到終點，壓力損失不應超過氣源初始壓力的8%；在車間范圍內(nèi)，不能超過供氣壓力的5%；流水生產(chǎn)線上，不應超過2%，若超過3%，可采用增大管道直徑d的辦法來解決。所以 符合要求。 8.選擇空壓機 首先由工作壓力及其價格等因素確定空壓機類型為活塞式空壓機 8.1計算空壓機的供氣壓力 空壓機的供氣壓力按下式計算： （MPa） 式中，p為勇氣設備使用的額定壓力（MPa）；為氣動系統(tǒng)的總壓力損失（MPa）。所以=0.614MPa。 8.2 計算空壓機的吸入流量 （標準狀態(tài)） 8.3 計算空壓機的功率 （kW） p – 氣動執(zhí)行元件的最高使用壓力，MPa – 氣動系統(tǒng)的總壓力損失，MPa – 向氣動系統(tǒng)提供的流量，（標準狀態(tài)） k – 修正系數(shù)，主要考慮氣動元件、管接頭等各處的漏損、多臺氣動設備不一定同時使用的利用功率以及增添新的氣動設備的可能性等因素。一般可令 k=1.3~1.5 – 吸入空氣的絕對壓力，MPa – 輸出空氣的絕對壓力，MPa – 空壓機的吸入流量，（標準狀態(tài)） n – 中間冷卻器個數(shù) 所以計算N1.5kW ，所以選擇BSZO.2/8 參考文獻 成大先主編，機械設計手冊氣壓傳動，化學工業(yè)出版社。 何存興主編，液壓傳動與氣壓傳動，華中科技大學出版社。 劉鴻文主編，材料力學，高等教育出版社。 路甬祥主編，液壓氣動技術手冊，北京機械工業(yè)出版社。 李壯云主編，起亞遠見與系統(tǒng)，華中科技大學出版社。 致謝 為期三個月的畢業(yè)設計結束了，這次設計在龔老師的悉心關懷和精心指導下完成的，從課題的選取到方案確定，從想法的產(chǎn)生到具體的實現(xiàn) 都體現(xiàn)了老師的辛勞與時間，龔老師嚴謹?shù)慕虒W制度，細致的工作作風，誨人不倦的教學精神，讓我終生難忘，受益匪淺，我想在我今后學習與工作的道路上都會謹遵老師的教誨不斷努力進取。 另外感謝學校給與我這樣一次機會，讓我獨立完成這個課題，并在這期間給與我們各種方便包括資料的查詢等等，使我們在學校的最后一段時間里能夠學習到更多的實踐應用知識，著實增強了我們實踐操作，動手應用的能力，并且提高了我們獨立思考的能力。 在此我要向我的導師以及在我的畢業(yè)設計過程中給予我很大幫助的老師同學們致以最誠摯的問候與謝意！