1、第十六章 气压传动系统实例,主讲 陈本德,学习重点和学习目标,本章主要介绍其在机械行业的应用，首先讲述两个程序控制系统的应用实例，而后再分析两个一般的气压传动和气一液传动系统的实例。学习内容气压传动技术是实现工业生产自动化和半自动化的方式之一，其应用遍及国民经济生产的各个部门。本章主要介绍其在机械行业的应用，首先讲述两个程序控制系统 的应用实例，而后再分析两个一般的气压传动和气一液传动系统的实例。在分析程序控制系统时，按第十五章讲述的设计方法为主线，从工作程序人手，由X-D线图，逻辑回路图到气压传动系统，其目的旨在提高读者分析和设计程序控制系统的能力。而对于一般的气压传动系统，则以讲清其动作原
2、理为限。,第一节 气动机械手气压传动系统,机械手是自动生产设备和生产线上的重要装置之一，它可以根 据各种自动化设备的工作需要，按照预定的控制程序动作。因此，在机械加工、冲压、锻造、铸造、装配和热处理等生产过程中被广泛用来搬运工件，借以减轻工人 的劳动强度；也可实现自动取料、上料、卸料和自动换刀的功能，气动机械手是机械手的一种，它具有结构简单，重量轻，动作迅速、平稳、可靠和节能等优点。,如图16-1是用于某专用设备上的气动机械手的结构示意图，它由四个气缸组成，可在三个坐标内工作，图中A为夹紧缸，其活塞退回时夹紧工件，活塞杆伸出时松开工件。B缸为长臂伸缩缸，可实现伸出和缩回动作。,C缸为立柱升降缸
3、。D缸为回转缸，该气缸有两个活塞，分别装在带齿条的活塞杆两头，齿条的往复运动带动立柱上的齿轮旋转，从而实现立柱及长臂的回转。,一、工作程序图,该气动机械手的控制要求是：手动启动后，能从第一个动作开始自动延续到最后一个动作。其要求的动作顺序为：写成工作程序图为： 可写成简化式为C0B1A0B0D1C1A1D0 。 由以上分析可知。该气动系统属多缸单往复系统。,二、X-D线图,根据上述分析的可以画出气动机械手在C0B1A0B0D1C1A1D0 动作程序下的X-D线图，,图 16-2 气动机械手X-D线图,从图中可以比较容易地看出其原始信号c0和b0均为障碍信号，因而必须排除。 为了减少整个气动系统
4、中元件的数量，这两个障碍信号都采用逻辑回路来排除，其消障后的执行信号分别为c0* (B1)=c0a1和b0*(D1)=b0a0 ，如图16-2所示。,图 16-2 气动机械手X-D线图,三、逻辑原理图,图16-3为气动机械手在其程序为C0B1A0B0D1C1A1D0 条件下的逻辑原理图，图中列出了四个缸八个状态以及与它们相对应的主控阀，图中左侧列出的是由行程阀、启动阀等发出的原始信号(简略画法)。在三个与门元件中，中间一个与门元件说明启动信号 对 起开关作用，其余两个与门则起排除障碍作用。,图16-3 气控逻辑原理图,四、气动回路原理图,按图16-3的气控逻辑原理图可以绘制出该机械手的气动回路
5、图，如图16-4所示。在X-D图中可知，原始信号c0、b0 均为障碍信号，而且是用逻辑回路法除障，故它们应为无源元件，即不能直接与气源相接，按除障后的执行信号表达式 c0* (B1)= c0 a1和b0* (D1)= b0 a0可知，原始信号 c0要通过 a1与气源相接，同样原始信号 b0要通过 a0与气源相接。,由该系统图分析可知，当按下启动阀q后，主控阀C 将处于C0位，活塞杆退回，即得到C0；c0a1将使主控阀B处于B1位，活塞杆伸出，得到B1；活塞杆伸出碰到b1，则控制气使主控阀A处于A0位，A缸活塞退回，即得到A0；A缸活塞杆挡铁碰到a0，a0又使主控阀B处于B0位，B缸活塞缸返回，
6、即得到B0；B缸活塞杆挡块又压下b0，a0 b0又使主控阀D1处于D 位，使D 缸活塞杆往右运动，得到D1；D缸活塞杆上的挡铁压下d1，d则使主控阀C处于C1位，使C 缸活塞杆伸出，得到C1，C的活塞杆上挡铁又压下c1，c1使主控缸A处于A1位, A缸活塞杆伸出，即则得到A1； A缸活塞杆上的挡铁压下a1, a1使主控阀D处于D0位，使D缸活塞杆往左，即得D0，D缸活塞上的挡铁压下d0，d0经启动阀又使主控阀C处于C0位，又开始新的一轮工作循环 。,图 16 气动机械手气压传动系统,第二节 气动钻床气压传动系统,全气动钻床是一种利用气动钻削头完成主体运动(主轴的旋转)、再由气动滑台实现进给运动
7、的自动钻床。根据需要机床上还可安装由摆动气缸驱动的回转工作台，这样，一个工位在加工时，另一个工位则装卸工件，使辅助时间与切削加工时间重合，从而提高生产率。 本节介绍的气动钻床气压传动系统，是利用气压传动来实现进给运动和送料、夹紧等辅助动作。它共有三个气缸，即送料缸A、夹紧缸B、钻削缸C 。,一、工作程序图,该气动钻床气压传动系统要求的动作顺序为：,写成工作程序图为：,由于送料缸后退( )与钻削缸前进( )同时进行，考虑到 动作对下一个程序执行没有影响，因而可不设联锁信号，即省去一个发信元件 ，这样可克服若 动作先完成，而动作 尚未结束时， 等待造成钻头与孔壁相互摩擦，降低钻头寿命的缺点。在工作
8、时只要 动作完成，立即发信执行下一个动作，而此时若 运动尚未结束，但由于控制 运动的主控阀所具有的记忆功能， 仍可继续动作。 该动作程序可写成简化式为：,二、XD线图按上述的工作程序可以绘出如图165所示的XD状态图，由图可知，图中有两个障碍信号 和 ，分别用逻辑线路法和辅助阀法来排除障碍，消障后的执行信号表达式为： 和 。图165 气动钻床XD线图,三、逻辑原理图 根据图165的XD图，可以绘出如图1 66所示的逻辑原理图，图中右侧列出了三个气缸的六个状态，中间部分用了三个与门元件和一个记忆元件(辅助阀)，图中左侧列出的由行程阀、启动阀等发出的原始信号。,四、气动系统原理图根据图166的气动
9、钻床逻辑原理图即可绘出该钻床的气压传动系统图。如图167所示。从图165的XD线图中可以看出， 、 、 均为无障碍信号，因而它们是有源元件，在气动回路图中直接与气源相连接，而 、 为有障碍的原始信号，按照其消除障碍后的执行信号表达式 和 可知，原始信号 为无源元件，应通过 与气源相接；原始信号 只需与辅助阀(单记忆元件)、气源串接即可。另外，在设计中省略了 信号，即 缸活塞杆缩回( )结束时它不发信号。,图16-6 气动钻床逻辑原理图,按下启动按钮 后，该气压传动系统能自动完成 。的动作循环，在此不再详述。,图 167 气动钻床气压传动系统,第三节 气液动力滑台气压传动系统,气液动力滑台是采用
10、气一液阻尼缸作为执行元件，在机械设备中用来实现进给运动的部件，图16-8为气液动力滑台气压传动系统的原理图。该气一液动力滑台能完成两种工作循环，下面对其作一简单介绍。 一、快进 慢进(工进) 快退 停止当图168中手动阀4处于图示状态时，就可实现快进 慢进(工进) 快退 停止的动作循环，其动作原理为：,当手动阀3切换到右位时，实际上就是给予进刀信号，在气压作用下气缸中活塞开始向下运动，液压缸中活塞下腔的油液经行程阀6的左位和单向阀7进入液压缸活塞的上腔，实现了快进；当快进到活塞杆上的挡铁B切换行程阀6(使它处于右位)后，油液只能经节流阀5进入活塞上腔，调节节流阀的开度，即可调节气一液缸运动速度
11、，所以活塞开始慢进(工作进给)；当慢进到挡铁C使行程阀2复位时，输出气信号使阀3切换到左位，这时气缸活塞开始向上运动。液压缸活塞上腔的油液经阀8的左位和手动阀4中的单向阀进入液压缸下腔，实现了快退，当快退到挡铁A切换阀8而使油液通道被切断时，活塞便停止运动。所以改变挡铁A的位置，就能改变“停”的位置。,图 16-8 气液动力滑台气压传动系统,二、快进 慢进 慢退 快退 停止,把手动阀4关闭(处于左侧)时，就可实现快进 慢进 慢退 快退 停止的双向进给程序。其动作循环中的快进 慢进的动作原理与上述相同。当慢进至挡铁C切换行程阀2至左位时，输出气信号使阀3切换到左位，气缸活塞开始向上运动，这时液压
12、缸活塞上腔的油液经行程阀8的左位和节流阀5进人活塞下腔，亦即实现了慢退(反向进给)，慢退到挡铁B离开阀6的顶杆而使其复位(处于左位)后，液压缸活塞上腔的油液就经阀6左位而进入活塞下腔，开始了快退，快退到挡铁A切换阀8而使油液通路被切断时，活塞就停止运动。,图中带定位机构的手动阀1，行程阀2和手动阀3组合成一只组合阀块，阀4、5和6为一组合阀、补油箱1O是为了补偿系统中的漏油而设置的，一般可用油杯来代替。,第四节 工件夹紧气压传动系统,图16-9是机械加工自动线、组合机床中常用的工件夹紧的气压传动系统图。其工作原理是：当工件运行到指定位置后，气缸A的活塞杆伸出，将工件定位锁紧后，两侧的气缸B和C的活塞杆同时伸出，从两侧面压紧工件，实现夹紧，而后进行机械加工，其气压系统的动作过程如下。,
