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加工中心气动换刀系统安装与调试【知识准备】一、气动执行元件气动执行元件是以压缩空气为动力源，将气体的压力能再转化为机械能的装置，用来实现既定的动作。气动系统常用的执行元件为气缸和气马达。气缸用于实现直线往复运动，气马达用于实现连续回转运动。气缸作为夹紧机构的动力装置，在选型时一般先确定它的类型，再确定它的种类以及具体的结构，最后再确定规格尺寸。（一）气缸的工作原理及结构1．气缸的工作原理图1所示为普通气缸的工作原理。若缸筒固定，当压缩空气进人气缸的右腔(见图a)，压缩空气的压力作用于活塞上，当能克服活塞杆上的所有负载时．活塞带动活塞杆收回，活塞杆对外做功；同样当压缩空气进入左腔时(见图b)，活塞杆伸出。这样完成一个往复运动。a)伸出b)缩回图1普通气缸工作示意图2．普通气缸的结构除几种特殊气缸外，普通气缸的种类及结构形式与液压缸基本相同。目前最常选用的普通气缸的结构和参数都已系列化、标准化、通用化，如图2所示为普通气缸的实物图。图2普通气缸实物图（二）气缸的选择一般情况下根据气缸所使用的压力p、轴向负载F和气缸的负载率η来计算气缸的内径。其中，气缸使用的压力根据气源供气条件来确定，一般p应小于减压阀进口压力的85%。1.气缸内径的确定（1）负载力的计算负载力是选择气缸的重要因素，负载状况不同，作用在活塞杆轴向的负载力也不同。负载状态与负载力的关系见表2-1。表2-1负载状态与负载力的关系（2）气缸负载率η的计算与选择＝WF＝K(夹紧力)水平滚动F＝W取摩擦系数＝0.1～0.4F＝W取摩擦系数＝0.2～0.8水平滑动气缸的负载率η是气缸活塞杆受到的轴向负载力F与气缸的理论输出力F0之比。负载率有两种选取方法，一是根据负载的运动状态选取负载率，见表2-2。二是根据气缸的工作压力选取负载率，见表2-3。表2-2负载的运动状态与负载率的关系负载的运动状态静载荷动载荷气缸速度（50～500）mm/s气缸速度500mm/s负载率η≦70%η≦50%η≦30%表2-3气缸工作压力与负载率的关系p(MPa)0.160.200.240.300.400.500.600.70～1η10%-30%15%-40%20%-50%25%-60%30%-65%35%-70%40%-75%45%-75%（3）气缸内径的计算方法普通双作用气缸的理论推力（N）为：pDF204式中,D一缸径(m)，p一气缸的工作压力(Pa)。理论拉力(N)为：pdDF)(4221式中,d一活塞杆直径（m）时,估算时可令d=0.3D。一般简化计算公式为：D=4FπPη式中：D--------气缸缸径（内径），mmF---------气缸承受的负载，NP---------气缸使用压力，MPa%1000FFη-------气缸的负载率，%计算出D后，再按标准的缸径进行圆整，缸筒内径的圆整值见表2-4所示。表2-4缸筒内径圆整值810121620253240506380901001101251401601802002202502803203604004502.气缸活塞杆直径的确定在确定气缸活塞杆直径时，一般按d/D=0.2～0.3进行计算，必要时可按d/D=0.16～0.4进行计算，计算后再按标准进行圆整，活塞杆直径的圆整值见表2-5。表2-5活塞杆直径的圆整值456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360—举例：用气缸水平推动台车，负载质量M=150kg，台车与床面间摩擦系数0.3，气缸行程L=300mm，要求气缸的动作时间t=0.8s，工作压力P=0.5Mpa。试选定缸径。（三）夹具气缸的确定与计算1.计算负载力已知夹紧力k=4500N，供气压力p=0.7MPa，气缸行程为600mm。则根据表7-2-3，负载力F=K=4500N。2.计算负载率η根据表7-2-4，选用η=50%。3.计算缸径D根据公式D=4FπPη，缸径D=127.98mm。取D=140mm（最好选取160mm）。4．计算活塞杆直径因为d/D=0.2～0.3，所以，活塞杆直径d=（0.2～0.3）D=（0.2～0.3）×140=（28～42）mm。根据表4-9圆整取d=36mm。根据缸径D和活塞杆直径d选择某一厂家的气缸的具体型号，其中，有效行程为60mm。（四）气缸常见故障及排除方法安装和使用不当，特别是长期使用，会使气缸产生故障。气缸常见故障及排除方法见表2-6。表2-6气缸常见故障及排除方法故障现象原因分析排除方法外泄漏活塞杆端漏气1.活塞杆安装偏心2.润滑油供应不足3.活塞杆密封圈磨损4.活塞杆轴承配合面有杂质5.活塞杆有伤痕1.重新安装调整，使活塞杆不受偏心和横向负荷2.检查油雾器是否失灵3.更换密封圈4.清洗除去杂质，安装更换防尘罩5.更换活塞杆缸筒与缸盖间漏气密封圈损环更换密封圈缓冲调节处漏气密封圈损环更换密封圈二、控制阀方向控制阀两通阀：有一个进口（用P、IN或SUP表示）和一个出口（用A或OUT表示）。方向控制阀三通阀：有一个进口、一个出口和一个排气口（用O、R或EXH表示）。也可是一个进口和两个出口（分配阀）或两个进口（用P1和P2表示）和一个出口（选择阀）。内泄漏活塞两端串气1.活塞密封圈损坏2.润滑不良3.活塞被卡住，活塞配合面有缺陷4.杂质挤入密封面1.更换密封圈2.检查油雾器是否失灵3.重新安装调整，使活塞杆不受偏心和横向负荷4.除去杂质，采用净化压缩空气输出力不足动作不平稳1.润滑不良2.活塞或活塞杆卡住3.供气流量不足4.有冷凝水杂质1.检查油雾器是否失灵2.重新安装调整，消除偏心横向负荷3.加大连接或管接头口径4.注意净化干燥压缩空气，防止水凝结缓冲效果不良1.缓冲密封圈磨损2.调节螺栓损坏3.气缸速度太快1.更换缓冲密封圈2.更换调节螺栓3.注意缓冲机构是否合适损伤活塞杆损坏1.有偏心横向负荷2.活塞杆受冲击负荷3.气缸速度太快1.消除偏心横向负荷2.冲击不能加在活塞杆上3.设置缓冲装置缸盖损坏缓冲机构不起作用在外部或回路中设置缓冲机构三、气动控制回路【任务实施】一、识读气源装置参观学校气动实训室，根据压缩空气站工作流程图，识读气源装置和辅助元件，查阅相关资料，将常见元件的功能和图形符号填写于表2中。表2气源装置各气动元件功能及符号序号名称主要功能图形符号1气源2气泵3冷却器4过滤器5空气干燥器6压力计7空气过滤器8油雾器9三联件10二联件二、调节输出压力1．调节空压机的输出压力，使其输出压力为0.8MPa。2．调节三联件的输出压力，使其进入系统的压力为0.6MPa。三、气源装置的日常维护及保养根据学校现有的空压机及三联件，通过查阅相关资料，了解空压机和三联件的主要技术指标及使用注意事项，将日常维护及保养的步骤填写于表3和表4中。表3空压机日常维护及保养步骤序号操作步骤注意事项123表4三联件日常维护及保养步骤序号操作步骤注意事项123空气压缩机的日常维护及保养事项如下：(1)保持机器的清洁。(2)储气罐的放水阀每日打开一次排除油水。在湿气较重的地方，每4h打开一次。(3)润滑油液位每天检查一次，确保空压机正常润滑。(4)空气滤清器应l5天清理或更换一次滤芯。(5)不定期地检查各部位螺钉的松紧程度。(6)润滑油最初运转50h或一周后更换新油。以后每300h更换新油一次(使用环境较差者应I50h换一次油)，每运转36h加油一次。(7)空气压缩机使用500h(或半年)后请将气阀拆出清洗。(8)每年请将机器各部件清洁一次。(9)应定期检查所有的防护罩、警告标志等安全防护装置。(10)应定期检查空压机的压力释放装置、停车保护装置，检查压力表(半年一次)、安全阀的灵敏性，确保空压机处于正常工作状态。(11)应定期检查受高温的零部件，如阀、气缸盖、排气管道，清除附着在内壁上的油垢和积碳物。运转时，严禁触摸高温部件。四、气动元件的选择：要正确选择各气动元件，首先要分析气动设备的功能要求，然后再根据前面所叙述的各气动元件的选择方法，来正确选择系统中所需要的所有元件。在数控加工中心换刀部分气压传动系统中要正确选用气源、气动三联件、二位二通双电磁铁换向阀、单向节流阀、二位三通双电磁铁换向阀、二位五通双电磁铁换向闽、快速排气阀、消声器、气缸等。1-气功三联件2-二位二通电磁换向阀3、5、10、11-单向节流阀4-二位三通电磁换向阀6、9-二位五通电磁挟向阀7-消声器8-快速排气阀气功元件在系统中的作用：1)气动三联件1的作用:压缩空气首先进入分水滤气器，经除水滤灰净化后进入减压阀，经减压后控制气体的压力以满足气压传动系统的要求，输出的稳压气体最后进入油雾器，将润滑油雾化后混入压缩空气一起输往气动控制元件和执行元件。2)二位二通电磁换向阀2的作用:通过两边电磁铁的得失电，可以控制是否向主轴锥孔吹气。3)单向节流阀3、5、10、11的作用:使进入气缸中的压缩空气进行单方向的流量调节，从而控制气缸的运动速度。4）二位三通电磁换向间4的作用:通过两边电磁铁的得失电，可以控制主轴的自动定位或恢复到开始状态。5)二位五通电磁换向阀6、9的作用:通过两边电磁铁的得失电，可以控制气缸B的夹紧、松刀动作或气缸C的拔刀、插刀动作。6)消声器7的作用:降低排出气体时的噪声。噪声使环境恶化，危害人身健康。7)气缸A、B、C的作用:是气压传动系统的执行元件，完成换刀过程中的定位、夹紧或松刀、拔刀或插刀动作。五、气压传动系统的安装：气压传动系统作为一种生产设备，它首先应保证运行可靠、布局合理、安装工艺正确、维修检测方便等。气压传动系统的安装包括气动元件的安装和各元件之间的连接安装。由于各气动元件之间管道连接的多变性和实际现有管接件品种数量等因素，有许多气动控制柜的装配图是在安装人员根据气压传动系统原理图安装好以后，再由技术人员补画的。目前，气动元件之间的连接一般采用紫铜管卡套式连接和尼龙软管快插式连接两种，快插式接头拆卸方便，一般用于产品实验阶段或一些简易气压传动系统中;卡套式接头安装牢固，一般用于定型产品。1.审查气压传动系统设计安装前首先要充分了解气动执行元件的工艺要求，根据其要求对系统原理图进行逐路分析，然后确定管接头的连接形式，既要考虑现在安装时的经济快捷，也要考虑将来整体安装好后中间单个元件拆卸、维修更换方便。另外，在达到同样工艺要求的前提下应尽量减少管接头的用量。2.模拟安装首先必须按图样核对元件的型号和规格，然后卸掉每个元件进出口的堵头.在各元件上拧上端直通或端直角管接头，认清各气动元件的进出口方向。接着把各气动元件按气压传动系统原理图中的线路要求平铺在工作台上，再量出各元件间所得管子的长度，长度选取要合理，要考虑电磁阀接线插座的拆卸、接线和各元件更换的方便以及管子再安装过程中的弯曲长度等。3.正式安装根据模拟安装的工艺，拧下各气动元件上的端直通，在端直通接头上包上聚四氟乙烯密封带，再重新拧入气动元件内并用扳手拧紧。按照模拟安装时选好的管子长度，把各元件连接起来。安装时要注意:铜管插入管接头时必须插到底再稍退，并且检查每一个管接头中是否有铜卡鼓，卡紧螺帽必须用扳手扳紧，以防漏气。待这部分组件安装好后将它整体固定到控制柜内，再用铜管把相关回路连接起来，最后装上相关仪表，并注意压力表要垂直安装，表面朝向要便于观察。六、气动系统的调试1、调试前的准备首先，要熟悉气动设备说明书等有关技术资料，力求全面了解系统的原理、结构、性能及操作方法;其次，要了解需要调整的元件在设备上的实际位置、操作方法及调节旋钮的旋向等;然后，把所有气动元件的输出口用事先准备好的堵头堵住，在需要测试的部位安装好临时压力表以便观察压力，准备好驱动电磁阀的临时电源，并将电磁阀的临时电源接好(对220V电压的系统要特别注意安全，核查每一个电磁阀的额定许用电压是否与实验电压一致);最后，连接好气源。在空载情况下，观察执行元件是否有动作的产生。空载试运行不得少于2h，主要观察压力、流