气液增力冲压机设计毕业论文.doc

本科毕业设计（论文）气液增力冲压机设计系 部： 机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 09机械设计 2013年04月5日 摘要 装备制造业是国民经济的基础产业，液压与气动技术近年来在我国工业中得到日益广泛的应用。气动技术由于具有传动介质来源方便、结构简单、无污染以及易实现自动化控制等优点。液压传动以其体积小力量大、运动平稳、可频繁换向、宜实现过载保护等优点，使其在各行各业中得到了不同程度的应用。然而，现在的机械式冲床体积庞大，工作效率低，噪声污染严重已不适用市场的需求，通过调研和方案比较，我们设计出一款新型气液増力冲压机，它的核心部件是气液増力缸，根据冲力及压强算出缸的主要尺寸，缸的作用是増压然后输出更大的冲力，达到冲压效果。我们用PLC来控制整机系统，使其控制更简单化，降低工人的工作量。本次设计冲压机的主要特点是：结构紧凑、回路简单、控制简便、软到位冲压加工、无振动、无噪声、提高了冲压质量、有效的保护冲压模具。其主要用于板件连接、成型、弯曲、冲压、矫正、冲裁、剪切、铆接、冲压印字等工作。关键词：液压；气动；冲床；气液増力缸；气液増力冲压机。 Abstract Mechanical manufacturing is the foundation of the national economy industry, hydraulic and pneumatic technology in recent years in our country day by day the widespread application in the industry. Pneumatic technology sources because of the transmission medium is convenient, simple structure, no pollution and easy to realize automation control, etc. Hydraulic power for its small volume, smooth movement, frequent commutation, should realize overload protection and other advantages, make its get varying degrees of application in all walks of life. Mechanical press, however, is rather large, working efficiency is low, has serious noise pollution is not applicable to the demand of the market, through scheme comparison, we designed a new type of gas and liquid raised punching machine, it is the core parts of gas and liquid raised cylinder force, according to the momentum and work out the main dimensions of the cylinder pressure, the role of the cylinder pressure is raised and output greater momentum, stamping effect. We use PLC to control the whole system, easier to control, reduce the workload of workers. This punching machine's main features are: compact structure, simple circuit, easy control, soft in stamping processing, no vibration, no noise and improve the quality of the stamping stamping die and effective protection. It is mainly used for plate connected, forming, bending, stamping, correction, blanking, cutting, riveting, stamping printing, etc.Key words: hydraulic; Pneumatic; Punch; Gas-liquid cylinder rights force; Gas liquid raised punching machine. 毕业论文（设计）任务书题目 气液增力冲压机的设计专业 机械设计制造及其自动化 学号 091401401018 姓名 吴应福 主要内容、基本要求、主要参考资料等：设计条件：1、最大工作压力：0.6MPa(22.5KN)2、工作压力行程：5mm3、总行程：60mm4、冲压头夹具孔径：20mm5、增力缸最大升降行程：233mm主要内容: ·气液增力冲压机整机方案设计与布局设计；·气液增力缸设计：方案比选、机构设计、运动和力分析、强度计算等；·气液增力冲压机液压系统设计：整机液压系统的设计计算等；·气液增力冲压机整机系统PLC电气控制设计等；·零件图、装配图绘图；·编写设计计算说明书。主要要求:1.根据任务书完成开题报告2.论文（说明书） 约20000字3.工作量满足机电系毕业论文（设计）要求·按质、按量完成设计任务书规定的全部内容；·计说明书书写格式严格按照贵阳学院本科毕业论文（设计）撰写规范要求执行；要求内容完整、条理清晰、文字通顺，引据正确可靠并注明出处；对相关零部件的设计及计算有必要的分析、推导和说明，并配必要的简图；·图要求画法正确、图面整洁，标注齐全，符合国家制图标准。预期目标:·完成气液增力冲压机整机布局设计；·完成气液增力缸和整机液压系统设计；·完成气液增力冲压机整机系统的PLC电气控制设计；·设计说明书约2.0万字；·设计图纸量折合为3张0号图。计划进程:·准备阶段（约1周）：完成选题、资料借阅、工厂实习、初步熟悉设计内容及要求等、填写毕业设计开题报告表；·设计阶段（约7周）：完成设计工作，同时完成毕业设计说明书撰写及设计图纸绘制；中期提交毕业设计期中检查表；·修改阶段（约1周）：详细审阅设计计算、说明书及图纸并修改；·答辩阶段（约1周）：递交毕业设计资料，准备答辩材料，并进行答辩。参考文献:1.机械设计手册2.机械设计3.液压设计手册4液压与气压传动5PLC控制原理与应用摘要I第一章 绪论11.1机械装备制造的重要意义11.2我国目前的机械制造业现状11.3液压及气压技术的发展趋势21.3.1减少能耗，充分利用能量21.3.2主动维护21.3.3机电一体化31.4冲床的作用31.4.1冲床的工作原理31.4.2 冲床的分类41.4.3冲床的缺点51.4.4新型气液増力冲压机61.4.5本设计气液増力冲压机的特点7第二章 气液增力冲压机整机布局设计82.1冲压机的冲压成型原理及工艺流程82.1.1 冲压机的冲压成型原理82.1.2 冲压机的冲压工艺过程82.2机架的布置82.3升降机构的布置82.4气液增力冲压机的整体布局9第三章 气液増力冲压机的设计123.1气液増力冲压机机架外形设计123.1.1方案一 二柱型气液増力冲压机123.1.2方案二 C型气液増力冲压机133.1.3 机架外形方案比较143.2増力缸的设计143.2.1方案一 液压増力缸143.2.2方案二 气液増力缸的设计173.2.3方案比较19第四章 液压气动系统设计214.1液压传动系统回路设计214.1.1液压系统简介214.1.2液压系统的优点214.1.3负载特性分析224.1.4液压系统的方案设计224.1.5液压系统的主要参数计算234.1.6液压元件选择254.1.7液压阀配置形式的选择284.1.8泵电机装置的选择284.1.9系统压力损失的验算294.2气液増力缸的回路设计294.2.1冲压机内部增力缸的工作原理304.2.2 气压元件选择31第五章 气液増力冲压机结构设计335.1液压缸的计算及校核335.1.1 计算液压缸结构参数335.1.2确定油缸活塞杆的直径345.1.3 缸筒头部法兰厚度355.1.4液压缸的校核365.2 气压缸的计算及校核375.2.1气压缸的计算375.2.2气压缸的校核395.3螺杆强度的校核计算425.4悬臂梁的校核43第六章 气液増力冲压机PLC控制设计456.1 FX系列PLC的结构及特点456.2 气液増力冲压机整机气动系统图456.3 气液増力冲压机的工作流程466.4 气液増力冲压机电磁铁动作顺序表466.5 冲压机PLC的顺序功能图及梯形图47第七章 总结50致谢51参考文献52附录53第一章 绪论1.1机械装备制造的重要意义 装备制造业是国民经济的基础产业,它的发展直接影响到国民经济各部门的发展,也影响到国计民生和国防力量的加强，装备制造业是用先进科学技术改造传统产业的重要纽带和载体，也是高新技术产业和信息化产业发展的基础，同时是解决我国劳动就业的重要途径。因此,各国都把机械制造业的发展放在首要位置。当今制造科学、信息科学、材料科学、生物科学等四大支柱科学相互依存,但后三种科学必须依靠制造科学才能形成产业和创造社会物质财富。随着机械产品国际市场竞争的日益加剧,各大公司都把高新技术注入机械产品的开发中,作为竞争取胜的重要段。1.2我国目前的机械制造业现状 解放以来的50多年间，我国机械制造业有了很大地发展，开始拥有了自己独立的汽车工业、航天航空工业等技术难度较大的机械制造工业。特别是改革开放以来，我国机械制造业充分利用国内外两方面的资金和技术，进行了较大规模的技术改造，使制造技术、产品质量和水平及经济效益有了很大地提高，为推动国民经济发展起了重要作用。但与工业发达的国家相比，我国机械制造业的水平还存在阶段性的差距，主要表现在产品质量和水平不高，技术开发能力不强，基础元器件和基础工艺不过关，生产率低下，科技投入严重不足等。例如，我国机械制造业拥有300多万台机床，2000多万职工，堪称世界之最。但由于产品结构和生产技术相对落后，致使我国许多高精尖设备和成套设备仍需大量进口，机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。面对越来越激烈的国际市场竞争，我国机械制造业面临着严峻的挑战。我们在技术上已经落后，加上资金不足，资源短缺，以及管理体制和周围环境还存在许多问题，需要改进和完善，这些都给我们迅速赶超世界先进水平带来极大的困难。但另一方面，随着我国改革的不断深入，对外开放的不断扩大，为我国机械制造业的振兴和发展提供了前所未有的良好条件。当今，制造业的世界格局已经和正在发生重大的变化，欧、亚、美三分天下的局面已经形成，世界经济重心开始向亚洲转移已出现征兆，制造业的产品结构、生产模式也在迅速变革之中。所有这些又给我们带来了难得的机遇。挑战与机遇并存，我们应该正视现实，面对挑战，抓住机遇，深化改革，以振兴和发展中国的机械制造业为己任，励精图治，奋发图强，以使我国的机械制造业在不太长的时间内，赶上世界先进水平。1.3液压及气压技术的发展趋势 社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗，提高效率，适应环保需求，机电一体化，高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面：1.3.1减少能耗，充分利用能量液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题：1.减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失，采用集成化回路和铸造流道，可减少管道损失，同时还可减少漏油损失。2.减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。3.采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。4.发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、4通径电磁阀以及低功率电磁阀。5.改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。6.为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。1.3.2主动维护液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。 要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感官和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识，建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进行补偿，这是液压行业努力的方向。1.3.3机电一体化电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传动与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点，其主要发展动向如下：1.电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，为适应上述发展，压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。2.发展和计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀等。3.液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断，由于计算机的价格降低，监控系统，包括集中监控和自动调节系统将得到发展。4.计算机仿真标准化，特别对高精度、“高级”系统更有此要求。5.由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题，液压产品机电一体化现状及发展。1.4冲床的作用1.4.1冲床的工作原理 冲床设计原理是将圆周活动转换为直线活动，由主电动机出力，带领飞轮，经离合器带领齿轮、曲轴(或偏心齿轮)、连杆等运转，来达成滑块的直线活动，从主电动机到连杆的活动为圆周活动。连杆和滑块之间需有圆周活动和直线活动的转接点，其设计上大致有两种机构，一种为球型，一种为销型(圆柱型) ，经由这个机构将圆活动转换成滑块的直线活动。冲床对资料施以压力，使其塑性变形，而得到所要求的形状与精度，因此必须配合一组模具(分上模与下模)，将资料置于其间，由机器施加压力，使其变形，加工时施加于资料的力所造成的反作用力，由冲床机械本体所吸收。1.4.2 冲床的分类1.按滑块驱动力可分为机械式与液压式两种,故冲床依其使用之驱动力不同分为：（1）机械式冲床（2）液压式冲床一般板金冲压加工,大部份使用机械式冲床。液压式冲床依其使用液体不同,有油压式冲床与水压式冲床,目前使用油压式冲床占多数,水压式冲床则多用于大型机械或特殊机械。2.依滑块运动方式分类：依滑块运动方式分类有单动、复动、三动等冲床,唯目前使用最多者为一个滑块之单动冲床,复动及三动冲床主要使用在汽车车体及大型加工件的引伸加工,其数量非常少。3.依滑块驱动机构分类：（1）曲轴式冲床使用曲轴机构的冲床称为曲轴冲床,大部份的机械冲床使用本机构。使用曲轴机构最多的理由是,容易制作、可正确决定行程下端位置及滑块运动曲线，大体上适用于各种加工。因此,这种型式的冲压适用于冲切、弯曲、拉伸、热间锻造、温间锻造、冷间锻造及其它几乎所有的冲床加工。（2）无曲轴式冲床无曲轴式冲床又称偏心齿轮式冲床。曲轴式冲床与偏心齿轮式冲床两种构造功能比较：偏心齿轮式冲床构造的轴刚性、润滑、外观、保养等方面优于曲轴构造,缺点则是价格较高。行程较长时,偏心齿轮式冲床较为有利,而如冲切专用机之行程较短的情形时,是曲轴冲床较佳,因此小型机及高速冲切用冲床等也是曲轴冲床的领域。（3）肘节式冲床在滑块驱动上使用肘节机构者称为肘节式冲床。这种冲床具有在下死点附近的滑块速度会变得非常缓慢（和曲轴冲床比较）的独特的滑块运动曲线。而且能正确地决定行程之下死点位置,因此,这种冲床适合于压印加工及精整等的压缩加工,现在冷间锻造使用的最多。（4）摩擦式冲床在轨道驱动上使用摩擦传动与螺旋机构的冲床称为摩擦式冲床。这种冲床最适宜锻造、压溃作业,也可使用于弯曲、成形、拉伸等之加工,具有多用性之功能,因为价格低廉,60年代前曾被广泛使用。 因无法决定行程之下端位置、加工精度不佳、生产速度慢、控制操作错误时会产生过负荷、使用上需要熟练的技术等缺点,现在已经被淘汰。（5）螺旋式冲床在滑块驱动机构上使用螺旋机构者称为螺旋式冲床（或螺丝冲床）现在已经很少在用。（6）齿条式冲床在滑块驱动机构上使用齿条与小齿轮机构者称为齿条式冲床。螺旋式冲床与齿条式冲床有几乎相同的特性,其特性与液压冲床之特性大 致相同。以前是用于压入衬套、碎屑及其它物品的挤压、榨油、捆包、及弹壳之压出（热间之挤薄加工）等,但现在已被液压冲床取代,除非极为特殊的情况之外不再使用。（7）连杆式冲床在滑块驱动机构上使用各种连杆机构的冲床称为连杆式冲床。使用连杆机构之目的,在引伸加工时一边将拉伸速度保持于限制之内,一边缩短加工之周期,利用减少引伸加工之速度变化,加快从上死点至加工开始点之接近行程与从下死点至上死点之复归行程的速度,使其比曲轴冲床具有更短之周期,以提高生产性。这种冲床自古以来就被用于圆筒状容器之深引伸,床台面较窄,而最近则被用于汽车主体面板之加工、床台面较宽。（8）凸轮式冲床在滑块驱动机构上使用凸轮机构之冲床称为凸轮冲床。这种冲床的特征是以制作适当的凸轮形状,以便容易地得到所要的滑块运动曲线。但因凸轮机构之性质很难传达较大的力量,所以这种冲床能力很小。一般服装业常用。1.4.3冲床的缺点在冲压技术设备中，目前，国内仍大量使用机械式冲床，这类冲床存在结构笨重、外形庞大、工作噪声大、工作力不可调整、机器的能量利用率不高及设计不合理等缺点。同时为提高这类冲床的能量利用率及增大工作冲击惯性，配备有庞大的飞轮，但设备运行时单位重量的输出力低。这类冲床已越来越不适合于现代生产、加工及制造的要求。如图1-1机械式冲床的外形图。 图1-1 机械式冲床1.4.4新型气液増力冲压机 随着机电技术的迅速发展，机电一体化技术已越来越广泛地应用于工业工装设备中。由于气动技术中的气源易于获取、无污染、环保型，气动元气件安装灵活、方便，特别是在加工生产线上，气动技术已被越来越广泛的应用，使得生产线清洁、美观。设计此类新型气液增力冲压机，该机将气动与液压有机结合起来，由于液压的抗压缩及传输性能较强，将液压油作为传动媒介，当气体压强被增大时，把低压的气动压力转换增大为高压的液体压力，由高压液压来完成冲压的工作行程。该机采用气源作为动力源，解决了液压泵站占地大、连接不便和液压油污染环境的缺点。在工作中，该机相当于一台高压液压冲床。该机只在工作行程时，即当冲压头接触到工件时，工作冲程自动开启，在高压下完成工作冲程。其整个行程中空行程时间占大多数，处于气动的低压微能耗工况。同时，由于该机的核心部件:气液增力缸本身是一种完整的驱动系统，不同的结构和特殊的设计，可适用于不同的工艺情况。从性能上看，气液増力冲压机使用灵活、方便。在同种工作条件下新型气液増力冲压机更节约了能源，而且噪声污染小，给工人们营造了良好的工作环境，其工作效率得到大大提升，同时实现了一机多用。所以，设计的这款新型气液増力冲压机更具有市场前景。1.4.5本设计气液増力冲压机的特点 新型气液増力冲压机是通过气液増力缸增压输出更大的冲力，动作过程自动分成两段，第一段快进行程，软到位保护模具。第二步为液压，稳定地输出液压压力。 1.简单的动力驱动 采用气缸与液压缸以及气控电控阀组作为动力执行元件。 最大6bar或10bar压缩空气驱动，无需液压系统，即可产生2kN - 2000kN的冲压力，冲压力可在额定最大值以下无级调节。三行程全新冲压设备， 针对实际冲压加工的不同阶段科学定点地施加不同的动力，实现了最经济的高质量冲压加工，能耗极低(1)静止状态。(2)快进行程纯气动驱动模具快速小力接触工件。(3)力行程接触工件后，即自动转为气液增力的力行程。(4)返回行程完成冲压加工，模具气动返程。2.先进的“软到位”冲压技术 在空行程，冲压模具由压缩空气驱动，快且小力接触工件，无冲击、无噪声，极大地提高了冲压加工质量及模具寿命，改善了冲压加工环境。3.独特的“增力自适应”冲压技术在总行程范围内，无论在任何位置，只要模具一碰到工件，气液增力缸即自动地由快进行程转换为力行程，进行全力冲压加工，无需任何附件的调节控制。更换不同模具，就可进行不同工作，无需进行设备行程调节。4.功能 快进行程：主阀动作，工作活塞杆纯气动驱动外伸，推动上模具快速小力接触工件。力行程：上模具遇到工件，力行程转换阀自动动作，增力活塞杆封闭高压油，开始气液增压的力行程。 返回行程： 主阀换向，内置式力行程转换阀自动排气，工作活塞杆返回，完成一个工作循环。带有快进行程及遇到外阻自动启动施加的气液增压力行程的气动冲压缸，控制和使用操作此缸如同双作用串联气缸一样简便。第二章 气液增力冲压机整机布局设计2.1冲压机的冲压成型原理及工艺流程2.1.1 冲压机的冲压成型原理 先在工作台上放凹模，再把需要加工的零件放在凹模上，然后把原材料放在工作台上，冲头上安装凸模，启动开关按钮，二位五通电磁阀1得电，气压推动活塞迅速运动，接触到工件后，压力继电器感应，使二位五通电磁阀1、2同时得电，启动增力活塞杆，大力挤压模具使零件受压变形，压力到某一值后，压力继电器再次感应电磁阀换向，冲头迅速回程，零件冲压成型。同时，气液増力冲压机可以进行钣金连接、成形、弯曲、冲压、矫正、冲裁、剪切、铆接、冲压印字等。2.1.2 冲压机的冲压工艺过程冲压采用预先制作好的模具用冲床进行冷冲加工，主要进行板金加工，即加工的素材大多都是板材，加工的效率比较高适合大批量生产。其工艺过程为图21所示： 图21冲压机工艺流程图2.2机架的布置 C型机架的设计有其独特之处，从外观上看，外形美观，结构简单、紧凑，机架的重心主要集中在左侧，同时底座平稳，即使右边加上气液増力缸，其重心也不会发生太大的变化，故能保持冲压过程的平衡度， 工作平台仅挨着支撑架的右下角，加大了与地板的接触面，其原理从人的脚板设想出来的，因为脚板的长度能保持人的身体平衡。加工零件时，C型机架的活动空间大，不像二柱式冲压机的活动空间那样小，且占地面积小。2.3升降机构的布置 在设计中，我们通过手轮旋转丝杆，丝杆高度没有变化，变量活塞在不断的升高或降低，从而能调整气液増力缸的高度，实现气液増力冲压机的工作行程变大，同时加大了工作活动空间，可以冲压不同尺寸的零件，仅需换模具就能实现一机多用的功能，在旋转时不用使多大的力便能调节増力缸的高度，其设计完全人性化。 由于该机的独立驱动部分气液增力缸结构紧凑，故可配合不同的工况与主机结构，应用于塑性金属加工、五金、电器等行业的冲压、点焊及铆接工装中。由于该机具有较好的性能价格比，有很好的应用前景，同时该机在许多工艺中，完全可取代机械式冲床，形成一种新型高效、低噪声、结构紧凑和大吨位的气液增力冲床及其系列产品。2.4气液增力冲压机的整体布局 气液増力冲压机主要由三个主要部分组成，一是机架，其作用是把増力缸的位置得以固定，保证其工作时的稳定性；二是变量活塞，主要是用来调节増力缸的高度，增大工作总行程，扩宽了零件加工的种类；三是气液増力缸，气液増力缸顾名思义就是增大了工作的力量，充分的运用液压的输出力大，运动平稳和气压的换向灵活方便。三者都起到了独特的作用，缺一不可，他们的结合更是匠心独运，在工作过程中得到了充分的发挥。整体布局合理，运动平稳，外形美观，结构紧凑，便于调节工作的总行程，运行简单，一般的工人都能够使用此冲压机，降低了工人的加工工作量，且工作活动空间大，便于工人作业。通过气液増力冲压机布局图可知，其设计外形美观，布局合理，结构简单、紧凑，工作空间大，该机的独立驱动系统:气液增力缸用三段缸筒，由四根拉杆进行联结，以便于密封件及活塞的安装，缸体密封采用橡塑组合密封件，此类密封件是一种低摩擦、高寿命的密封件，将橡塑的弹性与PTFE塑料的自润滑、低摩擦的特性组合使用，能有效提高密封性能，防止内泄、内漏，该机能实现冲压头快速接触工件，无冲击的软到位，以极低的能耗实现大的冲压力，同时，可实现压力的无级调节，快速自动回程。在该机的冲头上设计了防转装置，使在冲击及行进、后退中易于定位。该机所有动作均由气压产生，避免了在回程中使用弹簧易疲劳损坏。全套控制件都集中安装在气液增力缸上，使该缸如同一个普通的串联气缸。其布局图如2-1图: 图2-1气液増力冲压机布局 第三章 气液増力冲压机的设计 3.1气液増力冲压机机架外形设计3.1.1方案一 二柱型气液増力冲压机二柱型气液増力冲压机，冲压原理与一般的冲压机基本相似，都是通过增压缸的增压使其输出力大，从而达到冲压效果，但在工艺过程上还是有很大的区别：1.从调节冲压缸的结构上来看，是通过旋转两柱螺母的而达到调高的目的，但在调节中每根柱的两个螺母都必须得旋转，这是第一个麻烦点，其次，我们必须的保证液压缸的平衡性，不能调一边高一边低，所以在旋转时就必须使两边的旋转量一致，这个难度不是一般的。2.活动空间上看，它的活动空间很小，于是对于工人下料带来极大的不便，加大了工人的工作量，且对于稍大的零件就不能很顺利的取放，所以也不能达到一机多用的效果。二柱型气液増力冲压机图如3-1图： 图3-1 二柱型气液増力冲压机的外形图3.1.2方案二 C型气液増力冲压机 C型气液増力冲压机，外形由底座和支架组成，其重心靠左，在工作时不会产生太大的振动，保证加工的质量。通过旋转手轮便可调整缸的高度，增大了它的活动范围，扩大了其加工零件的尺寸范围，只需换模具就可以一机多用，可以加工很多零件。活动空间大，取放料方便，降低了工人的工作难度，结构简单，存放方便，噪声污染小。其外形图如下： 1调节手轮；2气液増力缸；3气液増力缸气缸座；4冲压机冲头；5变量活塞；6冲压机工作平台；7冲压机机架 图3-2气液增力冲压机外形图3.1.3 机架外形方案比较通过二柱型气液増力冲压机和C型气液増力冲压机的比较可知：C型气液増力冲压机的外形设计更能符合人们的要求，结构简单，作业空间大，便于工人在加工零件时方便取放，能调整液压缸的高度，增大活动总行程，达到了一机多用的效果。从而在外形上我们就确定C型气液増力冲压机作为我们的设计方案。3.2増力缸的设计3.2.1方案一 液压増力缸图33是采用双作用増压器的增压回路，它能连续输出高压油，使用于增压行程要求较长的场合。当工作缸4向左较大负载时，系统压力升高，油液经顺序阀1进入双作用增压器2，增压器活塞不论向左还是向右运动，均能输出高压油，只要换向阀3不断却换，增力器就不断往复运动，高压油就连续经单向阀7或8进入工作缸4右腔 ，此时单向阀5或6有效的隔开了增压器的高低压油路。工作缸向右运动时增压回路不起作用。 图33双作用增压器的增压回路图 图34双作用増力器的增压机构图由双作用増力器运动的力相等可得: (3-1) (3-2) (3-3)其增压比为 (3-4)油源油压增压后的气压 D活塞的直径d活塞杆的直径通过増压比可知，只要活塞的直径越大，活塞杆的直径越小，那么增压比就越大，输出力也就越大，但是，为了使缸的承载能力不被破坏，我们也不能无限的扩大其增压比，根据实际需要相应的设计他们的尺寸。1液压增力油缸的特点（1）该液压系统的工作压力可通过顺序阀来调节，以适应不同工作情况，提高了装置的利用率。（2）装置的超高压在油缸内产生，所以只需保证工作活塞与增压活塞杆两处的超高压密封，简化了整个系统的高压密封，降低了成本。（3）配以不同的辅助工具，本装置可一机多用，完成各种零件的拆、装、铆、压以及可作为机床夹具夹紧机构的动力装置。（4）系统产生压力的特点是由小变大，与一般工作过程相吻合，故适用于大、中型和精度要求高的零件夹紧机构和切削力波动较大的场合。（5）全部都是用油液，容易产生漏油及油污染，与气动相比不能实现频繁换向。3.2.2方案二 气液増力缸的设计图3-5为气液増力缸系统回路图，气液増力缸是由三节缸筒组合而成，第一节是油缸，最大的压力主要集中在油缸中，第二节是气液缸，气液活塞的左边是油液，右边是气压，缸工作的第一步就是气压推动气液活塞杆往左运动，使油缸的的压力有一定的增大，再推动工作活塞杆软接触工具。第三节缸是气缸筒，当工作活塞杆接触工件后，气缸筒的増力活塞启动，増力活塞杆向左运动使油缸形成封闭的缸，产生增压作用。他们的动作是由压力继电器，单向阀，二位五通电磁控制阀，二位五通气控阀共同控制。图3-5气液増力缸系统回路图 图3-6为气液增力缸的基本结构原理图，Ps为气源，P0为气源压力，左边为液压缸，右边为气液缸，两缸中的油液由一通道相连，密封性能良好。当气源供气压力时，推动活塞D0，从而带动小活塞d产生增大的压力，传递到油液，油液推动活塞D，产生增大后的作用力F，向外输出。图3-6只是简化的工作原理图，实际的机构还应考虑运动的回程、动作的发信、油液的密封、零件的工艺性等。图3-6气液増力缸的结构原理图 在如下增力式的推导中，忽略了摩擦力、阻尼力等。 （3-5） （3-6） （3-7）F为输出力为气缸活塞直径d増力缸的直径D为工作活塞直径式(36)为压力增大式，设，则为增压比；式(37)为输出力增大式。d越小，则增压比越大，但过小的d会使运动时油液的传输量过小，从而使液压缸的输出行程过小，影响对外作功；D0越大，也可增大增压比，但若D0太大，又会使结构太大，不紧凑。式(31)、式(32)中的结构参数D0、d、D的选择应权衡缸的实际用途，综合考虑结构、输出力、压力油的密封等因素。1.气液増力缸的特点 增力缸本身是一个完整的驱动系统，不同的结构形式和特殊的设计可适用于不同的工艺情况。机器能实现冲压头快速接触工件、无冲击的软到位，以极低的能耗实现大的冲压力。可实现压力的无极调节(根据需要还可以实现恒定压力下作用时间的无极调节与控制)，达到设定压力(或设定位置)后发信，快速自动回程。快速空行程并软接触工作的功能，可有效地保护模具，并大大地降低了冲压工件时的噪声，提高了工件的加工质量，改善了冲压加工的工件环境。根据需要，可组成系列的新型气液增力冲床，在冲压件加工行业更好地发挥作用。气液増力缸外形美观，结构紧凑，控制简单，工作可靠，拥有独特的工作过程，较传统压力加工节约能量80%以上。采用软到位技术，无振动、无冲击、无噪音，极大提高工作环境及模具寿命。在三行程中的每个阶段，压力都成线性分布，不受行程位置影响。采用高质量密封元件，气液増力缸可长期免维护工作。3.2.3方案比较通过液压増力缸和气液増力缸的比较可知：液压増力缸充分的运用到液压输出力大、运动平稳，但同时也存在一些缺点，例如全部用油液容易出现漏油及污染环境，油液来之不易，而空气很容易获取，便宜、清洁、环保，油液换向不够灵活。而气压却具有换向灵活的特点，易于控制等，如果我们把气液压的特点充分的结合起来的话，不仅实现了液压的运动平稳，输出力大，同