Festo CLR氣缸工作性能實(shí)驗(yàn)分析

李昌 王開選

紅塔煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司楚雄卷煙廠 云南楚雄 675000

目前，氣動(dòng)技術(shù)在自動(dòng)裝配工藝和生產(chǎn)線中的應(yīng)用，如汽車自動(dòng)生產(chǎn)線的自動(dòng)焊接，電子裝置的組裝，食品的自動(dòng)包裝等，已經(jīng)變得非常流行。而且，國際和國內(nèi)的氣動(dòng)加工，控制，傳感器和其他CNC加工技術(shù)使得CNC夾具的應(yīng)用和工件的自動(dòng)柔性夾緊也成為可能。所以，根據(jù)項(xiàng)目組的具體工作要求，為了實(shí)現(xiàn)國內(nèi)數(shù)控加工行業(yè)技術(shù)的突破，控制氣體回路實(shí)驗(yàn)的主要組成部分，為實(shí)際氣缸的選擇和使用做準(zhǔn)備經(jīng)過驗(yàn)證。沒有旋轉(zhuǎn)壓縮缸，以滿足國內(nèi)和國際項(xiàng)目的要求。

我們通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際工作要求，測(cè)試并計(jì)算了相似氣缸的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，以確定其合理性。確定圓柱體的設(shè)計(jì)變量。該實(shí)驗(yàn)的主要目的如下。（1）找到最佳的氣路解決方案。（2）試驗(yàn)缸速度 - 壓力曲線。（3）測(cè)試氣缸旋轉(zhuǎn)負(fù)載對(duì)氣缸實(shí)際反應(yīng)速度的影響。

1 實(shí)驗(yàn)原理

氣路的工作原理如下。（1）氣源（3片式）→止回閥→儲(chǔ)氣罐→調(diào)速閥→6/3單電控電磁換向閥（斷電）1和2口通過→6/3單電控電磁換向 截止閥（動(dòng)力損失）4，5通道→背壓閥→消聲器。（2）氣源（3件式）→止回閥→儲(chǔ)氣罐→調(diào)速閥→6/3單電控電磁換向閥（動(dòng)力）1，4通道→直/擺鉗缸旋轉(zhuǎn)→6/3兩個(gè)單電控電磁換向閥（強(qiáng)制）2，3端口→背壓閥→消聲器[1]。

電氣工作原理：系統(tǒng)通電，PLC發(fā)出控制指令，6/3單電控電磁換向閥通電（24V），6/3電磁閥換向，高壓氣體進(jìn)入氣缸右側(cè)，線性/擺動(dòng)夾緊缸活塞桿縮回；當(dāng)傳感器2接收到線性/擺動(dòng)夾緊缸運(yùn)動(dòng)信號(hào)到位時(shí)，它被傳送到PLC控制器，PLC控制器進(jìn)行計(jì)算，立即關(guān)閉6/3單電控電磁換向閥的電壓，6/3單電控電磁換向閥正在倒車；線性/擺動(dòng)夾緊缸活塞桿伸出。當(dāng)傳感器1接收到就位信號(hào)時(shí)，它被傳送到PLC控制器。PLC控制器執(zhí)行計(jì)算并立即使6/3單電子控制電磁換向閥通電并重復(fù)上述過程。PLC的內(nèi)部定時(shí)器為1分鐘，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。每次氣缸完成時(shí)，計(jì)數(shù)器自動(dòng)遞增1。直到計(jì)時(shí)器上的計(jì)時(shí)器時(shí)間結(jié)束為1分鐘。PLC通過RS232串口直接與PC主機(jī)通信，PLC的當(dāng)前計(jì)數(shù)器值與PC共享，方便觀察和記錄當(dāng)前氣缸運(yùn)動(dòng)次數(shù)和1分鐘運(yùn)動(dòng)總數(shù)。

2 下面我們分以下幾個(gè)人步驟進(jìn)行試驗(yàn)

2.1 氣路方案的選型

氣動(dòng)元件的選擇主要是選擇方向控制閥。方向閥有三種選擇。分別用這三個(gè)閥門進(jìn)行測(cè)試，換向閥通電（24V），6/3電磁閥換向，高壓氣體進(jìn)入氣缸。右側(cè)，線性/擺動(dòng)夾緊缸活塞桿縮回；當(dāng)傳感器2、接收到線性/擺動(dòng)夾緊缸運(yùn)動(dòng)信號(hào)到位時(shí)，它被傳送到PLC控制器，PLC控制器進(jìn)行計(jì)算，立即關(guān)閉 6/3單電控電磁閥換向閥電壓，6/3單電控電磁換向閥可逆；線性/擺動(dòng)夾緊缸活塞桿伸出，當(dāng)傳感器1接收到就位信號(hào)時(shí)，它被傳送到PLC控制器，PLC控制器進(jìn)行計(jì)算。6/3單電控電磁換向閥立即通電，重復(fù)上述過程。PLC的內(nèi)部定時(shí)器為2分鐘，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。每次氣缸完成時(shí)，計(jì)數(shù)器自動(dòng)遞增2。直到計(jì)時(shí)器上的計(jì)時(shí)器時(shí)間結(jié)束為2分鐘。

PLC通過RS232串口與PC主機(jī)通信，PLC的當(dāng)前計(jì)數(shù)器值與PC共享，因此可以方便地觀察和記錄當(dāng)前的氣缸運(yùn)動(dòng)次數(shù)和每分鐘的總運(yùn)動(dòng)次數(shù)。

2.2 轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)載和氣缸實(shí)際反應(yīng)速度之間是怎么相互作用的

在不同載荷下，線性/擺動(dòng)夾緊缸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)發(fā)生變化，因此缸體的工作時(shí)間也不同。對(duì)給定的圖表數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：CLR-45/64-15和CLR-45/ 62-25型的線性/擺動(dòng)夾緊缸，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為4500kg·mm2時(shí)，氣缸工作時(shí)間分別為0·3s和0·46s；2當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為4500kg·mm2時(shí)，氣缸工作時(shí)間上升到0.75s和1.6·s；3，氣缸在相同載荷下行程為10mm和20mm，動(dòng)作時(shí)間不同。0·17s和0·82s。因此，負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)氣缸的運(yùn)行時(shí)間有不確定性，這給實(shí)際工作帶來了相當(dāng)大的安全隱患[2]。如圖5所示，測(cè)試了氣缸的測(cè)試速度。

2.3 壓緊手指m1的參數(shù)

螺桿m2的質(zhì)量對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有很大影響。因此，在實(shí)驗(yàn)中，通過改變m2的值來研究整體慣性矩。整個(gè)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)分析結(jié)論如下：（1）氣道方案虎閥MFH-5-1/ 8-B的選擇，與其他兩個(gè)方案相比，在滿足正常工作的同時(shí)，減少了 簡化了氣動(dòng)控制元件的自動(dòng)控制過程，大大節(jié)省了工程造價(jià)和設(shè)備的可用空間；（2）通過實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)旋轉(zhuǎn)負(fù)荷改變時(shí)（調(diào)節(jié)臂的長度在工作期間調(diào)整），氣缸的實(shí)際反應(yīng)速度不會(huì)發(fā)生很大變化?？梢钥闯鰬T性矩和氣缸響應(yīng)關(guān)系表。

3 分析特殊行程氣缸運(yùn)動(dòng)的時(shí)間

由于市場(chǎng)上缺乏滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求的氣缸，F(xiàn)esto將根據(jù)我們的具體要求定制特殊氣缸。因此，對(duì)現(xiàn)有的氣缸進(jìn)行了測(cè)試，并分析了相關(guān)的單元工作時(shí)間，并模擬了70mm氣缸的實(shí)際運(yùn)行情況?？刂葡到y(tǒng)所需的時(shí)間包括：電磁閥的運(yùn)行時(shí)間，氣缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間和信號(hào)采集延遲時(shí)間[3]。

4 結(jié)語

本文對(duì)CLR氣缸工作性能的實(shí)驗(yàn)研究是為了滿足數(shù)控機(jī)床氣動(dòng)托盤氣缸旋轉(zhuǎn)夾緊的要求。使用PLC控制器，燃?xì)忾y，氣缸，傳感器等組件構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。認(rèn)真分析了主要的實(shí)驗(yàn)及步驟，并對(duì)FestoCLR直線擺動(dòng)夾緊缸進(jìn)行了全面測(cè)試，以滿足氣動(dòng)托盤的要求。