液壓夾具-平面銑削自動夾具設(shè)計(jì)（全套含CAD圖紙）,液壓,夾具,平面,銑削,自動,設(shè)計(jì),全套,cad,圖紙 1 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 平面銑削自動夾具設(shè)計(jì) 所屬系部 機(jī)械工程系 所屬專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 所屬班級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 日 期 I 摘 要 本論文主要闡述了液壓夾具的設(shè)計(jì),液壓技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之 一。特別是近年可與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合、使液壓技術(shù)進(jìn)入了一個新的發(fā)展階 段。目前，已廣泛應(yīng)用在工業(yè)各領(lǐng)域。由于近年來微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓 元器件制造技術(shù)的進(jìn)一步提高，使液壓技術(shù)不僅在作為一種基本的傳統(tǒng)形式上占有重 要地位而且以優(yōu)良的靜態(tài)、動態(tài)性能成為一種重要的控制手段。 本文首先介紹液壓系統(tǒng)工作原理、優(yōu)勢，說明液壓夾具的特點(diǎn)和優(yōu)勢。然后 分析工件加工工序和加工特點(diǎn)，確定夾具功能, 分析工件的定位和夾緊要求，確 定定位方案和夾緊方案；分析工件的定位和夾緊要求，確定定位方案和夾緊方案； 確定夾具結(jié)構(gòu)，確定夾緊機(jī)構(gòu)（液壓夾緊）方案；分析液壓系統(tǒng)工作過程，設(shè)計(jì) 其功能；設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)原理圖；設(shè)計(jì)計(jì)算液壓系統(tǒng)主要參數(shù)，即液壓泵工作壓力、 流量，電動機(jī)功率，溢流閥、順序閥等的調(diào)定壓力值等。 關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)，液壓夾緊，液壓缸，液壓夾具 II Abstract This paper mainly expounds the design of hydraulic clamp, hydraulic technology is one of the fastest growing technology in mechanical equipment. Especially in recent years and microelectronics, computer technology combined, so that the hydraulic technology has entered a new stage of development. At present, has been widely used in various industrial fields. Due to the development of microelectronics, computer technology in recent years, hydraulic components manufacturing technology to further improve, so that the hydraulic technology not only plays an important role in as a basic form of traditional and good static and dynamic performance, has become an important means of control. This paper first introduces the working principle, hydraulic system, and explains the characteristics and advantages of hydraulic clamp. Then analysis the workpiece machining process and machining characteristics, determine the fixture function, analysis of positioning and clamping the workpiece requirements, determine the positioning and clamping scheme; analysis of positioning and clamping the workpiece requirements, determine the positioning and clamping scheme; determine the fixture structure, determine the clamping mechanism (hydraulic clamping) scheme; analysis of the hydraulic system of the working process, the design schematic diagram of hydraulic system; design; design and calculation of main parameters of hydraulic system, namely the pump working pressure, hydraulic flow, motor power, relief valve, sequence valve set pressure value. Keywords: hydraulic system, hydraulic clamping, hydraulic cylinder, hydraulic fixture III 目 錄 摘 要 I ABSTRACTII 目 錄 III 第 1 章 緒論5 1.1 液壓系統(tǒng)工作原理 5 1.2 液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 5 1.3 液壓夾具的特點(diǎn)和優(yōu)勢 6 第 2 章 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9 2.1 分析加工工序和加工特點(diǎn)，確定夾具功能 9 2.2 確定夾具結(jié)構(gòu)，確定夾緊機(jī)構(gòu)（液壓夾緊）方案 10 2.3 設(shè)計(jì)夾具裝配圖 13 2.4 誤差分析與計(jì)算 13 2.5 對刀塊設(shè)計(jì)與選用 14 2.6 確定夾具體結(jié)構(gòu)尺寸和總體結(jié)構(gòu) 15 2.7 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 16 第 3 章 液壓夾緊系統(tǒng)設(shè)計(jì)17 3.1 分析液壓系統(tǒng)工作過程，設(shè)計(jì)其功能 17 3.2 液壓缸設(shè)計(jì) 19 3.2.1 液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算 19 3.2.2 液壓缸工作壓力設(shè)定 19 3.2.3 確定系統(tǒng)工作壓力 19 3.2.4 確定液壓缸的尺寸 19 3.3 活塞的設(shè)計(jì) 22 3.4 液壓缸缸蓋設(shè)計(jì) 22 3.5 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 23 3.6 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算 24 3.7 缸體長度的確定 25 3.8 緩沖裝置的設(shè)計(jì) 26 3.9 排氣裝置 26 IV 3.10 密封件的選用 28 3.11 防塵圈 29 3.12 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 29 3.13 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 30 3.13.1 確定液壓泵類型及調(diào)速方式 30 3.13.2 選用執(zhí)行原件 30 3.13.3 換向回路和壓力回路的選擇 30 3.13.4 組成液壓系統(tǒng)繪原理圖 30 3.13.5 負(fù)載圖與速度圖的繪制 31 第 4 章 液壓元件的選擇32 4.1 液壓泵的選擇 32 4.2 電動機(jī)的選擇 33 4.3 閥類元件及輔助元件 34 4.4 油箱的容積計(jì)算 34 第 5 章 液壓系統(tǒng)性能的運(yùn)算34 5.1 壓力損失和調(diào)定壓力的確定 34 5.2 油液溫升的計(jì)算 36 5.3 散熱量的計(jì)算 37 結(jié)論和展望37 參考文獻(xiàn)39 致謝40 5 第 1 章 緒論 1.1 液壓系統(tǒng)工作原理 當(dāng)前，液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、 高度集成化等各項(xiàng)要求方面都取得了重大的進(jìn)展，在完善比例控制、數(shù)字控制等 技術(shù)上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算 機(jī)仿真和優(yōu)化以及微機(jī)控制等開發(fā)性工作方面，日益顯示出顯著的成績。從 17 世紀(jì)中葉巴斯卡提出靜壓傳遞原理、18 世紀(jì)末英國制成世界上第一臺水壓機(jī)算起， 也已有二三百年歷史了。近代液壓傳動在工業(yè)上的真正推廣使用只是本世紀(jì)中葉 以后的事，至于它和微電子技術(shù)密切結(jié)合，得以在盡可能小的空間內(nèi)傳遞出盡可 能大的功率并加以精確控制，更是近 10 年內(nèi)出現(xiàn)的新事物。 我國的液壓工業(yè)開始于本世紀(jì) 50 年代，其產(chǎn)品最初只用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備， 后來才用到拖拉機(jī)和工程機(jī)械上。自 1964 年從國外引進(jìn)一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)、 同時進(jìn)行自行設(shè)計(jì)液壓產(chǎn)品以來，我國的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列， 并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。80 年代起更加速了對西方先進(jìn)液壓產(chǎn)品 和技術(shù)的有計(jì)劃引進(jìn)、消化、吸收和國產(chǎn)化工作，以確保我國的液壓技術(shù)能在產(chǎn) 品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、人才培訓(xùn)、研究開發(fā)等各個方面全方位地趕上世界水平。 液壓系統(tǒng)由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液 壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)后， 從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進(jìn)入壓力管后，將換 向閥手柄、開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓 缸左腔，推動活塞和工作臺向右移動。這時，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管 排回油箱。為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠 大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中 的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液 壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油 液壓力對溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時，油液才能 頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢 流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。 1.2 液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 液壓傳動有以下一些優(yōu)點(diǎn)： 1）在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動力，因?yàn)?液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大出 3040 倍。在同等的功率下，液 6 壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電動 機(jī)的 12%左右。 2）液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置 易于實(shí)現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn) 運(yùn)動時可達(dá) 500 次/min，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動時可達(dá) 1000 次/min。 3）液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá) 2000） ，它還 可以在運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速。 4）液壓傳動易于自動化，這是因?yàn)樗鼘σ后w壓力、流量或流動方向易 于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結(jié)合 起來使用時，整個傳動裝置能實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的順序動作，接受遠(yuǎn)程控制。 5）液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長期在失速狀 態(tài)下工作而不會過熱，這是電氣傳動裝置和機(jī)械傳動裝置無法辦到的。液壓件能 自行潤滑，使用壽命較長。 6）由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、 制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機(jī)動性。 7）用液壓傳動來實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動簡單。 液壓傳動的缺點(diǎn)是： 1）液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄 漏等原因造成的。 2）液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失 等） ，長距離傳動時更是如此。 3）液壓傳動對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影 響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。 4）為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價 較貴，而且對油液的污染比較敏感。 5）液壓傳動要求有單獨(dú)的能源。 6）液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。 1.3 液壓夾具的特點(diǎn)和優(yōu)勢 夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造過程的切削加工、 熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程中。 在現(xiàn)代生產(chǎn)中，夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著加工的精度、 勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，幫機(jī)床夾具設(shè)計(jì)在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造以及 生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備中占有極其重要的地位。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作。液 壓夾具就是以液壓為動力驅(qū)動的夾具。機(jī)床夾具的主要功能是裝工件，使工件在 夾具中定位和夾緊。 7 （1）定位 確定工件在夾具中占有正確位置的過程。定位是通過工件定位 基準(zhǔn)面與夾具定位元件面接觸或配合實(shí)現(xiàn)的。正確的定位可以保證工件加工的尺 寸和位置精度要求。 （2）夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的 操作。由于工件在加工時，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會松動、 脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。 夾具的特殊功能 機(jī)床夾具的特殊功能主要是對刀和導(dǎo)向。 （1）對刀 調(diào)整刀具切削刃相對工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的 對刀塊，它能迅速地確定銑刀相對于夾具的正確位置。 （2）導(dǎo)向 如鉆床夾具中的鉆模板的鉆套，能迅速地確定鉆頭的位置，并 引導(dǎo)其進(jìn)行鉆削。導(dǎo)向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具 （鏜模）也具有導(dǎo)向功能。 液壓夾具有如下的一些優(yōu)勢： 保證加工精度 采用液壓夾具安裝定位，可以快速準(zhǔn)確地確定工件與機(jī)床、刀具之間的相互位置， 工件的位置精度由夾具保證，不受工人技術(shù)水平的影響，其加工精度高而且穩(wěn)定。 提高生產(chǎn)率、降低成本 用液壓夾具裝夾工件，無需找正便能使工件迅速地定位和夾緊，顯著地減少了輔 助工時（裝卸工件的時間） ；用液壓夾具裝夾工件提高了工件的剛性，因此 可加 大切削用量；可以使用多件、多工位夾具裝夾工件，并采用高效夾緊機(jī)構(gòu)，這些 因素均有利于提高勞動生產(chǎn)率與安全性。另外，采用夾具后，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，廢 品率下降，排除批次性?？梢园才偶夹g(shù)等級較低的工人，有效地降低了生產(chǎn)成本。 擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍 使用專用液壓夾具可以改變原機(jī)床的用途和擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。 例如，在車床或搖臂鉆床上安裝鏜模夾具后，就可以對箱體孔系進(jìn)行鏜削加工； 通過專用夾具還可將車床改為拉床使用，以充分發(fā)揮通用機(jī)床的作用，在加工中 心有效地行程范圍內(nèi)有效地?cái)U(kuò)大了加工零件的數(shù)量。 減輕工人的勞動強(qiáng)度 用夾具裝夾工件方便、安全、快速，當(dāng)采用氣動，液壓等夾緊裝置時，可減輕工 人的勞動強(qiáng)度。 8 9 第 2 章 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 分析加工工序和加工特點(diǎn)，確定夾具功能 要求設(shè)計(jì)銑端面工序用的銑床夾具根據(jù)工藝規(guī)程，在銑端面之前 其它各表面均已加工好。 下面具體闡述一下夾具的設(shè)計(jì)原理: （1）、六點(diǎn)定位原理 當(dāng)工件在不受任何條件約束時，其位置是任意的不確定的。設(shè)工件為一理想的鋼 體，并以一個空間直角坐標(biāo)作為參照來觀察鋼體的位置變動。由理論力學(xué)可知， 在空間處于自由狀態(tài)的鋼體，具有六個自由度，即沿著 X、Y、Z 三個坐標(biāo)軸的移 動和繞著這三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動，如圖所示。用 X、Y、Z 和 X、Y、Z 分別表示沿三 個坐標(biāo)軸的移動和繞著這三個坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動的自由度。 六個自由度是工件在空間位置不確定的最高程度。定位的任務(wù)，就是要限制工件 的自由度。在夾具中，用分別適當(dāng)?shù)呐c工件接觸的六個支撐點(diǎn)，來限制工件六個 自由度的原理，稱為六點(diǎn)定位原理。 （2）、應(yīng)用定位原理幾種情況 完全定位 1 工件的六個自由度全部被限制，它在夾具中只有唯一的位置，稱為完全定位。 部分定位 2 工件定位時，并非所有情況下都必須使工件完全定位。在滿足加工要求的條件下， 少于六個支撐點(diǎn)的定位稱為部分定位。 10 在滿足加工要求的前提下，采用部分定位可簡化定位裝置，在生產(chǎn)中應(yīng)用很 多。如工件裝夾在電磁吸盤上磨削平面只需限制三個自由度。 過定位（重復(fù)定位） 3 幾個定位支撐點(diǎn)重復(fù)限制一個自由度，稱為過定位。 A、一般情況下，應(yīng)該避免使用過定位。 通常，過定位的結(jié)果將使工件的定位精度受到影響，定位不確定可使工件（或定 位件）產(chǎn)生變形，所以在一般情況下，過定位是應(yīng)該避免的。 B、過定位亦可合理應(yīng)用 雖然工件在夾具中定位，通常要避免產(chǎn)生“過定位”，但是在某些條件下，合理 地采用“過定位”，反而可以獲得良好的效果。這對剛性弱而精度高的航空、儀 表類工件更為顯著。 工件本身剛性和支承剛性的加強(qiáng)，是提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)率的有效措施，生產(chǎn)中 常有應(yīng)用。大家都熟知車削長軸時的安裝情況，長軸工件的一端裝入三爪卡盤中， 另一端用尾架尖支撐。這就是個“過定位”的定位方式。只要事先能對工件上諸 定位基準(zhǔn)和機(jī)床（夾具）有關(guān)的形位誤差從嚴(yán)控制，過定位的弊端就可以免除。 由于工件的支撐剛性得以加強(qiáng)，扶持有助于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，可靠的定位，所以工件安 裝方便，加工質(zhì)量和效率也大為提高。 （3）確定要限制的自由度 按照加工要求，銑端面時應(yīng)限制 3 個自由度，可起到承受部分銑削力的作用，故 可采用完全定位。 2.2 確定夾具結(jié)構(gòu)，確定夾緊機(jī)構(gòu)（液壓夾緊）方案 1夾緊裝置的組成 工件在夾具中正確定位后，由夾緊裝置將工件夾緊。夾緊裝置的組成有： 1）動力裝置：產(chǎn)生夾緊動力的裝置。 2）夾緊元件：直接用于夾緊工件的元件。 3）中間傳力機(jī)構(gòu)：將原動力以一定的大小和方向傳遞給夾緊元件的機(jī)構(gòu)。 2對夾緊裝置的要求 1）夾緊過程不得破壞工件在夾具中占有的定位位置。 2）夾緊力要適當(dāng)，既要保證工件在加工過程中定位的穩(wěn)定性，又要防止因夾緊 力過大損傷工件表面或使工件產(chǎn)生過大的夾緊變形。 3）操作安全、省力。 4）結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，便于制造，便于維修。 典型夾緊機(jī)構(gòu) 1斜楔夾緊機(jī)構(gòu) 11 斜楔是夾緊機(jī)構(gòu)中最為基本的一種形式，它是利用斜面移動時所產(chǎn)生的力來夾緊 工件的，常用于氣動和液壓夾具中。在手動夾緊中，斜楔往往和其他機(jī)構(gòu)聯(lián)合使 用。 斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是夾緊行程小，手動操作不方便。斜楔夾緊機(jī)構(gòu)常用在氣動、 液壓夾緊裝置中，此時斜楔夾緊機(jī)構(gòu)不需要自鎖。 2螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 采用螺旋裝置直接夾緊或與其他元件組合實(shí)現(xiàn)夾緊的機(jī)構(gòu)，統(tǒng)稱螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，容易制造。由于螺旋升角小，螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的自鎖性能 好，夾緊力和夾緊行程都較大，在手動夾具上應(yīng)用較多。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)可以看作 是繞在圓柱表面上的斜面，將它展開就相當(dāng)于一個斜楔。 3偏心夾緊機(jī)構(gòu) 偏心夾緊機(jī)構(gòu)是斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的一種變型，它是通過偏心輪直接夾緊工件或與其 他元件組合夾緊工件的。常用的偏心件有圓偏心和曲線偏心，圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)具 有結(jié)構(gòu)簡單，夾緊迅速等優(yōu)點(diǎn)；但它的夾緊行程小，增力倍數(shù)小，自鎖性能差， 故一般只在被夾緊表面尺寸變動不大和切削過程振動較小的場合應(yīng)用。 4定心夾緊機(jī)構(gòu) 定心夾緊機(jī)構(gòu)能夠在實(shí)現(xiàn)定心作用的同時，又起著將工件夾緊的作用。定心夾緊 機(jī)構(gòu)中與工件定位基面相接觸的元件，既是定位元件，又是夾緊元件。 5鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu) 鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)是一種增力裝置，它具有增力倍數(shù)較大、摩擦損失較小的優(yōu)點(diǎn)，廣 泛應(yīng)用于氣動夾具中。 6聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu) 圖 347 雙向作用固定式活塞油缸圖 1前蓋 2油缸體 3活塞桿 4活塞 5密封圈 6后蓋 12 聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)是一種高效夾緊機(jī)構(gòu)，它可通過一個操作手柄或一個動力裝置， 對一個工件的多個夾緊點(diǎn)實(shí)施夾緊，或同時夾緊若干個工件。 夾緊的動力裝置 在大批大量生產(chǎn)中，為提高生產(chǎn)率、降低工人勞動強(qiáng)度，大多數(shù)夾具都采用機(jī)動 夾緊裝置。驅(qū)動方式有氣動、液動、氣液聯(lián)合驅(qū)動，電（磁）驅(qū)動，真空吸附等 多種形式。 1氣動夾緊裝置 氣動夾緊裝置以壓縮空氣作為動力源推動夾緊機(jī)構(gòu)夾緊工件。常用的油缸結(jié)構(gòu)有 活塞式和薄膜式兩種。 活塞式油缸按照油缸裝夾方式分類有固定式、擺動式和回轉(zhuǎn)式三種，按工作方式 分類有單向作用和雙向作用兩種，應(yīng)用最廣泛的是雙作用固定式油缸。 2液壓夾緊裝置 液壓夾緊裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理基本與氣動夾緊裝置相同，所不同的是它所用的 工作介質(zhì)是壓力油。與液壓夾緊裝置相比，液壓夾緊具有以下優(yōu)點(diǎn)： 傳動力大，夾具結(jié)構(gòu)相對比較小； 油液不可壓縮，夾緊可靠，工作平穩(wěn)； 噪聲小。它的不足之處是須設(shè)置專門的液壓系統(tǒng)，應(yīng)用范圍受限制。 根據(jù)本課題工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，底部有臺階，而上部是個凸臺，這樣可以利用 下部臺階來夾緊。 設(shè)計(jì)一套液壓銑削夾具，加工圖中工件（雙點(diǎn)劃線）的上平面，工件材料鑄 鐵，下部為 100*100*12 的方形，上方為 80的外圓柱面，要求銑削上平面后， 保證工件高度由毛坯的 85mm 加工到 820.1mm。 13 1.液壓缸；2.活塞；3.夾具體；4.連桿；5.彈簧連桿；6.壓板；7.工件；8.支撐件 液壓缸左腔進(jìn)油時，活塞和缸筒分別向兩側(cè)移動，各鉸鏈和連桿運(yùn)動，使壓 板頭向下壓緊工件；液壓缸右腔進(jìn)油時，活塞和缸筒都向內(nèi)移動，壓板頭抬起松 開工件。 2.3 設(shè)計(jì)夾具裝配圖 由零件圖可知：利用底面等為粗定位基準(zhǔn)來設(shè)計(jì)夾具，從而保證其尺寸公差要求。 據(jù)夾具手冊知定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與工序基準(zhǔn)重合，在同一工件的各道工序中，應(yīng)盡 量采用同一定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工。因此我們應(yīng)該根據(jù)零件圖的技術(shù)要求，從保證零件的加工精 度要求出發(fā)，合理選擇定位基準(zhǔn)。此零件圖沒有較高的技術(shù)要求，也沒有較高的平行度和對 稱度要求，所以我們應(yīng)考慮如何提高勞動效率，降低勞動強(qiáng)度，提高加工精度。圓臺外圓及 兩端面都已加工好，為了使定位誤差減小，選擇已加工好的端面作為定位精基準(zhǔn)，來設(shè)計(jì)本 道工序的夾具，以已加工好的端面作為定位夾具。 2.4 誤差分析與計(jì)算 （1）定位元件尺寸及公差確定。 夾具的主要定位元件為一平面配合。 1 夾緊誤差 ： cos)(minaxyj 其中接觸變形位移值： mSNcHBKRkmnZaZy 014.8.9)(1cos0.3jy 磨損造成的加工誤差： 通常不超過Mj05. 14 夾具相對刀具位置誤差： 取ADm01. 誤差總和： 0.965jw 從以上的分析可見，所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求。 2.5 對刀塊設(shè)計(jì)與選用 對刀塊的具體放置的地方并沒有規(guī)定，它的作用是起到一個基準(zhǔn)的做 用，因?yàn)閷Φ秹K都有標(biāo)準(zhǔn)的互相垂直的面，這樣就可以比較快捷準(zhǔn)確的來確 認(rèn)刀具是否垂直于加工面 對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。 由于本工序是完成此加工，所以選用平面對刀塊。根據(jù)參考文對刀塊 圖 3.9 對刀塊 塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖所示： 15 圖 3.10 平塞尺(GB2244-80) 2.6 確定夾具體結(jié)構(gòu)尺寸和總體結(jié)構(gòu) 夾具體設(shè)計(jì)的基本要求 （1）應(yīng)有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性 夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面、安裝對刀塊或?qū)蛟谋砻?以及夾具體的安裝基面，應(yīng)有適當(dāng)?shù)某叽缇群托螤罹龋鼈冎g應(yīng)有適當(dāng)?shù)奈?置精度。 為使夾具體的尺寸保持穩(wěn)定，鑄造夾具體要進(jìn)行時效處理，焊接和鍛造夾具體 要進(jìn)行退火處理。 （2）應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度 為了保證在加工過程中不因夾緊力、切削力等外力的作用而產(chǎn)生不允許的變 形和振動，夾具體應(yīng)有足夠的壁厚，剛性不足處可適當(dāng)增設(shè)加強(qiáng)筋。 （3）應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和使用性 夾具體一般外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且各表面間的相互位置精度要求 高，因此應(yīng)特別注意其結(jié)構(gòu)工藝性，應(yīng)做到裝卸工件方便，夾具維修方便。在滿足 剛度和強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量能減輕重量，縮小體積，力求簡單。 （4）應(yīng)便于排除切屑 在機(jī)械加工過程中，切屑會不斷地積聚在夾具體周圍，如不及時排除，切削熱 量的積聚會破壞夾具的定位精度，切屑的拋甩可能纏繞定位元件，也會破壞定位精 度，甚至發(fā)生安全事故。因此，對于加工過程中切屑產(chǎn)生不多的情況，可適當(dāng)加大 定位元件工作表面與夾具體之間的距離以增大容屑空間：對于加工過程中切削產(chǎn)生 較多的情況，一般應(yīng)在夾具體上設(shè)置排屑槽。 （5）在機(jī)床上的安裝應(yīng)穩(wěn)定可靠 夾具在機(jī)床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機(jī)床上的相應(yīng)表面的接觸 或配合實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)夾具在機(jī)床工作臺上安裝時，夾具的重心應(yīng)盡量低，支承面積應(yīng) 足夠大，安裝基面應(yīng)有較高的配合精度，保證安裝穩(wěn)定可靠。夾具底部一般應(yīng)中空， 大型夾具還應(yīng)設(shè)置吊環(huán)或起重孔。 16 確定夾具體的結(jié)構(gòu)尺寸，然后繪制夾具總圖。詳見繪制的夾具裝配圖。 2.7 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時，應(yīng)該注意提高勞動生產(chǎn)率避免干涉。應(yīng)使夾具結(jié)構(gòu) 簡單，便于操作，降低成本。提高夾具性價比。 A、夾具的安裝 銑床夾具在銑床工作臺上的安裝位置，直接影響被加工表面 的位置精度，因而在設(shè)計(jì)時必須考慮其安裝方法，一般是在夾具底座下面裝兩個 定位鍵。定位鍵的結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)按銑床工作臺的 T 形槽尺寸選定，它和 夾具底座以及工作臺 T 形槽的配合為 H7/h6、H8/h8。兩定位鍵的距離應(yīng)力求最大， 以利提高安裝精度。 作為定位鍵的安裝是夾具通過兩個定位鍵嵌入到銑床工作臺的同一條 T 形槽 中，再用 T 形螺栓和墊圈、螺母將夾具體緊固在工作臺上，所以在夾具體上還需 要提供兩個穿 T 形螺栓的耳座。如果夾具寬度較大時，可在同側(cè)設(shè)置兩個耳座， 兩耳座的距離要和銑床工作臺兩個 T 形槽間的距離一致。 B、銑床夾具的對刀裝置 銑床夾具在工作臺上安裝好了以后，還要調(diào)整銑刀 對夾具的相對位置，以便于進(jìn)行定距加工。為了使刀具與工件被加工表面的相對 位置能迅速而正確地對準(zhǔn)，在夾具上可以采用對刀裝置。對刀裝置是由對刀塊和 塞尺等組成，其結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化。各種對刀塊的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)工件的具體加 工要求進(jìn)行選擇。 由于銑削時切削力較大，振動也大，夾具體應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，還應(yīng)盡 可能降低夾具的重心，工件待加工表面應(yīng)盡可能靠近工作臺，以提高夾具的穩(wěn)定 性，通常夾具體的高寬比 H/B11.25 為宜。 經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較，選用了液壓夾緊方式。這類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、 夾緊可靠、通用性大，在機(jī)床夾具中很廣泛的應(yīng)用。 此外，當(dāng)夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響 定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據(jù)情況進(jìn)行調(diào) 整換取。 17 第 3 章 液壓夾緊系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 分析液壓系統(tǒng)工作過程，設(shè)計(jì)其功能 查閱機(jī)械加工手冊，查找應(yīng)用端面銑刀粗銑灰鑄鐵材料，去除余量為 3mm，被加工面積如工件的銑削力大??； 當(dāng)?shù)毒卟牧蠟楦咚黉摃r端銑加工的圓周切削力： (1)1..08.95.01. eZpFCadfaN (2)4..72.. 式(1)為端銑刀加工碳鋼、青銅合金，可鍛鑄鐵等材料的切削力計(jì)算公式 式(2)為端銑刀加工灰鑄鐵的切削力計(jì)算公式 式中： 銑削的背吃刀量，端銑時為切削深度，Pa m 銑削的側(cè)吃刀量，端銑時為加工表面寬度，e 每齒進(jìn)給量，Zf Zm 銑刀直徑 ，0d 銑刀齒數(shù) 端銑刀加工不同材料時的銑削系數(shù) FC 碳鋼：82.4 可鍛鑄鐵：50 灰鑄鐵：50 青銅：37.5 鎂合金：18 當(dāng)?shù)毒卟牧蠟橛操|(zhì)合金時，不同材料端銑加工的圓周切削力為： 18 碳鋼： 2.0.3.10.75.0.1682.9nZdafFepC N 灰鑄鐵： ..4.9. 可鍛鑄鐵： 2.0.3.10.75.0.1. feZpC 式中： 銑刀轉(zhuǎn)速 nrm 銑削功率： 9502ndFTPCCkW 式中： 銑刀圓周切削力 FN 銑刀直徑 0dm 銑刀轉(zhuǎn)速 nrp 根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊可查得： 銑削力計(jì)算公式為 圓周分力 0.9741.0..815pfFzFzaZdk 查表可得： 0dm35mzaf/2.0 ap306.Fzk 代入得 0.9.741.0.815286zF = .N 查表可得銑削水平分力、垂直分力、軸向分力與圓周分力的比值為： 8.0/ELF6.0/EVF53.0/ExF 81.89L N ..6.VE 053531xF 銑削加工產(chǎn)生的水平分力應(yīng)由夾緊力產(chǎn)生的摩擦力平衡。 即： （ ）L 查 表 可 得.0 8.92630FN 19 計(jì)算出的理論夾緊力 F 再乘以安全系數(shù) k 既為實(shí)際所需夾緊力 F 即： 取 k=1.3k 1.329640N 1) 確定系統(tǒng)工作壓力，夾具是低壓系統(tǒng)，可以取工作壓力 p=2MPa； 3.2 液壓缸設(shè)計(jì) 3.2.1 液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算 液壓缸主要參數(shù)包括，公稱壓力，活塞桿徑，行程，缸體內(nèi)徑等。 3.2.2 液壓缸工作壓力設(shè)定 由于液壓虎鉗系統(tǒng)屬于小型的液壓系統(tǒng)，設(shè)定工作負(fù)荷為 4000N,初步選定工 作壓力為 P2MPa. P1:液壓缸工作壓力 s：屈服極限 3.2.3 確定系統(tǒng)工作壓力 系統(tǒng)工作壓力由設(shè)備類型，載荷大小，結(jié)構(gòu)要求和技術(shù)水平而定。系統(tǒng)工作 壓力高，省材料，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕是液壓系統(tǒng)的發(fā)展方向，并同時要妥善處理 泄漏，噪聲和可靠性問題，具體選擇可參見表 取系統(tǒng)長期工作壓力為 2.5Mpa（取油缸工作壓力的 1.25 倍） 則 Pmax1.5PN 即 Pmax2.5Mpa 3.2.4 確定液壓缸的尺寸 初選液壓缸工作壓力 液壓缸的推力 F 是由液壓缸的工作壓力 p 和活塞的有效工作面積 A 來確定的， 即 F=A p 20 式中 F 缸（或活塞）的推力（N） ； p 進(jìn)油腔的工作壓力（MPa） ； A 活塞的有效工作面積（m2） ； 由上式可見，當(dāng)缸的推力一定時，工作壓力 p 取的越高，活塞的有效面積 A 就越小，缸的結(jié)構(gòu)就緊湊，但液壓元件的性能及密封要求要相應(yīng)提高；工作壓力 p 取的越低，活塞的有效面積 A 就越大，缸的結(jié)構(gòu)尺寸就越大，要使工作機(jī)構(gòu)得 到同樣的速度就要求有較大的流量，這樣使有關(guān)的泵、閥等液壓元件的規(guī)格相應(yīng) 增大，有可能導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的龐大。因此，液壓缸的工作壓力常采用類比法或通 過試驗(yàn)確定。設(shè)計(jì)時，液壓缸的工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小和設(shè)備的類型，選擇工 作壓力： 表 1 各類液壓設(shè)備常用的工作壓力 機(jī)床 設(shè)備類型 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型 工程機(jī)械 液壓機(jī)、重型機(jī)械、 起重運(yùn)輸機(jī) 工作壓力 p/(Mpa) 3-5 2-8 8-10 10-16 20-32 表 2 液壓缸推力與工作壓力之間的關(guān)系 液壓缸力 F/KN 5 510 1020 2030 3050 50 工作壓力 p/MPa 0.81 1.52 2.53 34 45 57 由于本液壓系統(tǒng)設(shè)備屬于小型系統(tǒng)，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，采用低壓液壓系統(tǒng)時， 液壓缸的尺寸小、體積小，而且成本較低。綜合考慮各種因素，再參考表 1、表 2 本系統(tǒng)選用中低壓系統(tǒng)，選取工作壓力為 P=2.5MPa。 計(jì)算出液壓缸的內(nèi)徑 D 通過調(diào)查可知系統(tǒng)在取工作壓力為 2MPa。 由最大負(fù)載按公式 F=P A 計(jì)算液壓缸面積. A= 2260.1024mNPF 其中: F 缸的最大外負(fù)載 F=4000N P油缸工作壓力 P=2MPa A油缸無桿腔的有效面積； 液壓缸內(nèi)徑 D= A4 21 =49.8mm 表 4.1 液壓缸內(nèi)徑系列 mm 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 按 GB/T 2438-1993，考慮安全因素結(jié)合具體情況，取標(biāo)準(zhǔn)值 D=50mm 1.液壓缸缸體厚度計(jì)算 缸體是液壓缸中最重要的零件，當(dāng)液壓缸的工作壓力較高和缸體內(nèi)經(jīng)較大時， 必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。缸體的常用材料為 20、25、35、45 號鋼的無縫鋼管。在這 幾種材料中 45 號鋼的性能最為優(yōu)良，所以這里選用 45 號鋼作為缸體的材料。2DPy 式中， 實(shí)驗(yàn)壓力，MPa。當(dāng)液壓缸額定壓力 Pn 5.1MPa 時，Py=1.5Pn，Py 當(dāng) Pn 16MPa 時，Py=1.25Pn。 缸筒材料許用應(yīng)力，N/mm 。 = ， 為材料的抗拉強(qiáng)度。2nb 注：1.額定壓力 Pn 額定壓力又稱公稱壓力即系統(tǒng)壓力，Pn=5.1MPa 2.最高允許壓力 Pmax Pmax 1.5Pn=1.25 2=2.5MPa 液壓缸缸筒材料采用 45 鋼，則抗拉強(qiáng)度： b=600MPa 安全系數(shù) n 按液壓傳動與控制手冊P243 表 210，取 n=5。 則許用應(yīng)力 = =120MPab 2DPy = .501 =0.78125mm 液壓缸厚度取 5mm。 則液壓缸缸體外徑為 60mm。 計(jì)算活塞桿直徑 d 5. 活塞桿直徑的設(shè)計(jì) 查液壓傳動與控制手冊根據(jù)桿徑比 d/D，一般的選取原則是：當(dāng)活塞桿 22 受拉時，一般選取 d/D=0.3-0.5，當(dāng)活塞桿受壓時，一般選取 d/D=0.5-0.7。本 設(shè)計(jì)我選擇 d/D=0.6，即 d=0.7D=0.650=30mm。 表 4.2 活塞桿直徑系列 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 由于課題沒設(shè)定工作具體要求。結(jié)合具體實(shí)際和國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選擇活塞桿直徑 d 為 d=30mm 按國標(biāo)可圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑 d=30mm D液壓缸缸筒直徑 d液壓缸活塞桿直徑 2.活塞桿強(qiáng)度計(jì)算： <30mm （4-6440.798.81Fm 4） 式中 許用應(yīng)力； （Q235 鋼的抗拉強(qiáng)度為 MPa8054nb 375-500MPa，取 400MPa，為位安全系數(shù)取 5，即活塞桿的強(qiáng)度適中） 3.3 活塞的設(shè)計(jì) 由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)， 既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機(jī)械 效率，而且容易損壞缸筒和活塞的配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部泄露， 降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)性能。 活塞與缸體的密封形式分為：間隙密封（用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密 封） 、活塞環(huán)密封（適用于溫度變化范圍大、要求摩擦力小、壽命長的活塞密封） 、 密封圈密封三大類。其中密封圈密封又包括 O 形密封圈（密封性能好，摩擦因數(shù) 小，安裝空間小） 、Y 形密封圈（用在 20Mpa 壓力下、往復(fù)運(yùn)動速度較高的液壓缸 密封） 、 形密封圈（耐高壓，耐磨性好，低溫性能好，逐漸取代 Y 形密封圈） 、x V 形密封圈（可用于 50Mpa 壓力下，耐久性好，但摩擦阻力大） 。綜合以上因素， 考慮選用 O 型密封圈。 23 3.4 液壓缸缸蓋設(shè)計(jì) 液壓缸的缸蓋可以選用 35、45 鍛鋼或 ZG35、ZG45 鑄鋼或 HT200、HT350 鑄 鐵等材料。當(dāng)缸體本身優(yōu)勢活塞桿的導(dǎo)向套時，缸蓋最好選用鑄鐵。同時，應(yīng)在 導(dǎo)向表面上熔堆黃銅、青銅或其他耐磨材料。也可以在缸蓋中壓入導(dǎo)向套。 3.5 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1.最小導(dǎo)向長度 H 的確定 當(dāng)活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點(diǎn)到到導(dǎo)向套滑動面中點(diǎn)的距離 稱為最小導(dǎo)向長度1。如果導(dǎo)向長度過短，將使液壓缸因間隙引起的初始撓度 增大，影響液壓缸工作性能和穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)時必須保證液壓缸有一定的 最小導(dǎo)向長度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)液壓缸最大行程為 L,缸筒直徑為 D 時,最小導(dǎo)向長度 為: 20 LH （4-5） 一般導(dǎo)向套滑動面的長度 A，在缸徑小于 80mm 時取 A=(0.61.0)D，當(dāng)缸徑 大于 80mm 時取 A=(0.61.0)d.?；钊麑挾?B 取 B=(0.61.0)D。若導(dǎo)向長度 H 不 夠時,可在活塞桿上增加一個導(dǎo)向套 K(見圖 4-1)來增加 H 值。隔套 K 的寬度 。 )21BAHC（ 24 圖 4-1 液壓缸最小導(dǎo)向長度 1 因此:最小導(dǎo)向長度 ，取 H=9cm；7cm2104(20DLH） 導(dǎo)向套滑動面長度 A= c8.6.58 活塞寬度 B= 7m9. 隔套 K 的寬度 3c.1).74(219)21BAC（ 2.導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向套有普通導(dǎo)向套、易拆導(dǎo)向套、球面導(dǎo)向套和靜壓導(dǎo)向套等，可按工作 情況適當(dāng)選擇。 1）普通導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套安裝在支承座或端蓋上，油槽內(nèi)的壓力油起潤滑 作用和張開密封圈唇邊而起密封作用 6。 2）易拆導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套用螺釘或螺紋固定在端蓋上。當(dāng)導(dǎo)向套和密封 圈磨損而需要更換時，不必拆卸端蓋和活塞桿就能進(jìn)行，維修十分方便。它適用 于工作條件惡劣，需經(jīng)常更換導(dǎo)向套和密封圈而又不允許拆卸液壓缸的情況下。 3）球面導(dǎo)向套 這種導(dǎo)向套的外球面與端蓋接觸，當(dāng)活塞桿受一偏心負(fù)載 而引起方向傾斜時，導(dǎo)向套可以自動調(diào)位，使導(dǎo)向套軸線始終與運(yùn)動方向一致， 不產(chǎn)生“憋勁“現(xiàn)象。這樣，不僅保證了活塞桿的順利工作，而且導(dǎo)向套的內(nèi)孔 磨損也比較均勻。 4）靜壓導(dǎo)向套 活塞桿往復(fù)運(yùn)動頻率高、速度快、振動大的液壓缸，可以 采用靜壓導(dǎo)向套。由于活塞桿與導(dǎo)向套之間有壓力油膜，它們之間不存在直接接 觸，而是在壓力油中浮動，所以摩擦因數(shù)小、無磨損、剛性好、能吸收振動、同 軸度高，但制造復(fù)雜，要有專用的靜壓系統(tǒng)。 3.6 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算 在單活塞液壓缸中，有活塞桿通過的端蓋叫端蓋，無活塞桿通過的缸蓋叫缸 25 頭或缸底。端蓋、缸底與缸筒構(gòu)成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強(qiáng)度以承 受液壓力，而且必須具有一定的連接強(qiáng)度。端蓋上有活塞桿導(dǎo)向孔（或裝導(dǎo)向套 的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)的不好 容易損壞。 1.端蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算 端蓋厚 h 為： )-3p(1cpdD 式中 D1螺釘孔分布直徑，cm； P液壓力， ；2kgf/m 密封環(huán)形端面平均直徑，cm；cpd 材料的許用應(yīng)力， 。2f/c 2.缸底的設(shè)計(jì) 缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。 3.端蓋的結(jié)構(gòu) 端蓋在結(jié)構(gòu)上除要解決與缸體的連接與密封外，還必須考慮活塞桿的導(dǎo)向， 密封和防塵等問題 6。缸體端部的連接形式有以下幾種： A焊接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小，使用廣泛。缸體焊接后可能 變形，且內(nèi)缸不易加工。主要用于柱塞式液壓缸。 B螺紋連接（外螺紋、內(nèi)螺紋） 特點(diǎn)是徑向尺寸小，質(zhì)量較小，使用廣泛。 缸體外徑需加工，且應(yīng)與內(nèi)徑同軸；裝卸徐專用工具；安裝時應(yīng)防止密封圈扭曲。 C法蘭連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單，易加工、易裝卸，使用廣泛。徑向尺寸 較大，質(zhì)量比螺紋連接的大。非焊接式法蘭的端部應(yīng)燉粗。 D拉桿連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)通用性好。缸體加工容易，裝卸方便，使用較廣。 外形尺寸大，質(zhì)量大。用于載荷較大的雙作用缸。 E半球連接，它又分為外半環(huán)和內(nèi)半環(huán)兩種。外半環(huán)連接的特點(diǎn)是質(zhì)量比 拉桿連接小，缸體外徑需加工。半環(huán)槽消弱了缸體，為此缸體壁厚應(yīng)加厚。內(nèi)半 環(huán)連接的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小。安裝時端部進(jìn)入缸體較深，密封圈有可能被 進(jìn)油口邊緣擦傷。 F鋼絲連接 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量小。 3.7 缸體長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還 26 需要考慮到兩端端蓋的厚度1。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)經(jīng)的 2030 倍。取系數(shù)為 5,則液壓缸缸體長度：L=5*10cm=50cm。 3.8 緩沖裝置的設(shè)計(jì) 液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動下運(yùn)動時具 有很大的動量。在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入液壓缸的端蓋和缸底部分時，會 引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機(jī)械 撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會嚴(yán)重影響 液壓缸和整個液壓系統(tǒng)的強(qiáng)度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞 及活塞桿等運(yùn)動部件在運(yùn)動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實(shí)現(xiàn)速 度的遞減，直至為零。 當(dāng)液壓缸中活塞活塞運(yùn)動速度在 6m/min 以下時，一般不設(shè)緩沖裝置，而運(yùn) 動速度在 12m/min 以上時，不需設(shè)置緩沖裝置。在該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)中，動力 滑臺的最大速度為 4m/min,因此沒有必要設(shè)計(jì)緩沖裝置。 3.9 排氣裝置 如果排氣裝置設(shè)置不當(dāng)或者沒有設(shè)置排氣裝置，壓力油進(jìn)入液壓缸后，缸內(nèi) 仍會存在空氣 6。由于空氣具有壓縮性和滯后擴(kuò)張性,會造成液壓缸和整個液壓 系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行,影響液壓缸的正常工作。比如液壓導(dǎo)軌磨床在加工 過程中，這不僅會影響被加工表面的光潔程度和精度，而且會損壞砂輪和磨頭等 機(jī)構(gòu)。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，除了防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)外，還必須在液壓 缸上設(shè)置排氣裝置。配氣裝置的位置要合理，由于空氣比壓力油輕，總是向上浮 動，因此水平安裝的液壓缸，其位置應(yīng)設(shè)在缸體兩腔端部的上方；垂直安裝的液 壓缸，應(yīng)設(shè)在端蓋的上方。 一般有整體排氣塞和組合排氣塞兩種。整體排氣塞如圖 4-2（a）所示。 表 4-5 排氣閥（塞）尺寸 6 閥座 閥桿 孔 d c 12dD 1l23l1Ls4dl52L3d4 M 16 6 1 1 6 1 9.2 9 3 2 3 1 1 7 1 0 8 .5 3 4 8 4 6 2 3 M 20 x2 8 1 4 7 2 5.4 1 1 4 3 3 9 2 2 1 3 1 1 4 5 9 4 8 2 8 27 圖 4-2 (a) 整體排氣孔 圖 4-2（b） 組合排氣孔 圖 4-2（c） 整體排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸 由于螺紋與缸筒或端面連接，靠頭部錐面起密封作用。排氣時，擰松螺紋， 缸內(nèi)空氣從錐面空隙中擠出來并經(jīng)過斜孔排除缸外。這種排氣裝置簡單、方便， 但螺紋與錐面密封處同軸度要求較高，否則擰緊排氣塞后不能密封，造成外泄漏。 組合排氣塞如圖 4-2（b）所示，一般由絡(luò)螺塞和錐閥組成。螺塞擰松后，錐閥在 壓力的推動下脫離密封面排出空氣。排氣裝置的零件圖及尺寸圖見 4-2（c）以及 表 4-2（ d） 。 28 圖 4-2（d） 組合排氣閥零件結(jié)構(gòu)尺寸 3.10 密封件的選用 1.對密封件的要求 液壓缸工作中要求達(dá)到零泄漏、摩擦小和耐磨損的要求。在設(shè)計(jì)時，正確地 選擇密封件、導(dǎo)向套（支承環(huán)）和防塵圈的結(jié)構(gòu)形式和材料是很重要的。從現(xiàn)在 密封技術(shù)來分析，液壓缸的活塞和活塞桿及密封、導(dǎo)向套和防塵等應(yīng)作為一個綜 合的密封系統(tǒng)來考慮，具有可靠的密封系統(tǒng)，才能式液壓缸具有良好的工作狀態(tài) 和理想的使用壽命。 在液壓元件中，對液壓缸的密封要求是比較高的，特別是一些特殊材料液壓 缸，如擺動液壓缸等。液壓缸中不僅有靜密封，更多的部位是動密封，而且工作 壓力高，這就要求密封件的密封性能要好，耐磨損，對溫度適應(yīng)范圍大，要求彈 性好，永久變形小，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，摩擦阻力小，容易制造和裝卸，能隨壓 力的升高而提高密封能力和利于自動補(bǔ)償磨損。 密封件一般以斷面形狀分類。有 O 形、U 形、V 形、J 形、L 形和 Y 形等。除 O 形外，其他都屬于唇形密封件。 2.O 形密封圈的選用 液壓缸的靜密封部位主要是活塞內(nèi)孔與活塞桿、支承座外圓與缸筒內(nèi)孔、缸 蓋與缸體端面等處 6。這些部位雖然是靜密封，但因工作由液壓力大，稍有意外， 就會引起過量的內(nèi)漏和外漏。 靜密封部位使用的密封件基本上都是 O 形密封圈。O 形密封圈雖小，確實(shí)一 種精密的橡膠制品，在復(fù)雜使用條件下，具有較好的尺寸穩(wěn)定性和保持自身的性 能。在設(shè)計(jì)選用時，根據(jù)使用條件選擇適宜的材料和尺寸，并采取合理的安裝維 護(hù)措施，才能達(dá)到較滿意的密封效果。 安裝 O 形圈的溝槽有多種形式，如矩形、三角形、V 形、燕尾形、半圓形、 斜底形等，可根據(jù)不同使用條件選擇，不能一概而論。使用最多的溝槽是矩形， 其加工簡便，但容易引起密封圈咬邊、扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。 3.動密封部位密封圈的選用 液壓缸動密封部位主要有活塞與缸筒內(nèi)孔的密封、活塞桿與支承座（導(dǎo)向套） 的密封等。 形密封圈是我國液壓缸行業(yè)使用極其廣泛的往復(fù)運(yùn)動密封圈。它是一種軸、xY 孔互不通用的密封圈。一般，使用壓力低于 16MPa 時，可不用擋圈而單獨(dú)使用。 當(dāng)超過 16MPa 并用于活塞動密封裝置時，應(yīng)使用擋圈，以防止間隙“擠出” 。 29 3.11 防塵圈 防塵圈設(shè)置與活塞桿或柱塞密封外側(cè)，用于防止外界塵埃、沙粒等異物侵入 液壓缸，從而可以防止液壓油被污染導(dǎo)致元件磨損。 1.防塵圈 A 型防塵圈 是一種單唇無骨架橡膠密封圈，適于在 A 型密封結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安 裝，起防塵作用。 B 型防塵密封圈 是一種單唇帶骨架橡膠密封圈，適于在 B 型密封結(jié)構(gòu)形式 內(nèi)安裝，起防塵作用。 C 型防塵圈 是一種雙唇密封橡膠圈，適于在 C 型結(jié)構(gòu)形式內(nèi)安裝，起防塵 和輔助密封的作用。 2.防塵罩 防塵罩采用橡膠或尼龍、帆布等材料制作。在高溫工作時，可用氯丁橡膠， 可在 130以下工作。如果溫度再高時，可用耐火石棉材料。當(dāng)選用防塵伸縮套 時，要注意在高頻率動作時的耐久性，同時注意在高速運(yùn)動時伸縮套透氣孔是否 能及時導(dǎo)入足夠的空氣。但是，安裝伸縮套給液壓缸的裝配調(diào)整會帶來一些困難。 3.12 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)包括液壓缸的安裝結(jié)構(gòu)、液壓缸近處有口的連接等。 1.液壓缸的安裝形式 液壓缸的安裝形式很多，但大致可以分為以下兩類。 1）軸線固定類 這類安裝形式的液壓缸在工作時，軸線位置固定不變。機(jī) 床上的液壓缸絕大多數(shù)是采用這種安裝形式。 A 通用拉桿式。在兩端缸蓋上鉆出通孔，用雙頭螺釘將缸和安裝座連接拉緊。 一般短行程、壓力低的液壓缸。 B 法蘭式。用液壓缸上的法蘭將其固定在機(jī)器上。 C 支座式。將液壓缸頭尾兩端的凸緣與支座固定在一起。支座可置于液壓缸 左右的徑向、切向，也可置于軸向底部的前后端。 2）周線擺動類 液壓缸在往復(fù)運(yùn)動時，由于機(jī)構(gòu)的相互作用使其軸線產(chǎn)生 擺動，達(dá)到調(diào)整位置和方向的要求。安裝這類液壓缸，安裝形式也只能采用使其 能擺動的鉸接方式。工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、翻斗汽車和船舶甲板機(jī)械等所用的液 壓缸多用這類安裝形式。 A 耳軸式。將固定在液壓缸上的鉸軸安裝在機(jī)械的軸座內(nèi)，使液壓缸軸線能 在某個平面內(nèi)自由擺動。 B 耳環(huán)式。將液壓缸的耳環(huán)與機(jī)械上的耳環(huán)用銷軸連接在一起，使液壓缸能 30 在某個平面內(nèi)自由擺動。耳環(huán)在液壓缸的尾部，可以是單耳環(huán)，也可以是雙耳環(huán)， 還可以做成帶關(guān)節(jié)軸承的單耳環(huán)或雙耳環(huán)。 C 球頭式。將液壓缸尾部的球頭與機(jī)械上的球座連接在一起，使液壓缸能在 一定的空間錐角范圍內(nèi)任意擺動。 2.液壓缸油口設(shè)計(jì) 油口孔是壓力油進(jìn)入液壓缸的直接通道，雖然只是一個孔，但不能輕視其作 用 6。如果孔小了，不僅造成進(jìn)油時流量供不應(yīng)求，影響液壓缸的活塞運(yùn)動速度， 而且會造成回油時受阻，形成背壓，影響活塞的退回速度，減少液壓缸的負(fù)載能 力。對液壓缸往復(fù)速度要求較嚴(yán)的設(shè)計(jì)，一定要計(jì)算孔徑的大小。 液壓缸的進(jìn)出油口，可以布置在缸筒和前后端蓋上。對于活塞桿固定的液壓 缸，進(jìn)出油口可以設(shè)在活塞桿端部。如果液壓缸無專用排氣裝置，進(jìn)出油口應(yīng)設(shè) 在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。液壓缸進(jìn)出油口的鏈接形式 有螺紋、方形法蘭和矩形法蘭等。 3.13 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3.13.1 確定液壓泵類型及調(diào)速方式 由于本系統(tǒng)對于運(yùn)動的平穩(wěn)性和切削力的變化沒有特殊要求，出于經(jīng)濟(jì)性價 比考慮，選用單向定量液壓泵供油、調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的開式回路。溢流閥作 定壓閥，回油路上設(shè)置背壓閥，初定背壓值為 0.8MPa。 3.13.2 選用執(zhí)行原件 因液壓缸選用單活塞桿的二位液壓缸 3.13.3 換向回路和壓力回路的選擇 本系統(tǒng)對換向的平穩(wěn)性沒有嚴(yán)格的要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。 因此二位油缸選用三位四通換向閥,三位油缸選用兩位四通換向閥。將溢流閥旁接 在油泵出口調(diào)定和限制剎車制動的最高工作壓力。 3.13.4 組成液壓系統(tǒng)繪原理圖 將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求作必要的修改補(bǔ)充，即組成 如圖 1.1 所示的液壓系統(tǒng)原理圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在回路中裝一個壓力表。 液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的 31 1 2 3 4 5 6 7 8 1 . 油箱 2 . 液壓泵 3 . 順序閥 4 . 單向閥 5 . 換向閥 6 . 蓄能器 7 . 液壓缸 8 . 溢流閥 9 . 溢流閥 9 動作順序如表 1.1 所示。 夾緊工件時，推動換向閥 5 的夾緊手柄，換向閥處于左位。油液經(jīng)液壓泵 2-單向 閥 4-換向閥 5-液壓缸 7 無桿腔，液壓缸缸筒向左移動，同時液壓缸活塞向右移動， 兩邊與缸筒和活塞桿連