平面銑削自動夾具設(shè)計(jì)【液壓夾緊】,液壓夾緊,平面,銑削,自動,夾具,設(shè)計(jì),液壓,夾緊 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 本科 2010 級 機(jī)械工程 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè) 班 設(shè)計(jì)（論文）題目 平面銑削自動夾具設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)號 起訖日期 2014.02-2014.06 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 機(jī)電系明德樓 指導(dǎo)教師 職稱 2013年 11月 16日 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的目的： 通過液壓銑削夾具的設(shè)計(jì)，實(shí)踐機(jī)械裝置功能分析、設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖的全過程， 綜合訓(xùn)練機(jī)械繪圖、設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核等機(jī)械產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過程。 2.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)的內(nèi)容和要求： 設(shè)計(jì)以液壓力為動力源的平面銑削夾具，設(shè)計(jì)其定位、夾緊方案，滿足平面銑削 的加工要求，設(shè)計(jì)夾具結(jié)構(gòu)，分析定位誤差，繪制夾具系統(tǒng)的裝配圖，設(shè)計(jì)夾具液壓系統(tǒng)原理圖，設(shè)計(jì)計(jì)算其主要參數(shù)。 3.主要參考文獻(xiàn)： 1) 《機(jī)械原理》 2) 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》 3) 《夾具設(shè)計(jì)手冊》 4.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃： 起訖日期 工作內(nèi)容 系（部）審核意見： 主任簽名 年 月 日 5. 指導(dǎo)教師工作日記： 日期 工作內(nèi)容（指導(dǎo)和檢查記錄、學(xué)生表現(xiàn)評語、課題進(jìn)度建議，等等） 指導(dǎo)教師簽字 開題報(bào)告 系（部）： 專業(yè)班級： 姓名 學(xué)號 指導(dǎo) 教師 職稱 學(xué)歷 課題名稱 平面銑削自動夾具設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）類型（劃√） 工程設(shè)計(jì) 應(yīng)用研究 開發(fā)研究 基礎(chǔ)研究 其他 √ 一、 本課題的研究目的和意義： 1.研究的目的：通過液壓銑削夾具的設(shè)計(jì)，實(shí)踐機(jī)械裝置功能分析、設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖的全過程， 綜合訓(xùn)練機(jī)械繪圖、設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核等機(jī)械產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過程。 平面銑削自動夾具設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)之前，要具備機(jī)械制圖、公差與技術(shù)測量、機(jī)械原理及零件、Auto CAD、Pro/E軟件等方面必要的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識。初步了解平面銑床的工作過程，對平面銑削自動夾具的實(shí)際應(yīng)用的了解，并延伸至關(guān)于銑削機(jī)床等方面的相關(guān)知識。 2. 銑床夾具主要用于加工零件上的平面、凹槽、花鍵及各種成型面，是最常用的夾具之一。主要由定位裝置、夾緊裝置、夾具體、連接元件、對刀元件組成。銑削加工時(shí)，切削力較大，又是斷續(xù)切削，振動較大，因此銑床夾具的夾緊力要求較大，夾具剛度、強(qiáng)度要求都比較高。本課題要求設(shè)計(jì)平面銑削自動夾具，通過對平面銑削自動夾具設(shè)計(jì)確定吊架的組成結(jié)構(gòu)。通過課題讓我們能夠了解平面銑削自動夾具的相關(guān)應(yīng)用，通過本次設(shè)計(jì)學(xué)會對設(shè)計(jì)所需資料的檢索與整合以及對已有資料的充分合理的使用，該設(shè)計(jì)類課題是對學(xué)生理論學(xué)習(xí)水平的實(shí)踐和檢驗(yàn)，培養(yǎng)綜合分析和解決專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨(dú)立工作能力；樹立規(guī)范的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維；掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法。加強(qiáng)工程軟件的運(yùn)用以及綜合能力的鍛煉，可對以后從事類似的工作有一定的指導(dǎo)性和實(shí)踐性意義。 二、 文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）： 1.國內(nèi)機(jī)床夾具發(fā)展歷史 我國國內(nèi)的夾具始于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)建立了面向機(jī)械行業(yè)的天津組合夾具廠，和 面向航空工業(yè)的保定向陽機(jī)械廠，以后又建立了數(shù)個(gè)生產(chǎn)組合夾具元件的工廠。在當(dāng)時(shí)曾達(dá) 到全國年產(chǎn)組合夾具元件800萬件的水平。20世紀(jì)80年代以后，兩廠又各白獨(dú)立開發(fā)了適合 NC機(jī)床、加工中心的孔系組合夾具系統(tǒng)，不僅滿足了我國國內(nèi)的需求，還出口到美國等國家。 當(dāng)前我國每年尚需進(jìn)口不少NC機(jī)床、加上中心，而由國外配套孔系夾具，價(jià)格非常昂貴，現(xiàn) 大都由國內(nèi)配套，節(jié)約了大量外匯。 2.國外機(jī)床夾具發(fā)展歷史 從國際上看俄國、德國和美國是組合夾具的主要生產(chǎn)國。當(dāng)前國際上的夾具企業(yè)均為中 小企業(yè)，專用夾具、可調(diào)整夾具主要接受本地區(qū)和國內(nèi)訂貨，而通用性強(qiáng)的組合夾具已逐步 成熟為國際貿(mào)易中的一個(gè)品種。有關(guān)夾具和組合夾具的產(chǎn)值和貿(mào)易額尚缺乏統(tǒng)計(jì)資料，但歐 美市場上一套用于加工中心的夾具，通常為機(jī)床價(jià)格的1110$到1115$，而組合夾具的大型 基礎(chǔ)件尤其昂貴。由于我國在組合夾具技術(shù)上有歷史的積累和性能價(jià)格比的優(yōu)勢，隨著我國 加入WTO和制造業(yè)全球一體化的趨勢，特別是電子商務(wù)的日益發(fā)展，其中蘊(yùn)藏著很大的商機(jī)， 具有進(jìn)一步擴(kuò)大出口良好前景。 3.國內(nèi)外機(jī)床夾具發(fā)展現(xiàn)狀 國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計(jì)表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù) 的85%左右。現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場的需求與競爭 然而，一般企業(yè)都仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠，里 約擁有數(shù)干甚至近萬套專用夾具；另一方而，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3-4年就要更新 50-80%左右專用夾具，而夾具的實(shí)際磨損量僅為10-20%左右。特別是近年來，數(shù)控機(jī)床、 加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對機(jī)床夾具提出了如下新 的要求： (1)能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本； (2)能裝夾一組具有相似性特征的上件； (3)能適用于精密加上的高精度機(jī)床夾具； (4)能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具； (5)采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進(jìn)一步減輕勞動強(qiáng)度和提高勞動生產(chǎn) (6)提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。 三、 本課題的主要研究內(nèi)容（提綱）和成果形式： 內(nèi)容： 設(shè)計(jì)以液壓力為動力源的平面銑削夾具，設(shè)計(jì)其定位、夾緊方案，滿足平面銑削的加工要求，設(shè)計(jì)夾具結(jié)構(gòu)，分析定位誤差，繪制夾具系統(tǒng)的裝配圖，設(shè)計(jì)夾具液壓系統(tǒng)原理圖，設(shè)計(jì)計(jì)算其主要參數(shù)。 成果形式： 1. 通過Auto CAD建模繪制所需零件并組裝成所設(shè)計(jì)的夾具。 2. 繪制相關(guān)圖紙及撰寫相關(guān)論文。 四、 擬解決的關(guān)鍵問題： 1.夾具的定位和夾緊方案； 2.計(jì)算定位誤差以保障滿足加工精度要求； 3.設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)夾緊功能提高安裝效率； 4.計(jì)算液壓系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)。 五、 研究思路、方法和步驟： 1.收集相關(guān)資料，并對相關(guān)理論知識進(jìn)行復(fù)習(xí)。 2. 設(shè)計(jì)液壓夾具，滿足加工要求，確定定位、夾緊方案，分析定位誤差，繪制夾具裝配圖；設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)原理圖，計(jì)算系統(tǒng)主要參數(shù)。 3.對CAD圖紙進(jìn)行想象分析，理解夾具的大致結(jié)構(gòu)。（Auto CAD軟件） 4.手工繪制裝配圖和零件圖。 5.編寫說明書和設(shè)計(jì)論文報(bào)告。 六、 本課題的進(jìn)度安排： 1.5 -3.25 完成對夾具的加工要求，確定定位、夾緊方案，分析定位誤差，繪制夾具裝配圖；設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)原理圖，計(jì)算系統(tǒng)主要參數(shù)的設(shè)計(jì) 3.25-4.10 完成夾具的CAD繪圖設(shè)計(jì) 4.10-4.25 完成夾具的CAD總裝圖 4.25-5.10 撰寫，修改論文；打印論文 5.10-5.20 論文送審、展示、答辯 七、 參考文獻(xiàn)： [l]孫麗媛. 機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2010. [2]張金生等. 機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995. [3]王啟平. 機(jī)械制造工藝學(xué)(第5版)[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999. [4]薛順源等. 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M]. 北京機(jī)械工業(yè)出版社，2001. [5]趙良才等. 計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2003. [6]張亞明. 機(jī)床夾具的分類與構(gòu)成[J]. 科技資訊. 2008， [7]王先逵編著．機(jī)械制造工藝學(xué)（上下冊）[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1989. [8]任家隆，李菊麗，張冰蔚主編. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M. ]北京：高等教育出版社，2009. [9]李德慶，吳錫英編著. 計(jì)算機(jī)輔助制造[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1992. [10]趙志修主著. 機(jī)械制造工藝學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985. 八、 指導(dǎo)老師意見： 指導(dǎo)老師（簽名）： 年 月 日 九、 系（部）意見： 系（部）主任（簽名）： 年 月 日 注：本表可續(xù)頁 華僑大學(xué)廈門工學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目：平面銑削自動夾具設(shè)計(jì) 姓 名： 朱文昌 學(xué) 號： 1001103042 系 別： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì) 年 級： 2010 級 指導(dǎo)教師： 劉曉梅 2014 年 05 月 13 日 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的。文中引用他人研究 成果的部分已在標(biāo)注中說明；其他同志對本設(shè)計(jì)（論文）的啟發(fā)和貢獻(xiàn)均已 在謝辭中體現(xiàn)；其它內(nèi)容及成果為本人獨(dú)立完成。特此聲明。 論文作者簽名： 日期： 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解華僑大學(xué)廈門工學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即： 學(xué)院有權(quán)保留送交論文的印刷本、復(fù)印件和電子版本，允許論文被查閱和借 閱；學(xué)院可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印、數(shù)字化或 其他復(fù)制手段保存論文。保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定。 論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： I 平面銑削自動夾具設(shè)計(jì) 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(gè)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，說明液壓夾具的特點(diǎn)。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 Automatic face milling fixture design 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 平面銑削自動夾具設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????I 摘 要 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????I ABSTRACT????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????II 目 錄 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????III 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)???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 2.1 分析加工工序和加工特點(diǎn)，確定夾具功能 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 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 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????12 2.5 對刀塊設(shè)計(jì)與選用 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 第 3 章 液壓夾緊系統(tǒng)設(shè)計(jì)?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14 3.2 液壓缸設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 3.2.1 液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 3.2.2 液壓缸工作壓力設(shè)定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 3.2.3 確定系統(tǒng)工作壓力 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 3.2.4 確定液壓缸的尺寸 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????17 3.3 活塞的設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 3.4 液壓缸缸蓋設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????20 3.5 導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21 3.6 端蓋和缸底的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23 3.7 缸體長度的確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24 3.8 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24 3.8.1 確定液壓泵類型及調(diào)速方式 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24 3.8.2 選用執(zhí)行原件 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24 3.8.3 換向回路和壓力回路的選擇 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24 3.8.4 組成液壓系統(tǒng)繪原理圖 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24 3.8.5 負(fù)載圖與速度圖的繪制 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25 IV 第 4 章 液壓元件的選擇?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????26 4.1 液壓泵的選擇 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????26 4.2 電動機(jī)的選擇 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????26 4.3 閥類元件及輔助元件 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27 4.4 油箱的容積計(jì)算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27 第 5 章 液壓系統(tǒng)性能的運(yùn)算?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29 5.1 壓力損失和調(diào)定壓力的確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????29 5.2 油液溫升的計(jì)算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30 結(jié)論和展望???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32 參考文獻(xiàn)???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33 致謝???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34 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(shí)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(gè)方面全方位地趕上世界水平。 液壓夾具就是用液壓元件代替機(jī)械零件實(shí)現(xiàn)對工件的自動定位、支承與夾緊 的夾具。通過把選用的液壓元件和設(shè)計(jì)的機(jī)械部分裝配在一起，就可以得到所需 要的夾具。液壓夾具能保證工件在規(guī)定的位置上準(zhǔn)確的定位和牢固的夾緊，并能 通過浮動支撐減少加工中的振動和變形，還能利用自動控制壓板的壓緊和抬起在 加工中讓開夾緊位置。液壓夾具既能在粗加工時(shí)承受大的切削力，也能保證在精 密加工時(shí)的準(zhǔn)確定位，還能完成手動夾具無法完成的支撐、夾緊和快速釋放。 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 30~40 倍。在同等的功率下，液 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(shí)可達(dá) 500 次/min，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動時(shí)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 6 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(shí)，整個(gè)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(shí)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(jià) 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(shí)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。 （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(shí)，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。 7 （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(shí)（裝卸工件的時(shí)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。可以安排技術(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(shí)，可減輕工 人的勞動強(qiáng)度。 8 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。 圖 2-1 被加工工序表面及尺寸 工件的定位: 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(shí)，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(gè)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(gè)自由度，即沿著 X、Y、Z 三個(gè)坐標(biāo)軸的移 動和繞著這三個(gè)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(gè)坐標(biāo)軸的移動和繞著這三個(gè)坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動的自由度。 六個(gè)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(gè)支撐點(diǎn)，來限制工件六個(gè) 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(gè)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(shí)，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(gè)支撐點(diǎn)的定位稱為部分定位。 9 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(gè)自由度。 過定位（重復(fù)定位）○ 3 幾個(gè)定位支撐點(diǎn)重復(fù)限制一個(gè)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(shí)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(gè)“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 本工序需要加工圖中工件（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 Φ80 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 82±0.1mm?？梢圆捎貌煌耆ㄎ唬磧H需要限制 ,如圖 2-2(a)所示，但實(shí)際上，對工件的下部矩形部分夾緊的同時(shí)也可以ZXY ?? 約束其自由度，即實(shí)際約束 ,如圖 2-2（b）所示。,XYZ ?? (a) (b) 圖 2-2 工件定位和夾緊方案 3 3 2 10 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) 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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)，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) 11 圖 2－3 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 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(gè)操作手柄或一個(gè)動力裝置， 對一個(gè)工件的多個(gè)夾緊點(diǎn)實(shí)施夾緊，或同時(shí)夾緊若干個(gè)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)： ① 傳動力大，夾具結(jié)構(gòu)相對比較??； ② 油液不可壓縮，夾緊可靠，工作平穩(wěn)； ③ 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(gè)凸臺，這樣可以利用 下部臺階來夾緊。 12 圖 2－4 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 Φ80 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 82±0.1mm。 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。 13 圖 2－5 液壓銑削夾具裝配圖 液壓缸左腔進(jìn)油時(shí)，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(shí)，活塞和缸筒都向內(nèi)移動，壓板頭抬起松 開工件。 2.4 誤差分析與計(jì)算 本工序所采用的定位基準(zhǔn)為工件下平面，該平面同時(shí)也是工件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)， 因此設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)重合，沒有基準(zhǔn)不重合誤差。定位基準(zhǔn)面與夾具的支撐 板接觸，也不存在位置在加工尺寸方向的變動，所以也沒有基準(zhǔn)位移誤差。因此， 該定位方案的定位誤差為零，可以滿足加工精度要求。 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(gè)基準(zhǔn)的做用，因 為對刀塊都有標(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 14 圖 2－6 對刀塊 塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖 2-7 平塞尺(GB2244-80) 15 第 3 章 液壓夾緊系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 液壓系統(tǒng)分析 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(shí)端銑加工的圓周切削力： (1)1..08.95.01. eZpFCadfa????N (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(shí)為切削深度，Pa m ——銑削的側(cè)吃刀量，端銑時(shí)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(shí)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(shí)，不同材料端銑加工的圓周切削力為： 碳鋼： 2.0.3.10.75.0.1682.9????nZdafFepC ??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 n??rm 銑削功率： 9502? ?ndFTPCCkW 式中： ——銑刀圓周切削力 F??N ——銑刀直徑 0dm 16 —— 銑刀轉(zhuǎn)速 n??rpm 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： 0dm35m?zaf/2.0? p06.1Fzk 代入得 0.9.741..81528zF????? = .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/?ELF 6.0/?EVF53.0/?ExF 81.8.9L N??? ..66VE 053.531.xF? 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?? 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=1.3' 1.329640?? 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 P＝2MPa. P1:液壓缸工作壓力 17 σs：屈服極限 3.2.3 確定系統(tǒng)工作壓力 表 3-1 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(shí)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 Pmax≤1.5PN 即 Pmax≤2.5Mpa 3.2.4 確定液壓缸的尺寸 ①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 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(shí)，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(shí)，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 3-2 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 3-3 液壓缸推力與工作壓力之間的關(guān)系 18 液壓缸力 F/KN ＜5 5~10 10~20 20~30 30~50 ＞50 工作壓力 p/MPa 0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5~7 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(shí)， 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。 ②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= =49.8mm 表 3-4 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(shí)， 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。][2??DPy? 式中， ——實(shí)驗(yàn)壓力，MPa。當(dāng)液壓缸額定壓力 Pn 5.1MPa 時(shí)，Py=1.5Pn，Py ? ?A4 19 當(dāng) Pn 16MPa 時(shí)，Py=1.25Pn。? [ ]——缸筒材料許用應(yīng)力，N/mm 。[ ]= ， 為材料的抗拉強(qiáng)度。?2?n b 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： σb=600MPa 安全系數(shù) n 按《液壓傳動與控制手冊》P243 表 2—10，取 n=5。 則許用應(yīng)力[ ]= =120MPa? bσ ][2??DPy? = .501? =0.78125mm 液壓缸厚度取 5mm。 則液壓缸缸體外徑為 60mm。 ③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 受拉時(shí)，一般選取 d/D=0.3-0.5，當(dāng)活塞桿受壓時(shí)，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=0.6×50=30mm。 表 3-5 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 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 20 2.活塞桿強(qiáng)度計(jì)算： <30mm （4-4） 6440d.798.[]81Fm?????? 式中 ———許用應(yīng)力； （Q235 鋼的抗拉強(qiáng)度為][ MPa054n][b?? 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?。?、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。 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(shí)，缸蓋最好選用鑄鐵。同時(shí)，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。 21 圖 3-1 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(shí)，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(shí)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(shí),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(shí)取 A=(0.6~1.0)D，當(dāng)缸徑 大于 80mm 時(shí)取 A=(0.6~1.0)d.?；钊麑挾?B 取 B=(0.6~1.0)D。若導(dǎo)向長度 H 不 夠時(shí),可在活塞桿上增加一個(gè)導(dǎo)向套 K(見圖 4-1)來增加 H 值。隔套 K 的寬度 。 )21BAHC???（ 22 圖 4-1 液壓缸最小導(dǎo)向長度 因此:最小導(dǎo)向長度 ，取 H=9cm； 7cm2104(20????DLH） 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)]2.74(19[)21???????BAC（ 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(shí)，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(shí)，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 23 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 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(1??cpdD? 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(shí)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，