液壓夾具-平面銑削自動夾具設計（全套含CAD圖紙）,液壓,夾具,平面,銑削,自動,設計,全套,cad,圖紙 附錄1 外文翻譯 基于事例推理的夾具設計研究與應用 摘要:根據基于事例的設計方法,提出采用工序件的特征信息和夾具的結構特征信息來描述夾具的相似性,并建立了包括這2方面主要特征信息為基礎的事例索引碼,設計了事例庫的結構形式,創(chuàng)建了層次化的事例組織方式;同時,提出了基于知識引導的夾具事例檢索算法,以及事例的修改和采用同族事例碼進行相似事例的存貯,形成了基于事例推理的夾具設計.所開發(fā)的原型系統(tǒng)在型號工程夾具設計等項目的設計過程中得到了應用,并取得了令人滿意的使用效果. 關鍵詞: 基于事例的推理 夾具設計 CAD 夾具是以確定工件安全定位準確為目的的裝置，并在加工過程中保持工件與刀具或機床的位置一致不變。因為夾具的結構依賴于產品的特點和在企業(yè)規(guī)劃中加工工序的地位,所以它的設計是制造過程中的瓶頸,制約著效率的提高. 夾具設計是一個復雜的過程,需要有從大量的設計論文中了解質量知識的經驗，這些設計論文包括工件的結構設計、涉及加工工藝，和加工環(huán)境。當用這些擅長繪制詳細設計圖的傳統(tǒng)的CAD工具（如Unigraphics、CATIA、Pro/E)時,這仍然是一項非常耗時的工作，但是利用以往的設計經驗和資源也不能提供一些益處,而這正是提高效率的關鍵因素. 基于事例推理 (CBR) 的方法適應以往個案解決的辦法,建立一個新問題的方法,主要有以下四步驟:檢索、利用、修改,并保留.這是一個比用專業(yè)系統(tǒng)模仿人類思維有用的使用方法，因為提出一個類似的情況,和采用一些修改,似乎不言自明,而且比人類更直觀.所以支持不同事例的設計工具已經在諸多領域中發(fā)展起來，如在注射成型及設計、建筑設計、模具設計投死, 規(guī)劃過程中,還有夾具設計. 孫用六個數字組成代碼參數,包括工件的形狀、機械部分、軸襯,第一定位裝置,第二定位裝置和夾緊裝置. 但這個系統(tǒng)不能用于除鉆床夾具外的其他夾具類型,不能解決儲存需要保留的同一參數代碼的問題,這在CBR中是非常重要的. 1事例參數和事例圖書館的建立 1.1事例參數 事例參數應該由工件的所有的特征組成，來區(qū)別不同的夾具. 使用他們能夠使操作方便. 因為零件的形狀是多種多樣的, 在生產企業(yè)中制造的技術要求也不斷發(fā)展,許多特征作被用做事例參數將會使搜索速度降低,其主要特征是不重要的,因為分配給每個特征的比重必須減少. 另一方面,事例參數包含所有的特征是困難的。 因此,考慮到實際和快速設計的需求,事例參數要包含工件的主要特征和夾具的結構。事例參數代碼由16位數組成：13位數是事例特征 3位數是事例識別數字。 前13位數代表13個特征。 每個數字與特征的一個屬性相一致,這可能是"*"、"？"、"1"、"2"，…，"A"、"B",…，"Z"，…，等其中的一個。其中，"*"是指任何一個,"?"代表不確定,"0"代表沒有。 系統(tǒng)規(guī)定:夾具的類型，工件的形狀，位置模式不能是"*"和"?"。在設計系統(tǒng)時,三個項目的屬性信息沒有這些選擇,這就意味著必須選擇確定的屬性。 最后三位數是事例識別號碼,如果事例特征的13位數是一樣的,這三個數字就用來區(qū)別他們。 該系統(tǒng)還規(guī)定:"000"是用于修正的一個典型事例,其他事例"001"、"002"、…,這些是用于設計師查找參考事例的. 如果其中一個偶爾需要改變成典型事例,首先它必須要求改成"000",前面的自動變成參考事例. 事例索引碼的結構如圖1所示。 1—夾具類型； 6—工件重量； 11—夾緊模型； 2—工件形狀； 7—工件剛度； 12—夾具體； 3—工件材料； 8—加工內容； 13—其他； 4—批 量； 9—過程所有物； 14到16—事例識別碼； 5—工件比例； 10—定位模型； 圖1 事例索引碼的結構 1.2事例庫 事例庫由許多預定義的事例組成。事例的描述是基于事例推理的最重要的問題之一。所以由索引碼復合。 1.3 事例的層次化 夾具的結構相似被認為是整個夾具，成分和內容相似。所以，整個夾具事例庫，成分事例庫，夾具的成分事例庫形成相同。整個夾具的設計資料通常是由工件資料和工件加工資料組成,這就意味著夾具的設計應滿足特別功能的需求.全部夾具事例是由功能成分組成，它是用功能成分的名字和數字來進行描述的。成分事例代表成員（成分功能和其他結構成分，主要驅動參數，數字，和它們的約束關系）。成分事例（夾具的最低層）是功能成分和和其他成分的結構。在現代夾具設計中有很多參數化準件和普通非標準件。所以成分事例圖書館應記錄特殊參數和保持它們的方法。 2事例修改的策略 在基于事例的夾具設計中，最重要的是相似點的修改，這樣能有助于獲得最相似的事例，以及縮短適應時間。根據夾具設計的需求，事例修改的策略使最接近的事例方法和知識指導結合起來。首先在深度上查找，然后在寬度上；知識指導策略意味著在來自客觀事物根源的知識規(guī)則上查找，這就要首先查找固定類型，然后查找工件的形狀，第三查找定位方法。例如，如果事例索引碼包括夾具類型的磨削夾具，就只查找所有的磨削夾具，然后查找工件形狀的盒子，第三查找一個平面兩個銷的定位方法。如果沒有合適的，就查找深度標點，然后回到最上層，然后再找所有與寬度相關的事例。 修改方法： 1） 根據夾具事例庫的事例索引信息，查找有關事例庫。 2） 將事例索引碼與事例庫的每個事例碼匹配，然后計算相似尺寸的價值。 3） 整理相似尺寸的次序，最大的架子是最類似的事例。 兩個事例之間的相似點是基于兩個事例特征之間的相似點。相似點尺寸的計算依靠特征的類型。相似點的價值可以通過數字化的價值來計算，例如比較重量分別是50kg 和 20kg的工件。非數字化的價值也能計算，例如，現在前13位索引碼都是非數字化的價值。一個夾具的相似尺寸的計算公式如下： 其中S表示通用夾具的相似尺寸，n表示索引特性數，表示每個特性的重量，表示事例庫中特性和相關夾具的特性的相似尺寸。同時， ，數值計算如下： 其中表示第i個特征的索引特性值，表示事例庫中第j個事例的第i個特征的特性值。 所以有兩種方法選擇相似夾具。一個方法是建立數值。如果通用事例的相似尺寸值比給定的數值小，這些事例就不能選來作相似事例。事例庫最初建立的時候，只有一些事例，數值可以建小一點。如果有大量的相似事例，數值就應該建的大一些。另外一個方法是只建立相似事例的數字（例如10），這是類型單里相似尺寸的最大值。 3 事例的修改和存儲 3.1事例的修改 夾具設計中相似事例的修改包括以下三個階段： 1） 成分的替代 2） 保持形式不變，調整成分的特性 3） 模型重新設計 如果夾具的成分是普通的物品，它們能通過使用工具被修改，代替以及刪除，這些已經被設計好了。 3.2事例的存儲 在將一個新的事例保存到事例庫之前，設計者必須考慮保存是否有價值。如果這個事例不能增加系統(tǒng)的知識，就沒有必要把它保存到事例庫里。如果它有價值的話，設計者在保存之前必須分析一下，看看這個事例是否作為標準事例或參考事例被存儲了。一個標準事例是一個描述同族事例主要特征的標準。一個同族事例是有事例庫中索引碼前13位相同而最后三位不同的那些事例組成的。一個標準事例的最后三位通常是“000”。一個參考事例屬于同族標準事例，最后三位用不同數字區(qū)分。 從被解釋的概念中，可采用以下方法： 1）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族一致，和一個存在的標準事例的前13位數相同，那么這個事例就不能存儲因為已經這種標準事例了。或者只能作為一個參考事例保存（最后三位不是“000”，而且和其它的不一樣）在事例庫中。 2）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族一致，并且被認為代替這個事例族要比以前的標準事例好，那么這個標準事例就被這個新的事例代替，以前的標準事例作為一個參考事例保存。 3）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族不一致，一個新的事例族將會自動產生，并作為標準事例保存到事例庫中。 4夾具設計中基于事例推理的過程 根據夾具設計的特性，夾具設計的基本信息，例如夾具的名字，零件，生產和設計者等等，必須先輸入。然后，輸入或設計工件的模型。輸入有關工件的細節(jié)信息，建立事例索引碼，然后CBR開始依靠相似尺寸查找相似事例，選出最相似的事例。如果需要的話，事例要滿足通用性設計，再存儲到事例庫中。程序流程圖如圖2所示 圖2 基于事例推理的夾具設計流程圖 5基于事例推理的夾具設計說明 這是一個工件如圖3所示。材料是45鋼，底座，形狀為塊狀，生產批量為中批等。需要設計成一個用來旋轉孔的旋轉夾具。 圖3 需要設計夾具的一個工件 （最大尺寸80mmx49mmx22mm） 工件的特征值，屬性值，事例索引碼和重量在表1中列出。 表1 工件的事例索引碼和重量 特征名稱 特性值 索引碼 重量 夾具類型 車床夾具 1 100 工件形狀 塊狀 9 90 工件材料 中碳鋼 3 70 批量 中批 2 60 工件比例 小 5 60 工件重量 輕 5 60 工件剛度 硬度強 1 60 加工內容 孔 3 80 程序要求 完成加工 3 70 定位方法 三個平面 1 100 夾緊方法 不確定 ？ 90 夾具體 復合 4 80 其他 沒有 0 60 通過查找和計算相似點，最相似的事例的事例索引碼是19325513321402000，細節(jié)信息在表2中列出。 表2 最相似事例的事例索引碼 特征名稱 特性值 索引碼 夾具類型 車床夾具 1 工件形狀 塊狀 9 工件材料 中碳鋼 3 批量 中批 2 工件比例 小 5 工件重量 輕 5 工件剛度 硬度強 1 加工內容 孔 3 程序要求 完成加工 3 定位方法 三個平面 1 夾緊方法 不確定 ？ 夾具體 復合 4 其他 沒有 0 相似點的計算如下： 所以夾具的相似尺寸值是0.806，這是在事例庫中用于設計的最相似的事例，最相似的事例的結構如圖4所示 圖4 最相似的夾具 當成分替代，修改定位模型和夾緊模型，以及調節(jié)相關尺寸之后，新的夾具被設計出來，圖形如圖6所示 圖5 需要設計的新夾具 因為在事例庫中沒有相似夾具，新夾具被儲存到事例庫中。事例索引碼是19325523311402000。 6 結論 基于事例推理，作為一個問題解決的方法，是一個比模仿人類思想的專業(yè)系統(tǒng)更有效的方法，已經在很多難獲取知識的領域里得到發(fā)展?；谑吕评淼膬?yōu)點如下：它和人類的思想很相似；一個事例庫通過保存新事例獲得自學能力，它比有慣例庫更快更容易，它可以更好的傳遞和解釋新的知識，這和慣例庫有很大的不同?；谑吕评碇刑岢龅囊粋€夾具設計的框架已經被實行了，使用的是支持基礎數據的VC++，UG電腦繪圖軟件。這個框架也已經和普通成分庫和典型夾具庫結合起來。這個發(fā)展的標準系統(tǒng)，用于航空項目，幫助夾具設計者提高設計效率和重新使用先前的設計資源。 9 畢業(yè)設計（論文）任務書 本科 2010 級 機械工程 系 機械工程及自動化 專業(yè) 班 設計（論文）題目 平面銑削自動夾具設計 學生姓名 學號 起訖日期 2014.02-2014.06 設計地點 機電系明德樓 指導教師 職稱 2013年 11月 16日 1.畢業(yè)設計（論文）的目的： 通過液壓銑削夾具的設計，實踐機械裝置功能分析、設計、計算和繪圖的全過程， 綜合訓練機械繪圖、設計、計算、校核等機械產品和系統(tǒng)設計的全過程。 2.畢業(yè)設計（論文）任務的內容和要求： 設計以液壓力為動力源的平面銑削夾具，設計其定位、夾緊方案，滿足平面銑削 的加工要求，設計夾具結構，分析定位誤差，繪制夾具系統(tǒng)的裝配圖，設計夾具液壓系統(tǒng)原理圖，設計計算其主要參數。 3.主要參考文獻： 1) 《機械原理》 2) 《機械設計手冊》 3) 《夾具設計手冊》 4.畢業(yè)設計（論文）進度計劃： 起訖日期 工作內容 系（部）審核意見： 主任簽名 年 月 日 5. 指導教師工作日記： 日期 工作內容（指導和檢查記錄、學生表現評語、課題進度建議，等等） 指導教師簽字 1 畢 業(yè) 設 計 題 目 平面銑削自動夾具設計 所屬系部 機械工程系 所屬專業(yè) 機械設計與制造 所屬班級 學 號 學生姓名 指導教師 日 期 I 摘 要 本論文主要闡述了液壓夾具的設計,液壓技術是機械設備中發(fā)展速度最快的技術之 一。特別是近年可與微電子、計算機技術相結合、使液壓技術進入了一個新的發(fā)展階 段。目前，已廣泛應用在工業(yè)各領域。由于近年來微電子、計算機技術的發(fā)展，液壓 元器件制造技術的進一步提高，使液壓技術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和優(yōu)勢。然后 分析工件加工工序和加工特點，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； 確定夾具結構，確定夾緊機構（液壓夾緊）方案；分析液壓系統(tǒng)工作過程，設計 其功能；設計液壓系統(tǒng)原理圖；設計計算液壓系統(tǒng)主要參數，即液壓泵工作壓力、 流量，電動機功率，溢流閥、順序閥等的調定壓力值等。 關鍵詞：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 5 1.3 液壓夾具的特點和優(yōu)勢 6 第 2 章 夾具結構設計9 2.1 分析加工工序和加工特點，確定夾具功能 9 2.2 確定夾具結構，確定夾緊機構（液壓夾緊）方案 10 2.3 設計夾具裝配圖 13 2.4 誤差分析與計算 13 2.5 對刀塊設計與選用 14 2.6 確定夾具體結構尺寸和總體結構 15 2.7 夾具設計及操作的簡要說明 16 第 3 章 液壓夾緊系統(tǒng)設計17 3.1 分析液壓系統(tǒng)工作過程，設計其功能 17 3.2 液壓缸設計 19 3.2.1 液壓缸設計計算 19 3.2.2 液壓缸工作壓力設定 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 活塞的設計 22 3.4 液壓缸缸蓋設計 22 3.5 導向套的設計與計算 23 3.6 端蓋和缸底的設計與計算 24 3.7 缸體長度的確定 25 3.8 緩沖裝置的設計 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構 29 3.13 液壓系統(tǒng)方案設計 30 3.13.1 確定液壓泵類型及調速方式 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 電動機的選擇 33 4.3 閥類元件及輔助元件 34 4.4 油箱的容積計算 34 第 5 章 液壓系統(tǒng)性能的運算34 5.1 壓力損失和調定壓力的確定 34 5.2 油液溫升的計算 36 5.3 散熱量的計算 37 結論和展望37 參考文獻39 致謝40 5 第 1 章 緒論 1.1 液壓系統(tǒng)工作原理 當前，液壓技術在實現高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經久耐用、 高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善比例控制、數字控制等 技術上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計、計算 機仿真和優(yōu)化以及微機控制等開發(fā)性工作方面，日益顯示出顯著的成績。從 17 世紀中葉巴斯卡提出靜壓傳遞原理、18 世紀末英國制成世界上第一臺水壓機算起， 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中葉 以后的事，至于它和微電子技術密切結合，得以在盡可能小的空間內傳遞出盡可 能大的功率并加以精確控制，更是近 10 年內出現的新事物。 我國的液壓工業(yè)開始于本世紀 50 年代，其產品最初只用于機床和鍛壓設備， 后來才用到拖拉機和工程機械上。自 1964 年從國外引進一些液壓元件生產技術、 同時進行自行設計液壓產品以來，我國的液壓件生產已從低壓到高壓形成系列， 并在各種機械設備上得到了廣泛的使用。80 年代起更加速了對西方先進液壓產品 和技術的有計劃引進、消化、吸收和國產化工作，以確保我國的液壓技術能在產 品質量、經濟效益、人才培訓、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：液壓泵由電動機帶動旋轉后， 從油箱中吸油。油液經濾油器進入液壓泵，當它從泵中輸出進入壓力管后，將換 向閥手柄、開停手柄方向往內的狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進入液壓 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)流閥調節(jié)的，液 壓泵輸出的多余的油液須經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 液壓傳動有以下一些優(yōu)點： 1）在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產生出更多的動力，因為 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，結構緊湊。液壓馬達的體積和重量只有同等功率電動 機的 12%左右。 2）液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應快，液壓裝置 易于實現快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實現往復回轉 運動時可達 500 次/min，實現往復直線運動時可達 1000 次/min。 3）液壓裝置能在大范圍內實現無級調速（調速范圍可達 2000） ，它還 可以在運行的過程中進行調速。 4）液壓傳動易于自動化，這是因為它對液體壓力、流量或流動方向易 于進行調節(jié)或控制的緣故。當將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結合 起來使用時，整個傳動裝置能實現很復雜的順序動作，接受遠程控制。 5）液壓裝置易于實現過載保護。液壓缸和液壓馬達都能長期在失速狀 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）由于液壓元件已實現了標準化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設計、 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動性。 7）用液壓傳動來實現直線運動遠比用機械傳動簡單。 液壓傳動的缺點是： 1）液壓傳動不能保證嚴格的傳動化，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的能源。 6）液壓傳動出現故障時不易找出原因。 1.3 液壓夾具的特點和優(yōu)勢 夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應用于機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。 在現代生產中，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、 勞動生產率和產品的制造成本等，幫機床夾具設計在企業(yè)的產品設計和制造以及 生產技術準備中占有極其重要的地位。機床夾具設計是一項重要的技術工作。液 壓夾具就是以液壓為動力驅動的夾具。機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 基準面與夾具定位元件面接觸或配合實現的。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 機床夾具的特殊功能主要是對刀和導向。 （1）對刀 調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 引導其進行鉆削。導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，可以快速準確地確定工件與機床、刀具之間的相互位置， 工件的位置精度由夾具保證，不受工人技術水平的影響，其加工精度高而且穩(wěn)定。 提高生產率、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，并采用高效夾緊機構，這些 因素均有利于提高勞動生產率與安全性。另外，采用夾具后，產品質量穩(wěn)定，廢 品率下降，排除批次性?？梢园才偶夹g等級較低的工人，有效地降低了生產成本。 擴大機床的工藝范圍 使用專用液壓夾具可以改變原機床的用途和擴大機床的使用范圍，實現一機多能。 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)揮通用機床的作用，在加工中 心有效地行程范圍內有效地擴大了加工零件的數量。 減輕工人的勞動強度 用夾具裝夾工件方便、安全、快速，當采用氣動，液壓等夾緊裝置時，可減輕工 人的勞動強度。 8 9 第 2 章 夾具結構設計 2.1 分析加工工序和加工特點，確定夾具功能 要求設計銑端面工序用的銑床夾具根據工藝規(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計原理: （1）、六點定位原理 當工件在不受任何條件約束時，其位置是任意的不確定的。設工件為一理想的鋼 體，并以一個空間直角坐標作為參照來觀察鋼體的位置變動。由理論力學可知， 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 三個坐標軸的移 動和繞著這三個坐標軸的轉動，如圖所示。用 X、Y、Z 和 X、Y、Z 分別表示沿三 個坐標軸的移動和繞著這三個坐標軸轉動的自由度。 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，就是要限制工件 的自由度。在夾具中，用分別適當的與工件接觸的六個支撐點，來限制工件六個 自由度的原理，稱為六點定位原理。 （2）、應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，在生產中應用很 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（重復定位） 3 幾個定位支撐點重復限制一個自由度，稱為過定位。 A、一般情況下，應該避免使用過定位。 通常，過定位的結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）產生變形，所以在一般情況下，過定位是應該避免的。 B、過定位亦可合理應用 雖然工件在夾具中定位，通常要避免產生“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，是提高加工質量和生產率的有效措施，生產中 常有應用。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 定位基準和機床（夾具）有關的形位誤差從嚴控制，過定位的弊端就可以免除。 由于工件的支撐剛性得以加強，扶持有助于實現穩(wěn)定，可靠的定位，所以工件安 裝方便，加工質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 確定夾具結構，確定夾緊機構（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）中間傳力機構：將原動力以一定的大小和方向傳遞給夾緊元件的機構。 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，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生過大的夾緊變形。 3）操作安全、省力。 4）結構應盡量簡單，便于制造，便于維修。 典型夾緊機構 1斜楔夾緊機構 11 斜楔是夾緊機構中最為基本的一種形式，它是利用斜面移動時所產生的力來夾緊 工件的，常用于氣動和液壓夾具中。在手動夾緊中，斜楔往往和其他機構聯(lián)合使 用。 斜楔夾緊機構的缺點是夾緊行程小，手動操作不方便。斜楔夾緊機構常用在氣動、 液壓夾緊裝置中，此時斜楔夾緊機構不需要自鎖。 2螺旋夾緊機構 采用螺旋裝置直接夾緊或與其他元件組合實現夾緊的機構，統(tǒng)稱螺旋夾緊機構。 螺旋夾緊機構結構簡單，容易制造。由于螺旋升角小，螺旋夾緊機構的自鎖性能 好，夾緊力和夾緊行程都較大，在手動夾具上應用較多。螺旋夾緊機構可以看作 是繞在圓柱表面上的斜面，將它展開就相當于一個斜楔。 3偏心夾緊機構 偏心夾緊機構是斜楔夾緊機構的一種變型，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，圓偏心夾緊機構具 有結構簡單，夾緊迅速等優(yōu)點；但它的夾緊行程小，增力倍數小，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用。 4定心夾緊機構 定心夾緊機構能夠在實現定心作用的同時，又起著將工件夾緊的作用。定心夾緊 機構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鉸鏈夾緊機構 鉸鏈夾緊機構是一種增力裝置，它具有增力倍數較大、摩擦損失較小的優(yōu)點，廣 泛應用于氣動夾具中。 6聯(lián)動夾緊機構 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)動夾緊機構是一種高效夾緊機構，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實施夾緊，或同時夾緊若干個工件。 夾緊的動力裝置 在大批大量生產中，為提高生產率、降低工人勞動強度，大多數夾具都采用機動 夾緊裝置。驅動方式有氣動、液動、氣液聯(lián)合驅動，電（磁）驅動，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構夾緊工件。常用的油缸結構有 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、擺動式和回轉式三種，按工作方式 分類有單向作用和雙向作用兩種，應用最廣泛的是雙作用固定式油缸。 2液壓夾緊裝置 液壓夾緊裝置的結構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 工作介質是壓力油。與液壓夾緊裝置相比，液壓夾緊具有以下優(yōu)點： 傳動力大，夾具結構相對比較?。? 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置專門的液壓系統(tǒng)，應用范圍受限制。 根據本課題工件的結構特點，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。 設計一套液壓銑削夾具，加工圖中工件（雙點劃線）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 液壓缸左腔進油時，活塞和缸筒分別向兩側移動，各鉸鏈和連桿運動，使壓 板頭向下壓緊工件；液壓缸右腔進油時，活塞和缸筒都向內移動，壓板頭抬起松 開工件。 2.3 設計夾具裝配圖 由零件圖可知：利用底面等為粗定位基準來設計夾具，從而保證其尺寸公差要求。 據夾具手冊知定位基準應盡可能與工序基準重合，在同一工件的各道工序中，應盡 量采用同一定位基準進行加工。因此我們應該根據零件圖的技術要求，從保證零件的加工精 度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此零件圖沒有較高的技術要求，也沒有較高的平行度和對 稱度要求，所以我們應考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，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，來設計本 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，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。 2.5 對刀塊設計與選用 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的做 用，因為對刀塊都有標準的互相垂直的面，這樣就可以比較快捷準確的來確 認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。根據參考文對刀塊 圖 3.9 對刀塊 塞尺選用平塞尺，其結構如圖所示： 15 圖 3.10 平塞尺(GB2244-80) 2.6 確定夾具體結構尺寸和總體結構 夾具體設計的基本要求 （1）應有適當的精度和尺寸穩(wěn)定性 夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面、安裝對刀塊或導向元件的表面 以及夾具體的安裝基面，應有適當的尺寸精度和形狀精度，它們之間應有適當的位 置精度。 為使夾具體的尺寸保持穩(wěn)定，鑄造夾具體要進行時效處理，焊接和鍛造夾具體 要進行退火處理。 （2）應有足夠的強度和剛度 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生不允許的變 形和振動，夾具體應有足夠的壁厚，剛性不足處可適當增設加強筋。 （3）應有良好的結構工藝性和使用性 夾具體一般外形尺寸較大，結構比較復雜，而且各表面間的相互位置精度要求 高，因此應特別注意其結構工藝性，應做到裝卸工件方便，夾具維修方便。在滿足 剛度和強度的前提下，應盡量能減輕重量，縮小體積，力求簡單。 （4）應便于排除切屑 在機械加工過程中，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生不多的情況，可適當加大 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生 較多的情況，一般應在夾具體上設置排屑槽。 （5）在機床上的安裝應穩(wěn)定可靠 夾具在機床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機床上的相應表面的接觸 或配合實現的。當夾具在機床工作臺上安裝時，夾具的重心應盡量低，支承面積應 足夠大，安裝基面應有較高的配合精度，保證安裝穩(wěn)定可靠。夾具底部一般應中空， 大型夾具還應設置吊環(huán)或起重孔。 16 確定夾具體的結構尺寸，然后繪制夾具總圖。詳見繪制的夾具裝配圖。 2.7 夾具設計及操作的簡要說明 如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動生產率避免干涉。應使夾具結構 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，因而在設計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。定位鍵的結構尺寸已標準化，應按銑床工作臺的 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，可在同側設置兩個耳座， 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，還要調整銑刀 對夾具的相對位置，以便于進行定距加工。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，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，其結構尺寸已標準化。各種對刀塊的結構，可以根據工件的具體加 工要求進行選擇。 由于銑削時切削力較大，振動也大，夾具體應有足夠的強度和剛度，還應盡 可能降低夾具的重心，工件待加工表面應盡可能靠近工作臺，以提高夾具的穩(wěn)定 性，通常夾具體的高寬比 H/B11.25 為宜。 經過方案的認真分析和比較，選用了液壓夾緊方式。這類夾緊機構結構簡單、 夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。 此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現磨損，以及零件尺寸變化時，影響 定位、夾緊的可靠。為防止此現象，選用可換定位銷。以便隨時根據情況進行調 整換取。 17 第 3 章 液壓夾緊系統(tǒng)設計 3.1 分析液壓系統(tǒng)工作過程，設計其功能 查閱機械加工手冊，查找應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??； 當刀具材料為高速鋼時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算公式 式(2)為端銑刀加工灰鑄鐵的切削力計算公式 式中： 銑削的背吃刀量，端銑時為切削深度，Pa m 銑削的側吃刀量，端銑時為加工表面寬度，e 每齒進給量，Zf Zm 銑刀直徑 ，0d 銑刀齒數 端銑刀加工不同材料時的銑削系數 FC 碳鋼：82.4 可鍛鑄鐵：50 灰鑄鐵：50 青銅：37.5 鎂合金：18 當刀具材料為硬質合金時，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 銑刀轉速 nrp 根據機械加工工藝手冊可查得： 銑削力計算公式為 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 銑削加工產生的水平分力應由夾緊力產生的摩擦力平衡。 即： （ ）L 查 表 可 得.0 8.92630FN 19 計算出的理論夾緊力 F 再乘以安全系數 k 既為實際所需夾緊力 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 液壓缸設計 3.2.1 液壓缸設計計算 液壓缸主要參數包括，公稱壓力，活塞桿徑，行程，缸體內徑等。 3.2.2 液壓缸工作壓力設定 由于液壓虎鉗系統(tǒng)屬于小型的液壓系統(tǒng)，設定工作負荷為 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)工作壓力由設備類型，載荷大小，結構要求和技術水平而定。系統(tǒng)工作 壓力高，省材料，結構緊湊，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，缸的結構就緊湊，但液壓元件的性能及密封要求要相應提高；工作壓力 p 取的越低，活塞的有效面積 A 就越大，缸的結構尺寸就越大，要使工作機構得 到同樣的速度就要求有較大的流量，這樣使有關的泵、閥等液壓元件的規(guī)格相應 增大，有可能導致液壓系統(tǒng)的龐大。因此，液壓缸的工作壓力常采用類比法或通 過試驗確定。設計時，液壓缸的工作壓力可根據負載大小和設備的類型，選擇工 作壓力： 表 1 各類液壓設備常用的工作壓力 機床 設備類型 組合機床 龍門刨床 拉床 農業(yè)機械或中型 工程機械 液壓機、重型機械、 起重運輸機 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)設備屬于小型系統(tǒng)，體積小，結構緊湊，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。 計算出液壓缸的內徑 D 通過調查可知系統(tǒng)在取工作壓力為 2MPa。 由最大負載按公式 F=P A 計算液壓缸面積. A= 2260.1024mNPF 其中: F 缸的最大外負載 F=4000N P油缸工作壓力 P=2MPa A油缸無桿腔的有效面積； 液壓缸內徑 D= A4 21 =49.8mm 表 4.1 液壓缸內徑系列 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，考慮安全因素結合具體情況，取標準值 D=50mm 1.液壓缸缸體厚度計算 缸體是液壓缸中最重要的零件，當液壓缸的工作壓力較高和缸體內經較大時， 必須進行強度校核。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， 實驗壓力，MPa。當液壓缸額定壓力 Pn 5.1MPa 時，Py=1.5Pn，Py 當 Pn 16MPa 時，Py=1.25Pn。 缸筒材料許用應力，N/mm 。 = ， 為材料的抗拉強度。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，則抗拉強度： b=600MPa 安全系數 n 按液壓傳動與控制手冊P243 表 210，取 n=5。 則許用應力 = =120MPab 2DPy = .501 =0.78125mm 液壓缸厚度取 5mm。 則液壓缸缸體外徑為 60mm。 計算活塞桿直徑 d 5. 活塞桿直徑的設計 查液壓傳動與控制手冊根據桿徑比 d/D，一般的選取原則是：當活塞桿 22 受拉時，一般選取 d/D=0.3-0.5，當活塞桿受壓時，一般選取 d/D=0.5-0.7。本 設計我選擇 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 由于課題沒設定工作具體要求。結合具體實際和國家相關標準，選擇活塞桿直徑 d 為 d=30mm 按國標可圓整為標準直徑 d=30mm D液壓缸缸筒直徑 d液壓缸活塞桿直徑 2.活塞桿強度計算： <30mm （4-6440.798.81Fm 4） 式中 許用應力； （Q235 鋼的抗拉強度為 MPa8054nb 375-500MPa，取 400MPa，為位安全系數取 5，即活塞桿的強度適中） 3.3 活塞的設計 由于活塞在液壓力的作用下沿缸筒往復滑動，因此，它與缸筒的配合應適當， 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，會引起液壓缸內部泄露， 降低容積效率，使液壓缸達不到要求的設計性能。 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 小，安裝空間?。?、Y 形密封圈（用在 20Mpa 壓力下、往復運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 液壓缸缸蓋設計 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。當缸體本身優(yōu)勢活塞桿的導向套時，缸蓋最好選用鑄鐵。同時，應在 導向表面上熔堆黃銅、青銅或其他耐磨材料。也可以在缸蓋中壓入導向套。 3.5 導向套的設計與計算 1.最小導向長度 H 的確定 當活塞桿全部伸出時，從活塞支承面中點到到導向套滑動面中點的距離 稱為最小導向長度1。如果導向長度過短，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，在設計時必須保證液壓缸有一定的 最小導向長度。根據經驗,當液壓缸最大行程為 L,缸筒直徑為 D 時,最小導向長度 為: 20 LH （4-5） 一般導向套滑動面的長度 A，在缸徑小于 80mm 時取 A=(0.61.0)D，當缸徑 大于 80mm 時取 A=(0.61.0)d.?；钊麑挾?B 取 B=(0.61.0)D。若導向長度 H 不 夠時,可在活塞桿上增加一個導向套 K(見圖 4-1)來增加 H 值。隔套 K 的寬度 。 )21BAHC（ 24 圖 4-1 液壓缸最小導向長度 1 因此:最小導向長度 ，取 H=9cm；7cm2104(20DLH） 導向套滑動面長度 A= c8.6.58 活塞寬度 B= 7m9. 隔套 K 的寬度 3c.1).74(219)21BAC（ 2.導向套的結構 導向套有普通導向套、易拆導向套、球面導向套和靜壓導向套等，可按工作 情況適當選擇。 1）普通導向套 這種導向套安裝在支承座或端蓋上，油槽內的壓力油起潤滑 作用和張開密封圈唇邊而起密封作用 6。 2）易拆導向套 這種導向套用螺釘或螺紋固定在端蓋上。當導向套和密封 圈磨損而需要更換時，不必拆卸端蓋和活塞桿就能進行，維修十分方便。它適用 于工作條件惡劣，需經常更換導向套和密封圈而又不允許拆卸液壓缸的情況下。 3）球面導向套 這種導向套的外球面與端蓋接觸，當活塞桿受一偏心負載 而引起方向傾斜時，導向套可以自動調位，使導向套軸線始終與運動方向一致， 不產生“憋勁“現象。這樣，不僅保證了活塞桿的順利工作，而且導向套的內孔 磨損也比較均勻。 4）靜壓導向套 活塞桿往復運動頻率高、速度快、振動大的液壓缸，可以 采用靜壓導向套。由于活塞桿與導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，所以摩擦因數小、無磨損、剛性好、能吸收振動、同 軸度高，但制造復雜，要有專用的靜壓系統(tǒng)。 3.6 端蓋和缸底的設計與計算 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、缸底與缸筒構成密封的壓力容腔，它不僅要有足夠的強度以承 受液壓力，而且必須具有一定的連接強度。端蓋上有活塞桿導向孔（或裝導向套 的孔）及防塵圈、密封圈槽，還有連接螺釘孔，受力情況比較復雜，設計的不好 容易損壞。 1.端蓋的設計計算 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 材料的許用應力， 。2f/c 2.缸底的設計 缸底分平底缸，橢圓缸底，半球形缸底。 3.端蓋的結構 端蓋在結構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 特點是結構簡單，尺寸小，質量小，使用廣泛。缸體焊接后可能 變形，且內缸不易加工。主要用于柱塞式液壓缸。 B螺紋連接（外螺紋、內螺紋） 特點是徑向尺寸小，質量較小，使用廣泛。 缸體外徑需加工，且應與內徑同軸；裝卸徐專用工具；安裝時應防止密封圈扭曲。 C法蘭連接 特點是結構較簡單，易加工、易裝卸，使用廣泛。徑向尺寸 較大，質量比螺紋連接的大。非焊接式法蘭的端部應燉粗。 D拉桿連接 特點是結構通用性好。缸體加工容易，裝卸方便，使用較廣。 外形尺寸大，質量大。用于載荷較大的雙作用缸。 E半球連接，它又分為外半環(huán)和內半環(huán)兩種。外半環(huán)連接的特點是質量比 拉桿連接小，缸體外徑需加工。半環(huán)槽消弱了缸體，為此缸體壁厚應加厚。內半 環(huán)連接的特點是結構緊湊，質量小。安裝時端部進入缸體較深，密封圈有可能被 進油口邊緣擦傷。 F鋼絲連接 特點是結構簡單，尺寸小，質量小。 3.7 缸體長度的確定 液壓缸缸體內部長度應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大于缸體內經的 2030 倍。取系數為 5,則液壓缸缸體長度：L=5*10cm=50cm。 3.8 緩沖裝置的設計 液壓缸的活塞桿（或柱塞桿）具有一定的質量，在液壓力的驅動下運動時具 有很大的動量。在它們的行程終端，當桿頭進入液壓缸的端蓋和缸底部分時，會 引起機械碰撞，產生很大的沖擊和噪聲。采用緩沖裝置，就是為了避免這種機械 撞擊，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會嚴重影響 液壓缸和整個液壓系統(tǒng)的強度及正常工作。緩沖裝置可以防止和減少液壓缸活塞 及活塞桿等運動部件在運動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實現速 度的遞減，直至為零。 當液壓缸中活塞活塞運動速度在 6m/min 以下時，一般不設緩沖裝置，而運 動速度在 12m/min 以上時，不需設置緩沖裝置。在該組合機床液壓系統(tǒng)中，動力 滑臺的最大速度為 4m/min,因此沒有必要設計緩沖裝置。 3.9 排氣裝置 如果排氣裝置設置不當或者沒有設置排氣裝置，壓力油進入液壓缸后，缸內 仍會存在空氣 6。由于空氣具有壓縮性和滯后擴張性,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 機構。為了避免這種現象的發(fā)生，除了防止空氣進入液壓系統(tǒng)外，還必須在液壓 缸上設置排氣裝置。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，其位置應設在缸體兩腔端部的上方；垂直安裝的液 壓缸，應設在端蓋的上方。 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） 整體排氣閥零件結構尺寸 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， 缸內空氣從錐面空隙中擠出來并經過斜孔排除缸外。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） 組合排氣閥零件結構尺寸 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到零泄漏、摩擦小和耐磨損的要求。在設計時，正確地 選擇密封件、導向套（支承環(huán)）和防塵圈的結構形式和材料是很重要的。從現在 密封技術來分析，液壓缸的活塞和活塞桿及密封、導向套和防塵等應作為一個綜 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，對溫度適應范圍大，要求彈 性好，永久變形小，有適當的機械強度，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孔與活塞桿、支承座外圓與缸筒內孔、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，確實一 種精密的橡膠制品，在復雜使用條件下，具有較好的尺寸穩(wěn)定性和保持自身的性 能。在設計選用時，根據使用條件選擇適宜的材料和尺寸，并采取合理的安裝維 護措施，才能達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、扭轉等現象。 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孔的密封、活塞桿與支承座（導向套） 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運動密封圈。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，可不用擋圈而單獨使用。 當超過 16MPa 并用于活塞動密封裝置時，應使用擋圈，以防止間隙“擠出” 。 29 3.11 防塵圈 防塵圈設置與活塞桿或柱塞密封外側，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 型密封結構形式內安 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 型密封結構形式 內安裝，起防塵作用。 C 型防塵圈 是一種雙唇密封橡膠圈，適于在 C 型結構形式內安裝，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，同時注意在高速運動時伸縮套透氣孔是否 能及時導入足夠的空氣。但是，安裝伸縮套給液壓缸的裝配調整會帶來一些困難。 3.12 液壓缸的安裝連接結構 液壓缸的安裝連接結構包括液壓缸的安裝結構、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 床上的液壓缸絕大多數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 液壓缸在往復運動時，由于機構的相互作用使其軸線產生 擺動，達到調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。工程機械、農用機械、翻斗汽車和船舶甲板機械等所用的液 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械的軸座內，使液壓缸軸線能 在某個平面內自由擺動。 B 耳環(huán)式。將液壓缸的耳環(huán)與機械上的耳環(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任意擺動。 2.液壓缸油口設計 油口孔是壓力油進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，不僅造成進油時流量供不應求，影響液壓缸的活塞運動速度， 而且會造成回油時受阻，形成背壓，影響活塞的退回速度，減少液壓缸的負載能 力。對液壓缸往復速度要求較嚴的設計，一定要計算孔徑的大小。 液壓缸的進出油口，可以布置在缸筒和前后端蓋上。對于活塞桿固定的液壓 缸，進出油口可以設在活塞桿端部。如果液壓缸無專用排氣裝置，進出油口應設 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)方案設計 3.13.1 確定液壓泵類型及調速方式 由于本系統(tǒng)對于運動的平穩(wěn)性和切削力的變化沒有特殊要求，出于經濟性價 比考慮，選用單向定量液壓泵供油、調速閥進油節(jié)流調速的開式回路。溢流閥作 定壓閥，回油路上設置背壓閥，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行組合，并根據要求作必要的修改補充，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