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液压夹紧
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夹具
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平面铣削自动夹具设计【液压夹紧】,液压夹紧,平面,铣削,自动,夹具,设计,液压,夹紧
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毕业设计（论文）任务书本科 2010 级 机械工程 系 机械工程及自动化 专业 班设计（论文）题目 平面铣削自动夹具设计 学生姓名 学号 起讫日期 2014.02-2014.06 设计地点 机电系明德楼 指导教师 职称 2013年 11月 16日 1.毕业设计（论文）的目的：通过液压铣削夹具的设计，实践机械装置功能分析、设计、计算和绘图的全过程， 综合训练机械绘图、设计、计算、校核等机械产品和系统设计的全过程。2.毕业设计（论文）任务的内容和要求：设计以液压力为动力源的平面铣削夹具，设计其定位、夹紧方案，满足平面铣削的加工要求，设计夹具结构，分析定位误差，绘制夹具系统的装配图，设计夹具液压系统原理图，设计计算其主要参数。3.主要参考文献：1) 机械原理2) 机械设计手册3) 夹具设计手册4.毕业设计（论文）进度计划：起讫日期工作内容系（部）审核意见： 主任签名 年 月 日5. 指导教师工作日记： 日期工作内容（指导和检查记录、学生表现评语、课题进度建议，等等）指导教师签字开题报告系（部）： 专业班级： 姓名学号指导教师职称学历课题名称平面铣削自动夹具设计毕业设计（论文）类型（划）工程设计应用研究开发研究基础研究其他一、 本课题的研究目的和意义：1.研究的目的：通过液压铣削夹具的设计，实践机械装置功能分析、设计、计算和绘图的全过程， 综合训练机械绘图、设计、计算、校核等机械产品和系统设计的全过程。平面铣削自动夹具设计在设计之前，要具备机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、Auto CAD、Pro/E软件等方面必要的基础知识和专业知识。初步了解平面铣床的工作过程，对平面铣削自动夹具的实际应用的了解，并延伸至关于铣削机床等方面的相关知识。2. 铣床夹具主要用于加工零件上的平面、凹槽、花键及各种成型面，是最常用的夹具之一。主要由定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件、对刀元件组成。铣削加工时，切削力较大，又是断续切削，振动较大，因此铣床夹具的夹紧力要求较大，夹具刚度、强度要求都比较高。本课题要求设计平面铣削自动夹具，通过对平面铣削自动夹具设计确定吊架的组成结构。通过课题让我们能够了解平面铣削自动夹具的相关应用，通过本次设计学会对设计所需资料的检索与整合以及对已有资料的充分合理的使用，该设计类课题是对学生理论学习水平的实践和检验，培养综合分析和解决专业的一般工程技术问题的独立工作能力；树立规范的设计思想，设计构思和创新思维；掌握工程设计的一般程序规范和方法。加强工程软件的运用以及综合能力的锻炼，可对以后从事类似的工作有一定的指导性和实践性意义。二、 文献综述（国内外研究情况及其发展）：1.国内机床夹具发展历史 我国国内的夹具始于20世纪60年代，当时建立了面向机械行业的天津组合夹具厂，和面向航空工业的保定向阳机械厂，以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。在当时曾达到全国年产组合夹具元件800万件的水平。20世纪80年代以后，两厂又各白独立开发了适合NC机床、加工中心的孔系组合夹具系统，不仅满足了我国国内的需求，还出口到美国等国家。当前我国每年尚需进口不少NC机床、加上中心，而由国外配套孔系夹具，价格非常昂贵，现大都由国内配套，节约了大量外汇。2.国外机床夹具发展历史 从国际上看俄国、德国和美国是组合夹具的主要生产国。当前国际上的夹具企业均为中小企业，专用夹具、可调整夹具主要接受本地区和国内订货，而通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中的一个品种。有关夹具和组合夹具的产值和贸易额尚缺乏统计资料，但欧美市场上一套用于加工中心的夹具，通常为机床价格的1110$到1115$，而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。由于我国在组合夹具技术上有历史的积累和性能价格比的优势，随着我国加入WTO和制造业全球一体化的趋势，特别是电子商务的日益发展，其中蕴藏着很大的商机，具有进一步扩大出口良好前景。3.国内外机床夹具发展现状 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂，里约拥有数干甚至近万套专用夹具；另一方而，在多品种生产的企业中，每隔3-4年就要更新50-80%左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10-20%左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求： (1)能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本； (2)能装夹一组具有相似性特征的上件； (3)能适用于精密加上的高精度机床夹具； (4)能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；(5)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产(6)提高机床夹具的标准化程度。三、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：内容：设计以液压力为动力源的平面铣削夹具，设计其定位、夹紧方案，满足平面铣削的加工要求，设计夹具结构，分析定位误差，绘制夹具系统的装配图，设计夹具液压系统原理图，设计计算其主要参数。成果形式：1. 通过Auto CAD建模绘制所需零件并组装成所设计的夹具。2. 绘制相关图纸及撰写相关论文。四、 拟解决的关键问题：1.夹具的定位和夹紧方案；2.计算定位误差以保障满足加工精度要求；3.设计液压系统以实现夹紧功能提高安装效率；4.计算液压系统相关参数。五、 研究思路、方法和步骤：1.收集相关资料，并对相关理论知识进行复习。2. 设计液压夹具，满足加工要求，确定定位、夹紧方案，分析定位误差，绘制夹具装配图；设计液压系统原理图，计算系统主要参数。3.对CAD图纸进行想象分析，理解夹具的大致结构。（Auto CAD软件）4.手工绘制装配图和零件图。5.编写说明书和设计论文报告。六、 本课题的进度安排：1.5 -3.25 完成对夹具的加工要求，确定定位、夹紧方案，分析定位误差，绘制夹具装配图；设计液压系统原理图，计算系统主要参数的设计3.25-4.10 完成夹具的CAD绘图设计4.10-4.25 完成夹具的CAD总装图4.25-5.10 撰写，修改论文；打印论文5.10-5.20 论文送审、展示、答辩七、 参考文献：l孙丽媛. 机械制造工艺及专用夹具设计指导M. 北京：冶金工业出版社，2010.2张金生等. 机械制造工艺与夹具设计指导M. 北京：机械工业出版社，1995.3王启平. 机械制造工艺学(第5版)M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999.4薛顺源等. 机床夹具设计M. 北京机械工业出版社，2001.5赵良才等. 计算机辅助工艺过程设计M. 北京: 机械工业出版社，2003.6张亚明. 机床夹具的分类与构成J. 科技资讯. 2008，7王先逵编著机械制造工艺学（上下册）M. 北京：清华大学出版社，1989.8任家隆，李菊丽，张冰蔚主编. 机械制造技术基础M. 北京：高等教育出版社，2009.9李德庆，吴锡英编著. 计算机辅助制造M. 北京：清华大学出版社，1992.10赵志修主著. 机械制造工艺学M. 北京：机械工业出版社，1985.八、 指导老师意见： 指导老师（签名）：年 月 日九、 系（部）意见： 系（部）主任（签名）：年 月 日注：本表可续页华侨大学厦门工学院本科生毕业设计（论文）本科生毕业设计（论文）题 目：平面铣削自动夹具设计姓 名： 朱文昌 学 号： 1001103042 系 别： 机械工程系 专 业： 机械设计 年 级： 2010 级 指导教师： 刘晓梅 2014年 05 月 13 日独创性声明独创性声明本毕业设计（论文）是我个人在导师指导下完成的。文中引用他人研究成果的部分已在标注中说明；其他同志对本设计（论文）的启发和贡献均已在谢辞中体现；其它内容及成果为本人独立完成。特此声明。论文作者签名： 日期： 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明本人完全了解华侨大学厦门工学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅；学院可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后应遵守此规定。论文作者签名： 指导教师签名： 日期： I平面铣削自动夹具设计平面铣削自动夹具设计摘摘 要要本论文主要阐述了液压夹具的设计,液压技术是机械设备中发展速度最快的技术之一。特别是近年可与微电子、计算机技术相结合、使液压技术进入了一个新的发展阶段。目前，已广泛应用在工业各领域。由于近年来微电子、计算机技术的发展，液压元器件制造技术的进一步提高，使液压技术不仅在作为一种基本的传统形式上占有重要地位而且以优良的静态、动态性能成为一种重要的控制手段。本文首先介绍液压系统工作原理，说明液压夹具的特点。然后分析工件加工工序和加工特点，确定夹具功能, 分析工件的定位和夹紧要求，确定定位方案和夹紧方案；分析工件的定位和夹紧要求，确定定位方案和夹紧方案；确定夹具结构，确定夹紧机构（液压夹紧）方案；分析液压系统工作过程，设计其功能；设计液压系统原理图；设计计算液压系统主要参数，即液压泵工作压力、流量，电动机功率，溢流阀、顺序阀等的调定压力值等。关键词关键词：液压系统，液压夹紧，液压缸，液压夹具IIAutomatic face milling fixture designAbstractAbstractThis 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 fixtureIII目 录平面铣削自动夹具设计平面铣削自动夹具设计I摘摘 要要IABSTRACTABSTRACTII目 录III1.1 液压系统工作原理 51.2 液压系统的优缺点 51.3 液压夹具的特点和优势6第 2 章 夹具结构设计82.1 分析加工工序和加工特点，确定夹具功能 82.2 确定夹具结构，确定夹紧机构（液压夹紧）方案102.3 设计夹具装配图122.5 对刀块设计与选用 13第 3 章 液压夹紧系统设计143.2 液压缸设计163.2.1 液压缸设计计算163.2.2 液压缸工作压力设定163.2.3 确定系统工作压力163.2.4 确定液压缸的尺寸173.3 活塞的设计 193.4 液压缸缸盖设计203.5 导向套的设计与计算 213.6 端盖和缸底的设计与计算 233.7 缸体长度的确定 243.8 液压系统方案设计243.8.1 确定液压泵类型及调速方式243.8.2 选用执行原件243.8.3 换向回路和压力回路的选择243.8.4 组成液压系统绘原理图243.8.5 负载图与速度图的绘制25IV第 4 章 液压元件的选择264.1 液压泵的选择264.2 电动机的选择264.3 阀类元件及辅助元件 274.4 油箱的容积计算27第 5 章 液压系统性能的运算295.1 压力损失和调定压力的确定 295.2 油液温升的计算 30结论和展望32参考文献33致谢345第 1 章 绪论1.1 液压系统工作原理当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，日益显示出显著的成绩。从 17世纪中叶巴斯卡提出静压传递原理、18 世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，也已有二三百年历史了。近代液压传动在工业上的真正推广使用只是本世纪中叶以后的事，至于它和微电子技术密切结合，得以在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并加以精确控制，更是近 10 年内出现的新事物。我国的液压工业开始于本世纪 50 年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。自 1964 年从国外引进一些液压元件生产技术、同时进行自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已从低压到高压形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。80 年代起更加速了对西方先进液压产品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、人才培训、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。液压夹具就是用液压元件代替机械零件实现对工件的自动定位、支承与夹紧的夹具。通过把选用的液压元件和设计的机械部分装配在一起，就可以得到所需要的夹具。液压夹具能保证工件在规定的位置上准确的定位和牢固的夹紧，并能通过浮动支撑减少加工中的振动和变形，还能利用自动控制压板的压紧和抬起在加工中让开夹紧位置。液压夹具既能在粗加工时承受大的切削力，也能保证在精密加工时的准确定位，还能完成手动夹具无法完成的支撑、夹紧和快速释放。1.2 液压系统的优缺点液压传动有以下一些优点：1）在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力，因为液压系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大出 3040 倍。在同等的功率下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率电动机的 12%左右。2）液压装置工作比较平稳。由于重量轻、惯性小、反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达 500 次/min，实现往复直线运动时可达 1000 次/min。3）液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达 2000） ，它还可以在运行的过程中进行调速。4）液压传动易于自动化，这是因为它对液体压力、流量或流动方向易6于进行调节或控制的缘故。当将液压控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作，接受远程控制。5）液压装置易于实现过载保护。液压缸和液压马达都能长期在失速状态下工作而不会过热，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。液压件能自行润滑，使用寿命较长。6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。液压元件的排列布置也具有较大的机动性。7）用液压传动来实现直线运动远比用机械传动简单。液压传动的缺点是：1）液压传动不能保证严格的传动化，这是由液压油液的可压缩性和泄漏等原因造成的。2）液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失等） ，长距离传动时更是如此。3）液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。4）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价较贵，而且对油液的污染比较敏感。5）液压传动要求有单独的能源。6）液压传动出现故障时不易找出原因。1.3 液压夹具的特点和优势夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在现代生产中，夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，帮机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。液压夹具就是以液压为动力驱动的夹具。机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。（1）定位 确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。（2）夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。夹具的特殊功能机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。7（1）对刀 调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。（2）导向 如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。液压夹具有如下的一些优势：保证加工精度 采用液压夹具安装定位，可以快速准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。 提高生产率、降低成本 用液压夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少了辅助工时（装卸工件的时间） ；用液压夹具装夹工件提高了工件的刚性，因此 可加大切削用量；可以使用多件、多工位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率与安全性。另外，采用夹具后，产品质量稳定，废 品率下降，排除批次性。可以安排技术等级较低的工人，有效地降低了生产成本。 扩大机床的工艺范围 使用专用液压夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；通过专用夹具还可将车床改为拉床使用，以充分发挥通用机床的作用，在加工中心有效地行程范围内有效地扩大了加工零件的数量。 减轻工人的劳动强度 用夹具装夹工件方便、安全、快速，当采用气动，液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度。 8第 2 章 夹具结构设计2.1 分析加工工序和加工特点，确定夹具功能要求设计铣端面工序用的铣床夹具根据工艺规程，在铣端面之前其它各表面均已加工好。图 2-1 被加工工序表面及尺寸工件的定位:下面具体阐述一下夹具的设计原理:（1）六点定位原理当工件在不受任何条件约束时，其位置是任意的不确定的。设工件为一理想的钢体，并以一个空间直角坐标作为参照来观察钢体的位置变动。由理论力学可知，在空间处于自由状态的钢体，具有六个自由度，即沿着 X、Y、Z 三个坐标轴的移动和绕着这三个坐标轴的转动，如图所示。用 X、Y、Z 和 X、Y、Z 分别表示沿三个坐标轴的移动和绕着这三个坐标轴转动的自由度。六个自由度是工件在空间位置不确定的最高程度。定位的任务，就是要限制工件的自由度。在夹具中，用分别适当的与工件接触的六个支撑点，来限制工件六个自由度的原理，称为六点定位原理。（2） 、应用定位原理几种情况完全定位 1工件的六个自由度全部被限制，它在夹具中只有唯一的位置，称为完全定位。部分定位 2工件定位时，并非所有情况下都必须使工件完全定位。在满足加工要求的条件下，少于六个支撑点的定位称为部分定位。9在满足加工要求的前提下，采用部分定位可简化定位装置，在生产中应用很多。如工件装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度。过定位（重复定位） 3几个定位支撑点重复限制一个自由度，称为过定位。A、一般情况下，应该避免使用过定位。通常，过定位的结果将使工件的定位精度受到影响，定位不确定可使工件（或定位件）产生变形，所以在一般情况下，过定位是应该避免的。B、过定位亦可合理应用虽然工件在夹具中定位，通常要避免产生“过定位” ，但是在某些条件下，合理地采用“过定位” ，反而可以获得良好的效果。这对刚性弱而精度高的航空、仪表类工件更为显著。工件本身刚性和支承刚性的加强，是提高加工质量和生产率的有效措施，生产中常有应用。大家都熟知车削长轴时的安装情况，长轴工件的一端装入三爪卡盘中，另一端用尾架尖支撑。这就是个“过定位”的定位方式。只要事先能对工件上诸定位基准和机床（夹具）有关的形位误差从严控制，过定位的弊端就可以免除。由于工件的支撑刚性得以加强，扶持有助于实现稳定，可靠的定位，所以工件安装方便，加工质量和效率也大为提高。（3）确定要限制的自由度本工序需要加工图中工件（双点划线）的上平面，工件材料铸铁，下部为100*100*12 的方形，上方为 80 的外圆柱面，要求铣削上平面后，保证工件高度由毛坯的 85mm 加工到 820.1mm。可以采用不完全定位，即仅需要限制,如图 2-2(a)所示，但实际上，对工件的下部矩形部分夹紧的同时也可以,Z X Y 约束其自由度，即实际约束,如图 2-2（b）所示。, , ,X Y Z X Y (a) (b)图 2-2 工件定位和夹紧方案332102.2 确定夹具结构，确定夹紧机构（液压夹紧）方案1夹紧装置的组成工件在夹具中正确定位后，由夹紧装置将工件夹紧。夹紧装置的组成有： 1）动力装置：产生夹紧动力的装置。 2）夹紧元件：直接用于夹紧工件的元件。 3）中间传力机构：将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。2对夹紧装置的要求1）夹紧过程不得破坏工件在夹具中占有的定位位置。2）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件表面或使工件产生过大的夹紧变形。3）操作安全、省力。4）结构应尽量简单，便于制造，便于维修。典型夹紧机构1斜楔夹紧机构斜楔是夹紧机构中最为基本的一种形式，它是利用斜面移动时所产生的力来夹紧工件的，常用于气动和液压夹具中。在手动夹紧中，斜楔往往和其他机构联合使用。斜楔夹紧机构的缺点是夹紧行程小，手动操作不方便。斜楔夹紧机构常用在气动、液压夹紧装置中，此时斜楔夹紧机构不需要自锁。2螺旋夹紧机构采用螺旋装置直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧的机构，统称螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构结构简单，容易制造。由于螺旋升角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，在手动夹具上应用较多。螺旋夹紧机构可以看作是绕在圆柱表面上的斜面，将它展开就相当于一个斜楔。3偏心夹紧机构偏心夹紧机构是斜楔夹紧机构的一种变型，它是通过偏心轮直接夹紧工件或与其他元件组合夹紧工件的。常用的偏心件有圆偏心和曲线偏心，圆偏心夹紧机构具有结构简单，夹紧迅速等优点；但它的夹紧行程小，增力倍数小，自锁性能差，故一般只在被夹紧表面尺寸变动不大和切削过程振动较小的场合应用。4定心夹紧机构定心夹紧机构能够在实现定心作用的同时，又起着将工件夹紧的作用。定心夹紧机构中与工件定位基面相接触的元件，既是定位元件，又是夹紧元件。5铰链夹紧机构铰链夹紧机构是一种增力装置，它具有增力倍数较大、摩擦损失较小的优点，广泛应用于气动夹具中。6联动夹紧机构11图 23 双向作用固定式活塞油缸图1前盖 2油缸体 3活塞杆 4活塞 5密封圈 6后盖联动夹紧机构是一种高效夹紧机构，它可通过一个操作手柄或一个动力装置，对一个工件的多个夹紧点实施夹紧，或同时夹紧若干个工件。夹紧的动力装置在大批大量生产中，为提高生产率、降低工人劳动强度，大多数夹具都采用机动夹紧装置。驱动方式有气动、液动、气液联合驱动，电（磁）驱动，真空吸附等多种形式。1气动夹紧装置气动夹紧装置以压缩空气作为动力源推动夹紧机构夹紧工件。常用的油缸结构有活塞式和薄膜式两种。活塞式油缸按照油缸装夹方式分类有固定式、摆动式和回转式三种，按工作方式分类有单向作用和双向作用两种，应用最广泛的是双作用固定式油缸。2液压夹紧装置液压夹紧装置的结构和工作原理基本与气动夹紧装置相同，所不同的是它所用的工作介质是压力油。与液压夹紧装置相比，液压夹紧具有以下优点： 传动力大，夹具结构相对比较小； 油液不可压缩，夹紧可靠，工作平稳； 噪声小。它的不足之处是须设置专门的液压系统，应用范围受限制。根据本课题工件的结构特点，底部有台阶，而上部是个凸台，这样可以利用下部台阶来夹紧。12图 24 设计一套液压铣削夹具，加工图中工件（双点划线）的上平面，工件材料铸铁，下部为 100*100*12 的方形，上方为 80 的外圆柱面，要求铣削上平面后，保证工件高度由毛坯的 85mm 加工到 820.1mm。2.3 设计夹具装配图由零件图可知：利用底面等为粗定位基准来设计夹具，从而保证其尺寸公差要求。据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。圆台外圆及两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以已加工好的端面作为定位夹具。13图 25 液压铣削夹具装配图液压缸左腔进油时，活塞和缸筒分别向两侧移动，各铰链和连杆运动，使压板头向下压紧工件；液压缸右腔进油时，活塞和缸筒都向内移动，压板头抬起松开工件。2.4 误差分析与计算本工序所采用的定位基准为工件下平面，该平面同时也是工件的设计基准，因此设计基准和定位基准重合，没有基准不重合误差。定位基准面与夹具的支撑板接触，也不存在位置在加工尺寸方向的变动，所以也没有基准位移误差。因此，该定位方案的定位误差为零，可以满足加工精度要求。2.5 对刀块设计与选用对刀块的具体放置的地方并没有规定，它的作用是起到一个基准的做用，因为对刀块都有标准的互相垂直的面，这样就可以比较快捷准确的来确认刀具是否垂直于加工面对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。由于本工序是完成此加工，所以选用平面对刀块。根据参考文对刀块 14图 26 对刀块 塞尺选用平塞尺，其结构如图所示： 图 2-7 平塞尺(GB2244-80)15第 3 章 液压夹紧系统设计3.1 液压系统分析 查阅机械加工手册，查找应用端面铣刀粗铣灰铸铁材料，去除余量为 3mm，被加工面积如工件的铣削力大小；当刀具材料为高速钢时端铣加工的圆周切削力： (1)1 . 11 . 1080. 095. 081. 9eZpFCZadfaCF N (2)14. 114. 1072. 09 . 081. 9eZpFCZadfaCF N式(1)为端铣刀加工碳钢、青铜合金，可锻铸铁等材料的切削力计算公式式(2)为端铣刀加工灰铸铁的切削力计算公式式中：铣削的背吃刀量，端铣时为切削深度，Pamm铣削的侧吃刀量，端铣时为加工表面宽度，eamm每齿进给量，ZfZmm铣刀直径 ，0dmm铣刀齿数Z端铣刀加工不同材料时的铣削系数FC碳钢：82.4 可锻铸铁：50 灰铸铁：50 青铜：37.5 镁合金：18当刀具材料为硬质合金时，不同材料端铣加工的圆周切削力为：碳钢： 2 . 02 . 03 . 101 . 175. 00 . 16082581. 9nZdafaFeZpC N灰铸铁： 0 . 100 . 174. 09 . 05481. 9ZdafaFeZpC N可锻铸铁： 2 . 02 . 03 . 101 . 175. 00 . 16049181. 9nZdafaFeZpC N式中： 铣刀转速 nrpm铣削功率： 9550000295500ndFTnPCCkW式中： 铣刀圆周切削力 CF N 铣刀直径 0dmm16 铣刀转速 nrpm根据机械加工工艺手册可查得：铣削力计算公式为圆周分力 0.90.741.01.009.81 54pfFzFzaaa Zdk查表可得： 080dmm3Z 50ammzmmaf/2 . 0 mmap306. 1Fzk代入得 0.90.741.09.81 54 30.250 3 801.06zF =1111.11N查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为： 8 . 0/ELFF 6 . 0/EVFF53. 0/ExFF 0.80.8 1111.11888.9LEFFN 0.60.6 1111.11666.6VEFFN 0.530.53 1111.115311.11xEFFN铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡。 即： （） FFL查表可得3 . 0 888.929630.3LFFN计算出的理论夹紧力 F 再乘以安全系数 k 既为实际所需夹紧力F 即： 取 k=1.3kFF 1.3 29634000FN确定系统工作压力，夹具是低压系统，可以取工作压力 p=2MPa；3.2 液压缸设计3.2.1 液压缸设计计算液压缸主要参数包括，公称压力，活塞杆径，行程，缸体内径等。3.2.2 液压缸工作压力设定由于液压虎钳系统属于小型的液压系统，设定工作负荷为 4000N,初步选定工作压力为 P2MPa.P1:液压缸工作压力17s：屈服极限3.2.3 确定系统工作压力表 3-1系统工作压力由设备类型，载荷大小，结构要求和技术水平而定。系统工作压力高，省材料，结构紧凑，重量轻是液压系统的发展方向，并同时要妥善处理泄漏，噪声和可靠性问题，具体选择可参见表取系统长期工作压力为 2.5Mpa（取油缸工作压力的 1.25 倍）则 Pmax1.5PN 即 Pmax2.5Mpa3.2.4 确定液压缸的尺寸初选液压缸工作压力液压缸的推力 F 是由液压缸的工作压力 p 和活塞的有效工作面积 A 来确定的，即 F=A p 式中 F 缸（或活塞）的推力（N） ； p 进油腔的工作压力（MPa） ； A 活塞的有效工作面积（m2） ；由上式可见，当缸的推力一定时，工作压力 p 取的越高，活塞的有效面积 A就越小，缸的结构就紧凑，但液压元件的性能及密封要求要相应提高；工作压力p 取的越低，活塞的有效面积 A 就越大，缸的结构尺寸就越大，要使工作机构得到同样的速度就要求有较大的流量，这样使有关的泵、阀等液压元件的规格相应增大，有可能导致液压系统的庞大。因此，液压缸的工作压力常采用类比法或通过试验确定。设计时，液压缸的工作压力可根据负载大小和设备的类型，选择工作压力：表 3-2 各类液压设备常用的工作压力机床设备类型组合机床龙门刨床拉床农业机械或中型工程机械液压机、重型机械、起重运输机工作压力p/(Mpa)3-52-88-1010-1620-32表 3-3 液压缸推力与工作压力之间的关系18液压缸力 F/KN551010202030305050工作压力p/MPa0.811.522.53344557由于本液压系统设备属于小型系统，体积小，结构紧凑，采用低压液压系统时，液压缸的尺寸小、体积小，而且成本较低。综合考虑各种因素，再参考表 1、表 2本系统选用中低压系统，选取工作压力为 P=2.5MPa。计算出液压缸的内径 D通过调查可知系统在取工作压力为 2MPa。由最大负载按公式F=P A计算液压缸面积. A= 2262000002. 01024000mmmNPF其中: F 缸的最大外负载 F=4000N P油缸工作压力 P=2MPa A油缸无杆腔的有效面积； 液压缸内径 D= =49.8mm 表 3-4液压缸内径系列 mm810121620253240506380100125160200250320400500 按 GB/T 2438-1993，考虑安全因素结合具体情况，取标准值 D=50mm 1.液压缸缸体厚度计算 缸体是液压缸中最重要的零件，当液压缸的工作压力较高和缸体内经较大时，必须进行强度校核。缸体的常用材料为 20、25、35、45 号钢的无缝钢管。在这几种材料中 45 号钢的性能最为优良，所以这里选用 45 号钢作为缸体的材料。 2DPy式中，实验压力，MPa。当液压缸额定压力 Pn5.1MPa 时，Py=1.5Pn，PyA419当 Pn16MPa 时，Py=1.25Pn。缸筒材料许用应力，N/mm 。=，为材料的抗拉强度。2nbb注：1.额定压力 Pn额定压力又称公称压力即系统压力，Pn=5.1MPa2.最高允许压力 PmaxPmax1.5Pn=1.25 2=2.5MPa液压缸缸筒材料采用 45 钢，则抗拉强度： b=600MPa安全系数 n 按液压传动与控制手册P243 表 210，取 n=5。则许用应力=120MPanb 2DPy =2.5 502 120 =0.78125mm液压缸厚度取 5mm。则液压缸缸体外径为 60mm。计算活塞杆直径 d5. 活塞杆直径的设计查液压传动与控制手册根据杆径比 d/D，一般的选取原则是：当活塞杆受拉时，一般选取 d/D=0.3-0.5，当活塞杆受压时，一般选取 d/D=0.5-0.7。本设计我选择 d/D=0.6，即 d=0.7D=0.650=30mm。表 3-5 活塞杆直径系列456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400由于课题没设定工作具体要求。结合具体实际和国家相关标准，选择活塞杆直径d 为 30mm按国标可圆整为标准直径 d=30mm D液压缸缸筒直径 d液压缸活塞杆直径202.活塞杆强度计算： 30mm （4-4）644 4000d0.007987.98 80 10Fmmm 式中 许用应力；（Q235 钢的抗拉强度为MPa805004nb375-500MPa，取 400MPa，为位安全系数取 5，即活塞杆的强度适中）3.3 活塞的设计由于活塞在液压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。活塞与缸体的密封形式分为：间隙密封（用于低压系统中的液压缸活塞的密封） 、活塞环密封（适用于温度变化范围大、要求摩擦力小、寿命长的活塞密封） 、密封圈密封三大类。其中密封圈密封又包括 O 形密封圈（密封性能好，摩擦因数小，安装空间小） 、Y 形密封圈（用在 20Mpa 压力下、往复运动速度较高的液压缸密封） 、形密封圈（耐高压，耐磨性好，低温性能好，逐渐取代 Y 形密封圈） 、xYV 形密封圈（可用于 50Mpa 压力下，耐久性好，但摩擦阻力大） 。综合以上因素，考虑选用 O 型密封圈。3.4 液压缸缸盖设计液压缸的缸盖可以选用 35、45 锻钢或 ZG35、ZG45 铸钢或 HT200、HT350 铸铁等材料。当缸体本身优势活塞杆的导向套时，缸盖最好选用铸铁。同时，应在导向表面上熔堆黄铜、青铜或其他耐磨材料。也可以在缸盖中压入导向套。21图 3-13.5 导向套的设计与计算1.最小导向长度 H 的确定 当活塞杆全部伸出时，从活塞支承面中点到到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度1。如果导向长度过短，将使液压缸因间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸工作性能和稳定性。因此，在设计时必须保证液压缸有一定的最小导向长度。根据经验,当液压缸最大行程为 L,缸筒直径为 D 时,最小导向长度为: 220DLH（4-5）一般导向套滑动面的长度 A，在缸径小于 80mm 时取 A=(0.61.0)D，当缸径大于 80mm 时取 A=(0.61.0)d.。活塞宽度 B 取 B=(0.61.0)D。若导向长度 H 不够时,可在活塞杆上增加一个导向套 K(见图 4-1)来增加 H 值。隔套 K 的宽度。)21BAHC（22图 4-1 液压缸最小导向长度因此:最小导向长度，取 H=9cm；7cm2102040(220cmDLH）导向套滑动面长度 A=cmcm48. 46 . 58 . 0活塞宽度 B=cm2 . 7cm089 . 0隔套 K 的宽度3cm. 1cm)2 . 748. 4(219)21BAHC（2.导向套的结构 导向套有普通导向套、易拆导向套、球面导向套和静压导向套等，可按工作情况适当选择。 1）普通导向套 这种导向套安装在支承座或端盖上，油槽内的压力油起润滑作用和张开密封圈唇边而起密封作用6。 2）易拆导向套 这种导向套用螺钉或螺纹固定在端盖上。当导向套和密封圈磨损而需要更换时，不必拆卸端盖和活塞杆就能进行，维修十分方便。它适用于工作条件恶劣，需经常更换导向套和密封圈而又不允许拆卸液压缸的情况下。 3）球面导向套 这种导向套的外球面与端盖接触，当活塞杆受一偏心负载而引起方向倾斜时，导向套可以自动调位，使导向套轴线始终与运动方向一致，不产生“憋劲“现象。这样，不仅保证了活塞杆的顺利工作，而且导向套的内孔磨损也比较均匀。 4）静压导向套 活塞杆往复运动频率高、速度快、振动大的液压缸，可以采用静压导向套。由于活塞杆与导向套之间有压力油膜，它们之间不存在直接接触，而是在压力油中浮动，所以摩擦因数小、无磨损、刚性好、能吸收振动、同23轴度高，但制造复杂，要有专用的静压系统。3.6 端盖和缸底的设计与计算 在单活塞液压缸中，有活塞杆通过的端盖叫端盖，无活塞杆通过的缸盖叫缸头或缸底。端盖、缸底与缸筒构成密封的压力容腔，它不仅要有足够的强度以承受液压力，而且必须具有一定的连接强度。端盖上有活塞杆导向孔（或装导向套的孔）及防尘圈、密封圈槽，还有连接螺钉孔，受力情况比较复杂，设计的不好容易损坏。1.端盖的设计计算端盖厚 h 为：)-3p(h1cpcpddD式中 D1螺钉孔分布直径，cm； P液压力，；2kgf/cm 密封环形端面平均直径，cm；cpd 材料的许用应力，。2kgf/cm2.缸底的设计 缸底分平底缸，椭圆缸底，半球形缸底。3.端盖的结构 端盖在结构上除要解决与缸体的连接与密封外，还必须考虑活塞杆的导向，密封和防尘等问题6。缸体端部的连接形式有以下几种： A焊接 特点是结构简单，尺寸小，质量小，使用广泛。缸体焊接后可能变形，且内缸不易加工。主要用于柱塞式液压缸。 B螺纹连接（外螺纹、内螺纹） 特点是径向尺寸小，质量较小，使用广泛。缸体外径需加工，且应与内径同轴；装卸徐专用工具；安装时应防止密封圈扭曲。 C法兰连接 特点是结构较简单，易加工、易装卸，使用广泛。径向尺寸较大，质量比螺纹连接的大。非焊接式法兰的端部应燉粗。 D拉杆连接 特点是结构通用性好。缸体加工容易，装卸方便，使用较广。外形尺寸大，质量大。用于载荷较大的双作用缸。 E半球连接，它又分为外半环和内半环两种。外半环连接的特点是质量比拉杆连接小，缸体外径需加工。半环槽消弱了缸体，为此缸体壁厚应加厚。内半环连接的特点是结构紧凑，质量小。安装时端部进入缸体较深，密封圈有可能被进油口边缘擦伤。F钢丝连接 特点是结构简单，尺寸小，质量小。243.7 缸体长度的确定 液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还需要考虑到两端端盖的厚度1。一般液压缸缸体长度不应大于缸体内经的 2030倍。取系数为 5,则液压缸缸体长度：L=5*10cm=50cm。3.8 液压系统方案设计3.8.1 确定液压泵类型及调速方式由于本系统对于运动的平稳性和切削力的变化没有特殊要求，出于经济性价比考虑，选用单向定量液压泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路。溢流阀作定压阀，回油路上设置背压阀，初定背压值为 0.8MPa。3.8.2 选用执行原件因液压缸选用单活塞杆的二位液压缸3.8.3 换向回路和压力回路的选择本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换向阀的换向回路。因此二位油缸选用二位四通换向阀,将溢流阀旁接在油泵出口调定和限制刹车制动的最高工作压力。3.8.4 组成液压系统绘原理图将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成如图 3-3 所示的液压系统原理图。为便于观察调整压力，在回路中装一个压力表。123456781.油箱 2.液压泵 3.顺序阀 4.单向阀5.换向阀 6.蓄能器 7.液压缸 8.溢流阀 9.溢流阀9图 3-3夹紧工件时，推动换向阀 5 的夹紧手柄，换向阀处于左位。油液经液压泵 2-单向阀 4-换向阀 5-液压缸 7 无杆腔，液压缸缸筒向左移动，同时液压缸活塞向右移25动，两边与缸筒和活塞杆连接的连杆带动压板夹紧工件。工件夹紧后，油液进入蓄能器 6 储存，当蓄能器内压力上升至顺序阀 3 的开启压力时，液压泵卸荷。此时由蓄能器 6 继续向液压缸供油以补充泄漏维持夹紧力，这样既有利于保护液压泵，延长其使用寿命，又有利于节约能源。当切削加工结束后，扳动换向阀 5 的手柄，使换向阀处于右位。液压油经液压泵 2-单向阀 4-换向阀 5-液压缸 7 有杆腔，液压缸筒向右移动，活塞向左移动，两边的连杆带动压板松开工件。压板升起到末端后，即活塞与缸筒接触，此时油液压力增加，当液压泵输出压力达到溢流阀 8 的开启压力时，液压泵溢流。松开夹具时压板不受力，所以此时液压系统的工作压力很低，因此溢流阀 8 的调定压力值也很低，有利于节能和安全，并且有利于保护液压泵。3.8.5 负载图与速度图的绘制根据工况负载和以知速度和及行程 S，可绘制负载图和速度图，如下1v2v图（图 1、图 2）所示：图图 1(1(负载图负载图) )图图 2 2（速度图）（速度图）26第 4 章 液压元件的选择4.1 液压泵的选择由液压缸的工况图，可以看出液压缸的最高工作压力出现在加压阶段时P2MPa ，此时液压缸的输入流量极小，且进油路元件较少故泵到液压缸的进油压力损失估计取为=0.5MPa 。所以泵的最高工作压力=2+0.5=2.5MPa 。PpP液压泵的最大供油量 按液压缸最大输入流量（98.96L/min）计算，取泄漏系pq数 K=1.1,则=108L/min。pq根据以上计算结果查阅机械设计手册 ，选用 63YCY141B 向柱塞泵，其额定压力 P=25MPa，排量为 V=80mL/r,当转速为 1500r/min。 图 4-14.2 电动机的选择由于液压缸在工进时输入功率最大，这时液压缸的工作压力为 2.5，流量为1.24L/min ,取泵的总效率=0.85，则液压泵的驱动电机所要的功率 =540W，根据此数据按 JB/T8680.1-1998，选取 Y2-711-4 型电动qPP机，其额定功率 P=550W ，额定转速 n=1500r/min,按所选电动机的转速和液压泵27的排量，液压泵最大理论流量nV=120L/min ，大于计算所需的流量tq108L/min，满足使用要求。图 4-24.3 阀类元件及辅助元件根据阀类元件及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量可选出这些液压元件的型号及规格，结果见表 7-1。表 4-1 液压元件的型号及规格序号元件名称额定压力/MPa排量ml/r型号及规格说明1泵2.5MPa80CB-B 齿轮泵-2.5额定转速 1450r/min2溢流阀调压 2512C175通径 20mm3顺序阀最大工作压力 32MPa160HCT06L1 max160 /minqL(单向行程调速阀)4单向阀开启 0.15MPa最大200S20A220通径 20mm5二位二通换向阀281602WE10D10通径 20mm4.4 油箱的容积计算容量 V (单位为 L)计算按教材式(7-8) : ，由于液压机是高压系统，pqV。 所以油箱的容量：=692.72L 796.987V取 V700L28第 5 章 液压系统性能的运算5.1 压力损失和调定压力的确定 （1）进油管中的压力损失由上述计算可知，工进时油液流动速度较小，通过的流量为 1.24L/min,主要压力损失为阀件两端的压降可以省略不计。快进时液压杆的速度=5.6m/min，1V此时油液在进油管的速度V=4.34m/s60102225. 01096.98623Aq1）沿程压力损失：沿程压力损失首先要判断管中的流动状态，此系统采用 N32 号液压油，室温为 20 度时，所以有421.0 10/ms=954.8232043100 . 1102234. 4vdRe油液在管中的流动状态为层流，则阻力损失系数=0.079，若取进油和回油的管路长均为 4m，油液的密度为eR75=900，则进油路上的沿程压力损失为3/mKg=0.122MPa.234. 490010224079. 02232vdlP2）局部压力损失： 局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，由于管道安装和管接头的压力损失一般取沿程压力损失的 10%，而通过液压阀的局部压力损失则与通过阀的流量大小有关，若阀的额定流量和额定压力损失分别为，则当通过阀的流量为 q 时的阀的压力损失，由rrqq和rq算得=0.19MPa 小于原估算值 0.5MPa,所以是2()rrqppq 216096.985 . 0P安全的。则进油路上的压力总损失为：0.122+0.0122+0.190.3242MPa1P（2）回油管路上的压力损失：29快进时回油路上的流量50.47L/min，则回油管路中的速度1212AAqq v=1.2m/s，60103025. 01047.54623Aq由此可以计算出=3
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