平面銑削自動夾具設計【液壓夾緊】

平面銑削自動夾具設計【液壓夾緊】,液壓夾緊,平面,銑削,自動,夾具,設計,液壓,夾緊 華僑大學廈門工學院 本科生畢業(yè)設計（論文） 題 目：平面銑削自動夾具設計 姓 名： 朱文昌 學 號： 1001103042 系 別： 機械工程系 專 業(yè)： 機械設計 年 級： 2010 級 指導教師： 劉曉梅 2014 年 05 月 13 日 獨創(chuàng)性聲明 本畢業(yè)設計（論文）是我個人在導師指導下完成的。文中引用他人研究 成果的部分已在標注中說明；其他同志對本設計（論文）的啟發(fā)和貢獻均已 在謝辭中體現(xiàn)；其它內(nèi)容及成果為本人獨立完成。特此聲明。 論文作者簽名： 日期： 關于論文使用授權的說明 本人完全了解華僑大學廈門工學院有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即： 學院有權保留送交論文的印刷本、復印件和電子版本，允許論文被查閱和借 閱；學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 其他復制手段保存論文。保密的論文在解密后應遵守此規(guī)定。 論文作者簽名： 指導教師簽名： 日期： I 平面銑削自動夾具設計 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(jié)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，說明液壓夾具的特點。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(jié)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(shù)，即液壓泵工作壓力、流 量，電動機功率，溢流閥、順序閥等的調(diào)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 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計 I 摘 要 I ABSTRACTII 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 5 1.3 液壓夾具的特點和優(yōu)勢 6 第 2 章 夾具結(jié)構設計8 2.1 分析加工工序和加工特點，確定夾具功能 8 2.2 確定夾具結(jié)構，確定夾緊機構（液壓夾緊）方案 10 2.3 設計夾具裝配圖 12 2.5 對刀塊設計與選用 13 第 3 章 液壓夾緊系統(tǒng)設計14 3.2 液壓缸設計 16 3.2.1 液壓缸設計計算 16 3.2.2 液壓缸工作壓力設定 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 活塞的設計 19 3.4 液壓缸缸蓋設計 20 3.5 導向套的設計與計算 21 3.6 端蓋和缸底的設計與計算 23 3.7 缸體長度的確定 24 3.8 液壓系統(tǒng)方案設計 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 電動機的選擇 26 4.3 閥類元件及輔助元件 27 4.4 油箱的容積計算 27 第 5 章 液壓系統(tǒng)性能的運算29 5.1 壓力損失和調(diào)定壓力的確定 29 5.2 油液溫升的計算 30 結(jié)論和展望32 參考文獻33 致謝34 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(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、 高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善比例控制、數(shù)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(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 50 年代，其產(chǎn)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(chǎn)技術、 同時進行自行設計液壓產(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(chǎn)品 和技術的有計劃引進、消化、吸收和國產(chǎn)化工作，以確保我國的液壓技術能在產(chǎn) 品質(zhì)量、經(jīng)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。 液壓夾具就是用液壓元件代替機械零件實現(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計的機械部分裝配在一起，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承受大的切削力，也能保證在精 密加工時的準確定位，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 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(chǎn)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 壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)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(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復回轉(zhuǎn) 運動時可達 500 次/min，實現(xiàn)往復直線運動時可達 1000 次/min。 3）液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達 2000） ，它還 可以在運行的過程中進行調(diào)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 6 于進行調(diào)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(jié)合 起來使用時，整個傳動裝置能實現(xiàn)很復雜的順序動作，接受遠程控制。 5）液壓裝置易于實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(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，幫機床夾具設計在企業(yè)的產(chǎn)品設計和制造以及 生產(chǎn)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(qū)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。 （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(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 機床夾具的特殊功能主要是對刀和導向。 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(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，并采用高效夾緊機構，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等級較低的工人，有效地降低了生產(chǎn)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(xiàn)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(nèi)有效地擴大了加工零件的數(shù)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 第 2 章 夾具結(jié)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(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(zhuǎn)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(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，就是要限制工件 的自由度。在夾具中，用分別適當?shù)呐c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。 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(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(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，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(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?？梢圆捎貌煌耆ㄎ?，即僅需要限制 ,如圖 2-2(a)所示，但實際上，對工件的下部矩形部分夾緊的同時也可以ZXY 約束其自由度，即實際約束 ,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，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(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(chǎn)生過大的夾緊變形。 3）操作安全、省力。 4）結(jié)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 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(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(xiàn)夾緊的機構，統(tǒng)稱螺旋夾緊機構。 螺旋夾緊機構結(jié)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(jié)構簡單，夾緊迅速等優(yōu)點；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用。 4定心夾緊機構 定心夾緊機構能夠在實現(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(shù)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 11 圖 23 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(chǎn)中，為提高生產(chǎn)率、降低工人勞動強度，大多數(shù)夾具都采用機動 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構夾緊工件。常用的油缸結(jié)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(zhuǎn)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(jié)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(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： 傳動力大，夾具結(jié)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(jù)本課題工件的結(jié)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。 12 圖 24 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。 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(jù)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(jù)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。 13 圖 25 液壓銑削夾具裝配圖 液壓缸左腔進油時，活塞和缸筒分別向兩側(cè)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(nèi)移動，壓板頭抬起松 開工件。 2.4 誤差分析與計算 本工序所采用的定位基準為工件下平面，該平面同時也是工件的設計基準， 因此設計基準和定位基準重合，沒有基準不重合誤差。定位基準面與夾具的支撐 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(jù)參考文對刀塊 14 圖 26 對刀塊 塞尺選用平塞尺，其結(jié)構如圖所示： 圖 2-7 平塞尺(GB2244-80) 15 第 3 章 液壓夾緊系統(tǒng)設計 3.1 液壓系統(tǒng)分析 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?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(cè)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(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?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： 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： 9502 ndFTPCCkW 式中： 銑刀圓周切削力 FN 銑刀直徑 0dm 16 銑刀轉(zhuǎn)速 nrpm 根據(jù)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 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)生的水平分力應由夾緊力產(chǎn)生的摩擦力平衡。 即： （ ）L 查 表 可 得.0 8.92630FN 計算出的理論夾緊力 F 再乘以安全系數(shù) k 既為實際所需夾緊力 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 液壓缸設計 3.2.1 液壓缸設計計算 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 17 s：屈服極限 3.2.3 確定系統(tǒng)工作壓力 表 3-1 系統(tǒng)工作壓力由設備類型，載荷大小，結(jié)構要求和技術水平而定。系統(tǒng)工作 壓力高，省材料，結(jié)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 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(jié)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(jié)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(jù)負載大小和設備的類型，選擇工 作壓力： 表 3-2 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(nóng)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 3-3 液壓缸推力與工作壓力之間的關系 18 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(jié)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(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(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(nèi)經(jīng)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 A4 19 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。2n 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。 則許用應力 = =120MPa b 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(jù)桿徑比 d/D，一般的選取原則是：當活塞桿 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 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 由于課題沒設定工作具體要求。結(jié)合具體實際和國家相關標準，選擇活塞桿直徑 d 為 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 20 2.活塞桿強度計算： 30mm （4-4） 6440d.798.81Fm 式中 許用應力； （Q235 鋼的抗拉強度為 MPa054nb 375-500MPa，取 400MPa，為位安全系數(shù)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(nèi)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(shù) 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。 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。 21 圖 3-1 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(jù)經(jīng)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.。活塞寬度 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（ 22 圖 4-1 液壓缸最小導向長度 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)2.74(19)21BAC（ 2.導向套的結(jié)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(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(jīng)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(diào)位，使導向套軸線始終與運動方向一致， 不產(chǎn)生“憋勁“現(xiàn)象。這樣，不僅保證了活塞桿的順利工作，而且導向套的內(nèi)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(shù)小、無磨損、剛性好、能吸收振動、同 23 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 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(jié)構 端蓋在結(jié)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(jié)構簡單，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） 特點是徑向尺寸小，質(zhì)量較小，使用廣泛。 缸體外徑需加工，且應與內(nèi)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(jié)構較簡單，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燉粗。 D拉桿連接 特點是結(jié)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(zhì)量大。用于載荷較大的雙作用缸。 E半球連接，