液壓夾具的設(shè)計(jì)原則及應(yīng)用

齊育梅 劉洪濤 林會珍

摘 要：夾具是工業(yè)生產(chǎn)制造過程中的重要工具，可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)，液壓夾具也是其中之一，探究液壓夾具的設(shè)計(jì)原則及應(yīng)用情況，可以為機(jī)械制造的后續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。文章從應(yīng)用現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)步驟等方面對液壓夾具進(jìn)行分析，并且通過實(shí)際應(yīng)用案例，對液壓夾具的發(fā)展作出判斷。

關(guān)鍵詞：液壓夾具；設(shè)計(jì)原則；機(jī)械制造；自動化生產(chǎn)

中圖分類號：TG757 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）19-0094-02

Abstract： The important tool of fixture in the process of industrial production and manufacture can be designed differently according to the actual production needs， and hydraulic fixture is also one of them， to explore the design principle and application of hydraulic fixture. It can lay the foundation for the follow-up development of mechanical manufacturing. This paper analyzes the hydraulic fixture from the aspects of application status， design principles and design steps， and judges the development of hydraulic fixture through practical application cases.

Keywords： hydraulic fixture； design principle； mechanical manufacturing； automatic production

引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，制造技術(shù)水平也逐漸提高，形成了批量化生產(chǎn)模式，液壓夾具在其中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。這種工業(yè)工具的應(yīng)用，不僅可以對生產(chǎn)節(jié)奏、生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行良好的控制，還降低了生產(chǎn)勞動強(qiáng)度，是實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)的關(guān)鍵，因此，加強(qiáng)對液壓夾具的設(shè)計(jì)原則及應(yīng)用的具體分析，具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 液壓夾具的應(yīng)用現(xiàn)狀

液壓夾具是現(xiàn)階段工業(yè)機(jī)械設(shè)備自動化生產(chǎn)中最為重要的一種工具設(shè)備，在提高生產(chǎn)質(zhì)量、降低勞動強(qiáng)度、提高工作效率等方面發(fā)揮著重要作用。近幾年來，機(jī)械設(shè)備自動化水平也在不斷提高，液壓夾具利用其本身的高效性、通用性、穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在批量生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)中得到了廣泛應(yīng)用，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，液壓夾具也存在一定的缺陷，需要引起重視。第一，液壓夾具上所有執(zhí)行元件的動作均由同一組液壓閥進(jìn)行控制，導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中，無法實(shí)現(xiàn)先后動作順序，也無法完成切換過程，定位的準(zhǔn)確性也無法保證。生產(chǎn)出的工件也出現(xiàn)了變形等情況。第二，液壓夾具的輔助性功能也十分重要，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，如果想要應(yīng)用單向節(jié)流閥限制輔助支撐的進(jìn)油量并不成功，一旦打開的單向節(jié)流閥，油液就會進(jìn)入到輔助支撐油缸中，在這樣的情況下，加工質(zhì)量無法保證。

2 液壓夾具的設(shè)計(jì)原則

在機(jī)械夾具設(shè)計(jì)時，工具在夾具上的定位是很重要的。在利用液壓夾具加工工件的過程中，工件位置的確認(rèn)工作同樣十分重要，這是加工工件的基礎(chǔ)也是加工工件的關(guān)鍵。想要保證加工質(zhì)量符合要求，刀具、機(jī)床、夾具都要在加工前進(jìn)行調(diào)整，保證加工位置正確。在實(shí)際操作過程中，每個工具都要進(jìn)行準(zhǔn)確定位，比如：機(jī)床、刀具、夾具和工件等，避免出現(xiàn)誤差，按照有關(guān)規(guī)定和實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)置。還要對調(diào)整結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，反復(fù)確認(rèn)位置的準(zhǔn)確性，對于液壓夾具而言，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)非常關(guān)鍵，但是液壓夾具本身涉及的基準(zhǔn)較多，要在正式施工之前，按照基準(zhǔn)和工序圖對工序進(jìn)行確定，在確定了液壓夾具的基準(zhǔn)位置后，就可以確定其他工件的位置[1]。一般情況，在對液壓夾具進(jìn)行應(yīng)用的過程中，首先就要確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則，為工藝規(guī)程制定提供參考，也能夠保證液壓夾具在實(shí)際使用過程中的安全可靠。

3 液壓夾具的設(shè)計(jì)步驟

3.1 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)形式

在確定液壓缸結(jié)構(gòu)形式時，需要充分考慮到結(jié)構(gòu)需求，一般情況下，液壓缸可以分為兩種類型，分別為：單作用和雙作用，在此基礎(chǔ)上，還可以分為單活塞桿和雙活塞桿，其中單活塞桿的活動方式還可以進(jìn)一步劃分，包括單活塞桿夾緊液壓缸和單活塞桿彈簧復(fù)位液壓缸，目前常用的液壓缸結(jié)構(gòu)形式有四種，分別為：雙作用單活塞桿夾緊液壓缸，單作用單活塞桿彈簧復(fù)位液壓夾緊缸，單作用單活塞桿帶彈簧液壓夾緊缸，雙作用雙活塞桿液壓夾緊缸。在這個環(huán)節(jié)中，還要確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，包括：壓力、流量，在計(jì)算過程中，主要涉及外部負(fù)載、內(nèi)部液壓回路的運(yùn)動速度、液壓執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸決定。

3.2 設(shè)計(jì)液壓夾具基本方案

在確定了相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸、壓力、流量等工藝參數(shù)后，還要設(shè)計(jì)液壓夾具的具體運(yùn)行方案，并且繪制出液壓系統(tǒng)圖?；痉桨钢邪耍赫{(diào)速方案、壓力控制方案、順序動作方案、液壓動力源。根據(jù)上文中提及的液壓元件，借助液壓系統(tǒng)中的換向閥、流量控制閥，控制液壓元件的運(yùn)動方向和運(yùn)動速度，完成調(diào)速過程。液壓系統(tǒng)工作中對壓力有著一定的需求，想要得到合適的壓力可以通過調(diào)整溢流閥、減壓閥等設(shè)備，讓系統(tǒng)中的每個回路保持其所需要的壓力，以驅(qū)動系統(tǒng)中的不同負(fù)載。順序動作方案也十分重要，想要保證液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性工作，就要設(shè)計(jì)出科學(xué)的順序動作方案，比如：前后動作互鎖，只有在完全執(zhí)行了前一個動作后，才能夠啟動后一個動作。具體原理為：利用壓力繼電器檢測壓力，確定回路中壓力達(dá)到一定數(shù)值，判斷前一個動作執(zhí)行完成，壓力繼電器就會發(fā)出電信號啟動下一個動作。液壓系統(tǒng)中動力源是保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，主要涉及：壓泵、溫控裝置、過濾裝置以及蓄能裝置等，在選擇過程中，需要充分考慮到液壓系統(tǒng)的最大壓力、流量、溫度等因素。以液壓泵的選擇為例，如果液壓泵過大，就會導(dǎo)致工作效率減低、造成能源浪費(fèi)，如果液壓泵過小，就會導(dǎo)致系統(tǒng)無法滿足需求，液壓泵提供的流量要和系統(tǒng)流量相匹配。以恩派克液壓夾具為例，在液壓泵入口和回油口都設(shè)置了過濾裝置，避免系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的雜質(zhì)流回油箱。根據(jù)上述內(nèi)容，可以繪制液壓系統(tǒng)原理圖，以此為液壓系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、檢測、維修等工作提供基礎(chǔ)，需要注意的是，繪制原理圖必須要采用液壓元件圖形符號，保證原理圖規(guī)范化，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。比如：電磁鐵的動作順序表，需要詳細(xì)標(biāo)出液壓元件的規(guī)格型號、參數(shù)等。

3.3 選擇液壓元件和專用件

在此基礎(chǔ)上，液壓元件的選擇和專用件設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，液壓泵是液壓元件中的關(guān)鍵，結(jié)合壓力、流量這兩個因素，計(jì)算液壓泵的最大工作壓力，根據(jù)最大工作壓力確定液壓泵的流量，保證液壓泵輸出的最大流量大于系統(tǒng)所需要的最大流量。結(jié)合液壓泵的最大工作壓力、輸出的最大流量，選擇液壓泵的規(guī)格，求出液壓泵電機(jī)的功率，一般情況下，液壓泵的額定壓力要大于最大工作壓力的25%-60%。除了液壓泵制之外，管道選擇工作也十分重要，包括管道種類、管道內(nèi)徑、管道接頭。在選擇過程中，需要結(jié)合具體的工作條件，保證管道可以滿足在液壓夾具的工作需求。在液壓系統(tǒng)中還有一個環(huán)節(jié)確定極為重要，那就是液壓系統(tǒng)的油箱、油以及濾油器這三個方面，根據(jù)工作壓力、工作環(huán)境溫度、工件部件運(yùn)動速度、液壓泵的實(shí)際要求，具體選擇濾油器。

3.4 液壓系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用效果

液壓夾具需要通過油壓缸來完成應(yīng)用工作，油缸運(yùn)動動作可以利用液壓夾具進(jìn)行控制，利用液壓夾具可以控制動作運(yùn)行速度、壓力大小。液壓系統(tǒng)中包括：電機(jī)設(shè)備、注油器、油箱、油面計(jì)、單向閥、油泵、濾油網(wǎng)、方向控制閥、直立式的壓力表、壓力表的開關(guān)、節(jié)流閥、油路塊以及自然式的油冷機(jī)等。通過上文的分析設(shè)計(jì)，在完成液壓系統(tǒng)的組裝后，對液壓系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析，計(jì)算液壓系統(tǒng)的壓力損失、發(fā)熱功率、散熱功率。在驗(yàn)算分析的過程中，需要重點(diǎn)驗(yàn)證蓄能器的總?cè)莘e、節(jié)流閥/調(diào)速閥的最小穩(wěn)定量，還要注意先導(dǎo)式減壓閥的泄漏量，保證相關(guān)參數(shù)符合要求[2]。以某氣缸加工企業(yè)為例，該企業(yè)在應(yīng)用了液壓夾具后，加工精度得到了顯著提升，通過控制節(jié)流閥/調(diào)速閥有效避免零件夾緊力不足或者夾緊力較大的情況，而且液壓夾具的通用性較強(qiáng)，夾具成本得到大幅度降低。

4 液壓夾具的實(shí)際應(yīng)用

4.1 液壓夾具的應(yīng)用案例

縱觀目前機(jī)械制造工業(yè)加工生產(chǎn)工作的發(fā)展現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)不同客戶對產(chǎn)品加工情況有著不同的需求。比如：液壓夾具的基本功能要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位、牢固緊密，輔助性功能要能夠做到自動接料/沖屑、生產(chǎn)防錯、信息定位、信息反饋等。以恩派克液壓夾具為例，這款夾具的定位能力相對較優(yōu)，在生產(chǎn)加工過程中，具有良好的夾緊力，在油缸工作過程中，為油缸提供支撐，避免加工過程中出現(xiàn)變形的情況。不僅如此，恩派克液壓夾具在實(shí)際應(yīng)用過程中還起到了輔助機(jī)器人的作用，在加工固定后可以起到有效的支撐、夾緊效果。目前，自動化技術(shù)已經(jīng)在機(jī)械制造行業(yè)中得到了大范圍的推廣，生產(chǎn)線中普遍采用的都是自動化技術(shù)，液壓夾具的使用可以讓生產(chǎn)自動化工作可以更加穩(wěn)定的進(jìn)行。

4.2 液壓夾具的應(yīng)用流程

首先，應(yīng)用進(jìn)油軟管、回油軟管讓液壓夾具和液壓站相連接；其次，將加工工件的起吊裝置放置在夾具的定位元件之上，反復(fù)確認(rèn)工件的定位狀態(tài)；再次，保證定位準(zhǔn)確后，啟動液壓站；最后，打開液壓開關(guān)，接通油路讓高壓油進(jìn)入液壓夾具體內(nèi)，根據(jù)壓力情況，控制液壓開關(guān)，讓完成工件夾緊過程，關(guān)閉液壓站。與此同時，就可以進(jìn)一步對工件進(jìn)行加工。近幾年來，中國的機(jī)械生產(chǎn)自動化技術(shù)水平不斷提高，更新?lián)Q代的速度逐漸加快，液壓夾具作為其中之一，也會擁有更好的發(fā)展前景，讓機(jī)械生產(chǎn)效率得到進(jìn)一步提高，有效降低勞動前度，保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定。從液壓夾具的應(yīng)用流程來看，操作者的勞動強(qiáng)度大幅度降低，在對加工完成品進(jìn)行檢驗(yàn)后，可以確定借助液壓夾具完成的加工產(chǎn)品完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)，值得在工藝裝備加工過程中推廣這一技術(shù)[3]。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著國家工業(yè)化水平不斷提升，機(jī)械制造業(yè)進(jìn)入了全新的發(fā)展階段，產(chǎn)品制造的效率、質(zhì)量都隨之提高。在這樣的狀態(tài)下，想要進(jìn)一步提高產(chǎn)品靈活性，實(shí)現(xiàn)批量化、規(guī)范化生產(chǎn)發(fā)展，就要提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，就要加強(qiáng)對液壓夾具設(shè)計(jì)原則、實(shí)際應(yīng)用等方面的分析，為液壓夾具提供良好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]王化清.加工中心通用液壓夾具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].機(jī)車車輛工藝，2018（05）：27-28+30.

[2]劉慧，王振，趙玉鵬，等.液壓夾具的設(shè)計(jì)原則及應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（01）：27.

[3]張璐.加工中心夾具的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷和改進(jìn)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2016（05）：133-136.