【文章內(nèi)容簡介】 動力傳動裝置，就必須確定所需夾緊力的大小。所需夾緊力的大小主要取決于切削力和重力的大小和方向。重力的大小和方向是不變的，而切削力的大小和方向在切削過程中是不斷變化的。在切削過程中，影響切削力大小的因素很多，例如工件材質(zhì)不均勻，刀具的磨損程度不同，以及切削時的沖擊等等。而且，夾緊力也還取決于一系列其它的因素，例如接觸表面的光潔度，工藝系統(tǒng)的剛性等等，因此確定切削力和所需夾緊力的大小，就是一個比較復(fù)雜的問題，實(shí)際上不可能完全準(zhǔn)確的確定切削力和所需夾緊力的大小，而只能做很粗略的估算。為了簡化問題，在確定夾緊力時，一般假定工藝系統(tǒng)：工件夾具刀具機(jī)床都是絕對剛性的；切削過程是穩(wěn)定的，而且切削參數(shù)也是固定不變的。在這些條件下，切削力可根據(jù)切削原理中的計(jì)算公式或計(jì)算圖表求得，而所需的夾緊力可以從解工件在夾壓后的靜力平衡問題來求得。然后，為了保證夾緊可靠，在計(jì)算結(jié)果中引進(jìn)安全系數(shù)作為實(shí)際所需的夾緊力。在保證機(jī)床正常和可靠工作的條件下，夾緊力愈小愈好。一位如果盲目的加大夾緊力就會造成如惡果：加大了夾具驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸為了提高與夾緊力相關(guān)聯(lián)的夾具剛性，而使夾具過于龐大；增加了工件在夾緊時的變形，從而影響加工精度。計(jì)算夾緊力，通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)以簡化計(jì)算。然后根據(jù)工件受切屑力、夾緊力（大型工件還應(yīng)考慮重力、高速運(yùn)動的工件還應(yīng)考慮慣性力等）后處于靜力平衡條件，計(jì)算出理論夾緊力，再乘以安全系數(shù)K,作為實(shí)際所需的夾緊力。由機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊可知， 實(shí)際所需夾緊力見式()。 式()式中 ——實(shí)際所需的夾緊力 ——理論夾緊力 K——安全系數(shù)考慮到切削力的變化和工藝系統(tǒng)變形等因素，一般在粗加工時取K=～3。精加工時取K=～2。加工過程中切削力的作用點(diǎn)、方向和大小可能都在變化，估算夾緊力時應(yīng)按最不利的情況考慮。在實(shí)際夾具設(shè)計(jì)中，對于夾緊力的大小并非在所有情況下都要計(jì)算確定。如對手動夾緊機(jī)構(gòu)，經(jīng)常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或類比的方法確定所需夾緊力的數(shù)值。(1)合機(jī)床通常都是多面多工序同時加工，在一臺機(jī)床上往往有大量刀具同時工作，粗加工時切削力都很大，例如在多軸鉆床上加工時，其軸向切削力甚至可達(dá)數(shù)千公斤以上，因此夾緊機(jī)構(gòu)便在很大的切削力作用下工作。此外，加工時震動也較大，尤其在多軸粗鏜孔，刮斷面和銑削的時候。當(dāng)各種刀具同時工作時，切削力的方向和合力中心的位置也是經(jīng)常變化的，因此在設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)時，不僅要注意到切削力的大小，而且還要注意到切削力的方向及其合力中心的位置.(2)由于工件材料硬度不均勻，加工余量不均勻和刀具磨鈍等因素的影響，往往是實(shí)際的切削力大大增加。在組和機(jī)床上多刀加工時，這種影響尤為顯著。(3)組合機(jī)床夾具是保證加工精度的主要部件，因此，要注意工件夾緊后產(chǎn)生的變形對加工精度的影響，尤其在工件剛性差，精度要求高的情況下。更應(yīng)特別注意。在這種情況下通常要求夾緊機(jī)構(gòu)具有調(diào)節(jié)夾緊力的可能性。(4)為了保證夾緊可靠，應(yīng)選擇機(jī)床工作過程中最不利的工作情況來確定所需的夾緊力。在個面同時加工時應(yīng)按相對的兩個方向上的切削力不能互相抵消的最壞情況來確定所需的夾緊力。因?yàn)椋捎诟鲃恿︻^的進(jìn)給阻力不等和液壓系統(tǒng)工作的不同步性等原因，相對兩面的動力頭實(shí)際上不可能同時開始或結(jié)束切削工作，因此便形成了某一個動力頭單獨(dú)切削工件的情況。(5)確定夾緊力時必須考慮夾緊機(jī)構(gòu)的特性。直接夾緊機(jī)構(gòu)的特性時夾緊后機(jī)構(gòu)不能自鎖，當(dāng)切削力作用在與夾緊力相反的方向上時，隨著切削力的增加，在夾緊力一定的情況下，就會使夾緊工件的力減少，當(dāng)切削力大于夾緊力時，工件即離開定位基準(zhǔn)。因此通常只在切削力較小和切削過程比較平穩(wěn)的情況下，例如在鉸孔，精鏜孔和攻絲機(jī)床上，才采用直接夾緊機(jī)構(gòu)。如果在切削力較大和切削不平穩(wěn)的情況下采用直接夾緊機(jī)構(gòu)，那么確定夾壓力時考慮的安全系數(shù)就要取大些，使夾緊力大于切削力，以保證夾緊機(jī)構(gòu)的可靠工作。自鎖夾緊機(jī)構(gòu)在夾緊工件以后，當(dāng)切削力作用在于夾緊力相反的方向上時，按照自鎖機(jī)構(gòu)的特性，如果夾緊系統(tǒng)是絕對剛性的話（實(shí)際上時有變形的），銑削力有多大，夾緊機(jī)構(gòu)的反作用力就有多大。因此在夾緊機(jī)構(gòu)剛性較好的情況下，工件一般都不會離開定位基準(zhǔn)。由此可見自鎖夾緊機(jī)構(gòu)比直接夾緊機(jī)構(gòu)要可靠的多。在切削力較大和切削過程不平穩(wěn)的情況下（如粗加工和銑削等），或在夾緊力與切削力相反的情況下，一般均應(yīng)采用自鎖夾緊機(jī)構(gòu)。 計(jì)算切削力及切削合力作用的位置為了確定夾緊力，必須先計(jì)算切削力。計(jì)算時，一般只考慮切削加工時的主切削力。對于不同的工藝方法，其主切削力也不同：鉆孔和擴(kuò)孔：只考慮軸向走刀抗力P。鏜孔和短外圓車削：主切削力為圓周切削力P。刮削端面： 需要考慮垂直切削力和軸向切削力。銑削：主切削力為圓周切削力。由于組合機(jī)床通常都是多刀加工機(jī)床，在工件的同一面上有許多刀具同時切削，因此必須求出切削合力的大小及作用的位置。設(shè)各加工部位的切削力分別為P、P、……P；各力作用的坐標(biāo)位置為（x，y）、（x，y）、……（x，y），那么切削合力的計(jì)算公式見式()。 P =P1 + P + …… + P = ΣP 式()切削合力作用的坐標(biāo)位置（x,y）的計(jì)算公式見式()。 式() 式中 P、P、……P——各加工部位的切削力 ——各切削力作用位置軸向力：P = 2 = N圓周力：F = N`左軸箱切削合力作用的位置： =123mm = 73mm 右軸箱切削合力的計(jì)算軸向力： 圓周力： F = N右軸箱切削合力作用的位置： = 0 ㎜= ㎜ 該工件的夾緊力與切削力垂直，此時，工件在切削力的作用下產(chǎn)生平移、轉(zhuǎn)動和顛覆的趨勢，因本夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使工件不能產(chǎn)生平移和顛覆的趨勢。所以只需計(jì)算防止工件轉(zhuǎn)動時的夾緊力值并和上章所計(jì)算出的夾緊力進(jìn)行比較，得出本夾具的夾緊力是否滿足要求。，工件在加工時，切削合力的作用線總是不同過夾具圓定位銷的中心的，此時工件在切削力的作用下就有可能產(chǎn)生繞圓定位銷中心而轉(zhuǎn)動的趨勢，因此夾緊力也要足以防止工件產(chǎn)生這樣的轉(zhuǎn)動。實(shí)際上菱形定位銷允許承受一部分切削力并防止工件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。從工件的力矩平衡條件可以得到：其受力圖見圖71。由上分析可列出力矩平衡方程見式（）。 式（）式中 ——左軸箱的切削合力——理論夾緊力——修正系數(shù) ——左軸箱切削合力在x軸上的作用的位置 ——右軸箱切削合力在x軸上的作用的位置 ——左軸箱切削合力在y軸上的作用的位置 ——右軸箱切削合力在y軸上的作用的位置 工件受力圖代入式()數(shù)據(jù)得25912（123+0）=164=(KF123)/246=(25912123)/164=8868N因?yàn)椋迹?0000）＜（），所以用手動螺旋夾緊時產(chǎn)生的扭矩足以抵消由用手動螺旋夾緊時產(chǎn)生的矩。因而油缸產(chǎn)生的夾緊力不需用來抵消用手動螺旋夾緊時產(chǎn)生的扭距，它只需用來阻止加工工件時產(chǎn)生的振動即可，那樣的話所選的油缸能夠滿足本夾具的要求結(jié)論 ：由上述計(jì)算和分析可知動螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力為10000N、。8 夾緊機(jī)構(gòu)和夾緊動力機(jī)構(gòu)的選擇在加工過程中,工件會受到切削力、慣性力、離心力等外力的作用,為了保證在這些外力作用下,工件仍能在夾具中保持定位的正確位置,而不致發(fā)生位移或產(chǎn)生振動,一般在夾具結(jié)構(gòu)中都必須設(shè)置一定的夾緊裝置,把工件壓緊夾牢在定位元件上. 其主要由三部分組成：(1)動力裝置：動力裝置是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。通常是指機(jī)動夾緊時所用的氣動、液壓、電動等動力裝置。(2)夾緊元件：夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件。通過它和工件受壓表面的直接接觸而完成夾緊動作。(3)中間傳動機(jī)構(gòu)：中間傳動機(jī)構(gòu)是介于力源和夾緊元件之間的傳動機(jī)構(gòu)，它將原動力以一定的大小和方向傳遞給夾緊元件。通常把夾緊元件和中間傳動機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為夾緊機(jī)構(gòu)。(1)夾緊時不破環(huán)工件在夾具中占有的正確位置。(2)夾緊力要適當(dāng),即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及夾緊變形。(3)夾緊機(jī)構(gòu)操作安全、省力,夾緊迅速。(4)夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程序、,便于制造與維修。(5)具有良好的自鎖性能。夾緊機(jī)構(gòu)采用壓板。為了夾緊的可靠，夾緊拉桿上插兩個開口壓板。 夾緊動力機(jī)構(gòu)的選擇該機(jī)床的夾緊動力機(jī)構(gòu)采用液壓機(jī)構(gòu)。夾緊示意圖見圖 81所示。圖 81 夾緊示意圖 （與氣壓傳動相比）(1)液體的工作壓力比氣體的工作壓力高，～。所以在要求產(chǎn)生同樣大小的作用力（或力矩）時，油缸體積比氣缸體積小得多，因而慣性力也小；(2)液體有不可壓縮性，因此用于夾緊時剛性高；(3)可以在比較大的調(diào)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無極調(diào)整；(4)工作平穩(wěn)，油有吸震能力，便于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向；(5)操縱簡單，便于實(shí)現(xiàn)自動化，氣、液、電聯(lián)合應(yīng)用時更能充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)；(6)易于實(shí)現(xiàn)部件過載保護(hù)，超負(fù)荷時油液可從安全溢流閥自動溢流；(7)系統(tǒng)工作時，工作介質(zhì)—油液可以自動潤滑運(yùn)動偶件 ，有利于提高元件使用壽命；(8)易于實(shí)現(xiàn)零部件的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，便于組織專業(yè)化生產(chǎn)。由于液壓傳動具有以上特點(diǎn)，所以在機(jī)床和機(jī)床夾具中得到了廣泛應(yīng)用。 液壓傳動的一些不足(1)容易漏油，這不但引起壓力損失，同時也會造成對工作環(huán)境的污染；(2)液壓元件制造精度要求高，因而其成本比氣壓元件高；(3)系統(tǒng)工作時噪聲較大；(4)控制系統(tǒng)比氣壓傳動的復(fù)雜，不適合遠(yuǎn)距離操作；(5)由于油的粘度，在高溫和低溫條件下不易正常工作。因此，在液壓傳動裝置的設(shè)計(jì)過程中，盡可能的揚(yáng)長避短，使其充分發(fā)揮液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。 液壓傳動裝置各個部分的設(shè)計(jì)與選擇(1)動力部分的設(shè)計(jì)和選擇：動力部分主要是指能提供滿足預(yù)定要求的壓力和流量的工作油液，以保證系統(tǒng)的正常工作。常用元件有電動泵、手動泵、氣液增壓器、液壓增壓器等。綜合考慮現(xiàn)選用電動泵作為液壓傳動系統(tǒng)的動力裝置。(2)控制部分的設(shè)計(jì)與選擇：控制部分主要是指保證系統(tǒng)各個部分準(zhǔn)確的按照設(shè)計(jì)的要求完成負(fù)載——過載保護(hù)——切換——空載這樣一個循環(huán)過程。常用元件主要有：用于換向作用的方向閥（單向閥、轉(zhuǎn)閥、手動滑閥、機(jī)動滑閥、電磁閥、液動滑閥）；用于穩(wěn)壓作用的穩(wěn)壓閥（各種類型的減壓閥）；用于顯示壓力、保護(hù)流量、自動切斷通路的過載保護(hù)閥（溢流閥、壓力繼電器、壓力表）。(3)執(zhí)行部分的設(shè)計(jì)與選擇：執(zhí)行部分主要是指將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，以達(dá)到直接驅(qū)動夾具上的夾緊機(jī)構(gòu)動作的目的，常用元件有：直動液壓缸；回轉(zhuǎn)液壓缸兩種。在本傳動裝置中選用直動液壓缸作為執(zhí)行部件。(4)輔助裝置的設(shè)計(jì)與選擇：輔助裝置是夜壓部分的主要附件，是用于連接各個傳動裝置的零部件，以確保液壓系統(tǒng)的安全、可靠工作的重要保障。常用元件有：管路、接頭、油箱、蓄能器等。(5)定位夾緊機(jī)構(gòu)是使工件得到正確的定位及可靠的夾緊的。其結(jié)構(gòu)、尺寸的設(shè)計(jì)詳細(xì)情況見有關(guān)的定位裝置的設(shè)計(jì)、夾緊裝置的設(shè)計(jì)，在次不再贅述。(1)液壓傳動基本回路的要求：必須保證系統(tǒng)有穩(wěn)定的工作壓力，由于加工零件不同，切削條件不一樣，所采用的夾具也是不一樣的，因此對夾緊力的要求也是不一樣的，所以，一個液壓源欲能適應(yīng)各種不同的要求，在系統(tǒng)中必須設(shè)置穩(wěn)壓回路和調(diào)壓回路；當(dāng)有多缸同時工作時，要求在時間和空間上協(xié)調(diào)一致，不應(yīng)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)壓力系統(tǒng)時，應(yīng)設(shè)計(jì)多缸之間的配合回路或者是相互獨(dú)立的回路；在大批量生產(chǎn)中，為節(jié)約輔助時間，要求在一個工作循環(huán)完畢之后，能自動換向，以便于操作者裝卸工件，因此系統(tǒng)必須設(shè)有換向回路；要確保安全，管路應(yīng)盡可能的簡單、維修方便。(2)基本回路的連接方式：常用的基本回路連接方式有三種：管式連接、板式連接、集成塊連接。管式連接是以油管和接頭連接成的回路，其特點(diǎn)是靈活性大，易實(shí)現(xiàn)各種方案的回路控制，但是管路松散，安裝、維修不夠方便；摩擦阻力和壓力損失比較大，加劇油液溫度升高。板式連接是以鑄孔板、鉆孔板等板式元件代替油管和接頭組成的回路，安裝維修方便，摩擦阻力和壓力損失較小，但夾板密合要求較高，易發(fā)生高低壓油串通，使機(jī)構(gòu)動作失調(diào)。集成塊連接是元件與元件直接接觸，用長螺栓桿連在一起組成回路，其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，組裝維修方便、密封簡單、漏油部位少，但元件之間密合要求較高，制造精度較高，制造成本較高。綜合考慮，液壓傳動基本回路擬選用管式連接。 (3)液壓夾具的基本回路的原理圖如下見圖82： 圖82 液壓夾具的基本回路的原理圖在這里為了保障加工的順利進(jìn)行，采用帶有聯(lián)鎖裝置的穩(wěn)壓回路。其工作過程如下，由定量泵供油，當(dāng)油缸活塞向上動作夾緊工件后，油壓增高，壓力繼電器動作斷開電機(jī)電路，使油泵停止工作。 當(dāng)壓力低于預(yù)定壓力時，壓力繼電器又接通電機(jī)，繼續(xù)使油泵供油。適用于加工時間較長的機(jī)床夾具，節(jié)約動力和防止油溫過高。