【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)力傳動(dòng)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(guò)程中是不斷變化的。在切削過(guò)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(shí)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(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)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(jiǎn)化問(wèn)題，在確定夾緊力時(shí)，一般假定工藝系統(tǒng)：工件夾具刀具機(jī)床都是絕對(duì)剛性的；切削過(guò)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(wèn)題來(lái)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(huì)造成如惡果：加大了夾具驅(qū)動(dòng)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(guò)于龐大；增加了工件在夾緊時(shí)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(gè)剛性系統(tǒng)以簡(jiǎn)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(dòng)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(cè)可知， 實(shí)際所需夾緊力見(jiàn)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(shí)取K=～3。精加工時(shí)取K=～2。加工過(guò)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(shí)應(yīng)按最不利的情況考慮。在實(shí)際夾具設(shè)計(jì)中，對(duì)于夾緊力的大小并非在所有情況下都要計(jì)算確定。如對(duì)手動(dòng)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(shí)加工，在一臺(tái)機(jī)床上往往有大量刀具同時(shí)工作，粗加工時(shí)切削力都很大，例如在多軸鉆床上加工時(shí)，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(shí)震動(dòng)也較大，尤其在多軸粗鏜孔，刮斷面和銑削的時(shí)候。當(dāng)各種刀具同時(shí)工作時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(duì)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(guò)程中最不利的工作情況來(lái)確定所需的夾緊力。在個(gè)面同時(shí)加工時(shí)應(yīng)按相對(duì)的兩個(gè)方向上的切削力不能互相抵消的最壞情況來(lái)確定所需的夾緊力。因?yàn)?，由于各?dòng)力頭的進(jìn)給阻力不等和液壓系統(tǒng)工作的不同步性等原因，相對(duì)兩面的動(dòng)力頭實(shí)際上不可能同時(shí)開(kāi)始或結(jié)束切削工作，因此便形成了某一個(gè)動(dòng)力頭單獨(dú)切削工件的情況。(5)確定夾緊力時(shí)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(shí)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(shí)，隨著切削力的增加，在夾緊力一定的情況下，就會(huì)使夾緊工件的力減少，當(dāng)切削力大于夾緊力時(shí)，工件即離開(kāi)定位基準(zhǔn)。因此通常只在切削力較小和切削過(guò)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(shí)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(shí)，按照自鎖機(jī)構(gòu)的特性，如果夾緊系統(tǒng)是絕對(duì)剛性的話（實(shí)際上時(shí)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(huì)離開(kāi)定位基準(zhǔn)。由此可見(jiàn)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(guò)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(shí)，一般只考慮切削加工時(shí)的主切削力。對(duì)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(shí)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(jiàn)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(jiàn)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(shí)，工件在切削力的作用下產(chǎn)生平移、轉(zhuǎn)動(dòng)和顛覆的趨勢(shì)，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(shì)。所以只需計(jì)算防止工件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)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(shí)，切削合力的作用線總是不同過(guò)夾具圓定位銷的中心的，此時(shí)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(dòng)的趨勢(shì)，因此夾緊力也要足以防止工件產(chǎn)生這樣的轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)。從工件的力矩平衡條件可以得到：其受力圖見(jiàn)圖71。由上分析可列出力矩平衡方程見(jiàn)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(dòng)螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的扭矩足以抵消由用手動(dòng)螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的矩。因而油缸產(chǎn)生的夾緊力不需用來(lái)抵消用手動(dòng)螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的扭距，它只需用來(lái)阻止加工工件時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)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?jiǎng)勇菪龏A緊機(jī)構(gòu)的夾緊力為10000N、。8 夾緊機(jī)構(gòu)和夾緊動(dòng)力機(jī)構(gòu)的選擇在加工過(guò)程中,工件會(huì)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(dòng),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(dòng)力裝置：動(dòng)力裝置是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。通常是指機(jī)動(dòng)夾緊時(shí)所用的氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)等動(dòng)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(guò)它和工件受壓表面的直接接觸而完成夾緊動(dòng)作。(3)中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是介于力源和夾緊元件之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它將原動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為夾緊機(jī)構(gòu)。(1)夾緊時(shí)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(guò)程中定位的穩(wěn)定性,又要防止因夾緊力過(guò)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(gè)開(kāi)口壓板。 夾緊動(dòng)力機(jī)構(gòu)的選擇該機(jī)床的夾緊動(dòng)力機(jī)構(gòu)采用液壓機(jī)構(gòu)。夾緊示意圖見(jiàn)圖 81所示。圖 81 夾緊示意圖 （與氣壓傳動(dòng)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(shí)，油缸體積比氣缸體積小得多，因而慣性力也??；(2)液體有不可壓縮性，因此用于夾緊時(shí)剛性高；(3)可以在比較大的調(diào)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)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(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，氣、液、電聯(lián)合應(yīng)用時(shí)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(dòng)工作循環(huán)；(6)易于實(shí)現(xiàn)部件過(guò)載保護(hù)，超負(fù)荷時(shí)油液可從安全溢流閥自動(dòng)溢流；(7)系統(tǒng)工作時(shí)，工作介質(zhì)—油液可以自動(dòng)潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)的一些不足(1)容易漏油，這不但引起壓力損失，同時(shí)也會(huì)造成對(duì)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(shí)噪聲較大；(4)控制系統(tǒng)比氣壓傳動(dòng)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(dòng)裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡可能的揚(yáng)長(zhǎng)避短，使其充分發(fā)揮液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。 液壓傳動(dòng)裝置各個(gè)部分的設(shè)計(jì)與選擇(1)動(dòng)力部分的設(shè)計(jì)和選擇：動(dòng)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(dòng)泵、手動(dòng)泵、氣液增壓器、液壓增壓器等。綜合考慮現(xiàn)選用電動(dòng)泵作為液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)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(gè)部分準(zhǔn)確的按照設(shè)計(jì)的要求完成負(fù)載——過(guò)載保護(hù)——切換——空載這樣一個(gè)循環(huán)過(guò)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(dòng)滑閥、機(jī)動(dòng)滑閥、電磁閥、液動(dòng)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(dòng)切斷通路的過(guò)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(dòng)夾具上的夾緊機(jī)構(gòu)動(dòng)作的目的，常用元件有：直動(dòng)液壓缸；回轉(zhuǎn)液壓缸兩種。在本傳動(dòng)裝置中選用直動(dòng)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(gè)傳動(dòng)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(jiàn)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(dòng)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(duì)夾緊力的要求也是不一樣的，所以，一個(gè)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(shí)工作時(shí)，要求在時(shí)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(shí)，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(shí)間，要求在一個(gè)工作循環(huán)完畢之后，能自動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)作失調(diào)。集成塊連接是元件與元件直接接觸，用長(zhǎng)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(jiǎn)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(dòng)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(jiàn)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(guò)程如下，由定量泵供油，當(dāng)油缸活塞向上動(dòng)作夾緊工件后，油壓增高，壓力繼電器動(dòng)作斷開(kāi)電機(jī)電路，使油泵停止工作。 當(dāng)壓力低于預(yù)定壓力時(shí)，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(shí)間較長(zhǎng)的機(jī)床夾具，節(jié)約動(dòng)力和防止油溫過(guò)高。