液压夹具的设计原则及应用

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　　摘 要：夹具是工业生产制造过程中的重要工具，可以根据实际生产需要，进行不同的设计，液压夹具也是其中之一，探究液压夹具的设计原则及应用情况，可以为机械制造的后续发展奠定基础。文章从应用现状、设计原则、设计步骤等方面对液压夹具进行分析，并且通过实际应用案例，对液压夹具的发展作出判断。
　　关键词：液压夹具；设计原则；机械制造；自动化生产
　　中图分类号：TG757 文献标志码：A 文章编号：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
　　随着现代工业的不断发展，制造技术水平也逐渐提高，形成了批量化生产模式，液压夹具在其中发挥至关重要的作用。这种工业工具的应用，不仅可以对生产节奏、生产质量进行良好的控制，还降低了生产劳动强度，是实现自动化生产的关键，因此，加强对液压夹具的设计原则及应用的具体分析，具有现实意义。
　　1 液压夹具的应用现状
　　液压夹具是现阶段工业机械设备自动化生产中最为重要的一种工具设备，在提高生产质量、降低劳动强度、提高工作效率等方面发挥着重要作用。近几年来，机械设备自动化水平也在不断提高，液压夹具利用其本身的高效性、通用性、稳定性等优点，在批量生产加工环节中得到了广泛应用，但是在实际应用过程中，液压夹具也存在一定的缺陷，需要引起重视。第一，液压夹具上所有执行元件的动作均由同一组液压阀进行控制，导致在生产过程中，无法实现先后动作顺序，也无法完成切换过程，定位的准确性也无法保证。生产出的工件也出现了变形等情况。第二，液压夹具的辅助性功能也十分重要，但是在实际应用过程中，如果想要应用单向节流阀限制辅助支撑的进油量并不成功，一旦打开的单向节流阀，油液就会进入到辅助支撑油缸中，在这样的情况下，加工质量无法保证。
　　2 液压夹具的设计原则
　　在机械夹具设计时，工具在夹具上的定位是很重要的。在利用液压夹具加工工件的过程中，工件位置的确认工作同样十分重要，这是加工工件的基础也是加工工件的关键。想要保证加工质量符合要求，刀具、机床、夹具都要在加工前进行调整，保证加工位置正确。在实际操作过程中，每个工具都要进行准确定位，比如：机床、刀具、夹具和工件等，避免出现误差，按照有关规定和实际需求进行设置。还要对调整结果进行检验，反复确认位置的准确性，对于液压夹具而言，设计基准非常关键，但是液压夹具本身涉及的基准较多，要在正式施工之前，按照基准和工序图对工序进行确定，在确定了液压夹具的基准位置后，就可以确定其他工件的位置[1]。一般情况，在对液压夹具进行应用的过程中，首先就要确定相应的设计原则，为工艺规程制定提供参考，也能够保证液压夹具在实际使用过程中的安全可靠。
　　3 液压夹具的设计步骤
　　3.1 确定液压缸的结构形式
　　在确定液压缸结构形式时，需要充分考虑到结构需求，一般情况下，液压缸可以分为两种类型，分别为：单作用和双作用，在此基础上，还可以分为单活塞杆和双活塞杆，其中单活塞杆的活动方式还可以进一步划分，包括单活塞杆夹紧液压缸和单活塞杆弹簧复位液压缸，目前常用的液压缸结构形式有四种，分别为：双作用单活塞杆夹紧液压缸，单作用单活塞杆弹簧复位液压夹紧缸，单作用单活塞杆带弹簧液压夹紧缸，双作用双活塞杆液压夹紧缸。在这个环节中，还要确定液压系统的主要参数，包括：压力、流量，在计算过程中，主要涉及外部负载、内部液压回路的运动速度、液压执行元件的结构尺寸决定。
　　3.2 设计液压夹具基本方案
　　在确定了相关结构尺寸、压力、流量等工艺参数后，还要设计液压夹具的具体运行方案，并且绘制出液压系统图。基本方案中包括了：调速方案、压力控制方案、顺序动作方案、液压动力源。根据上文中提及的液压元件，借助液压系统中的换向阀、流量控制阀，控制液压元件的运动方向和運动速度，完成调速过程。液压系统工作中对压力有着一定的需求，想要得到合适的压力可以通过调整溢流阀、减压阀等设备，让系统中的每个回路保持其所需要的压力，以驱动系统中的不同负载。顺序动作方案也十分重要，想要保证液压系统稳定性工作，就要设计出科学的顺序动作方案，比如：前后动作互锁，只有在完全执行了前一个动作后，才能够启动后一个动作。具体原理为：利用压力继电器检测压力，确定回路中压力达到一定数值，判断前一个动作执行完成，压力继电器就会发出电信号启动下一个动作。液压系统中动力源是保证整个系统稳定运行的关键，主要涉及：压泵、温控装置、过滤装置以及蓄能装置等，在选择过程中，需要充分考虑到液压系统的最大压力、流量、温度等因素。以液压泵的选择为例，如果液压泵过大，就会导致工作效率减低、造成能源浪费，如果液压泵过小，就会导致系统无法满足需求，液压泵提供的流量要和系统流量相匹配。以恩派克液压夹具为例，在液压泵入口和回油口都设置了过滤装置，避免系统工作中产生的杂质流回油箱。根据上述内容，可以绘制液压系统原理图，以此为液压系统的安装、调试、检测、维修等工作提供基础，需要注意的是，绘制原理图必须要采用液压元件图形符号，保证原理图规范化，符合国家标准。比如：电磁铁的动作顺序表，需要详细标出液压元件的规格型号、参数等。 　　3.3 选择液压元件和专用件
　　在此基础上，液压元件的选择和专用件设计非常关键，液压泵是液压元件中的关键，结合压力、流量这两个因素，计算液压泵的最大工作压力，根据最大工作压力确定液压泵的流量，保证液压泵输出的最大流量大于系统所需要的最大流量。结合液压泵的最大工作压力、输出的最大流量，选择液压泵的规格，求出液压泵电机的功率，一般情况下，液压泵的额定压力要大于最大工作压力的25%-60%。除了液压泵制之外，管道选择工作也十分重要，包括管道种类、管道内径、管道接头。在选择过程中，需要结合具体的工作条件，保证管道可以满足在液压夹具的工作需求。在液压系统中还有一个环节确定极为重要，那就是液压系统的油箱、油以及滤油器这三个方面，根据工作压力、工作环境温度、工件部件运动速度、液压泵的实际要求，具体选择滤油器。
　　3.4 液压系统实际应用效果
　　液压夹具需要通过油压缸来完成应用工作，油缸运动动作可以利用液压夹具进行控制，利用液压夹具可以控制动作运行速度、压力大小。液压系统中包括：电机设备、注油器、油箱、油面计、单向阀、油泵、滤油网、方向控制阀、直立式的压力表、压力表的开关、节流阀、油路块以及自然式的油冷机等。通过上文的分析设计，在完成液压系统的组装后，对液压系统的性能进行分析，计算液压系统的压力损失、发热功率、散热功率。在验算分析的过程中，需要重点验证蓄能器的总容积、节流阀/调速阀的最小稳定量，还要注意先导式减压阀的泄漏量，保证相关参数符合要求[2]。以某气缸加工企业为例，该企业在应用了液压夹具后，加工精度得到了显著提升，通过控制节流阀/调速阀有效避免零件夹紧力不足或者夹紧力较大的情况，而且液压夹具的通用性较强，夹具成本得到大幅度降低。
　　4 液压夹具的实际应用
　　4.1 液压夹具的应用案例
　　纵观目前机械制造工业加工生产工作的发展现状，可以发现不同客户对产品加工情况有着不同的需求。比如：液压夹具的基本功能要实现精准定位、牢固紧密，辅助性功能要能够做到自动接料/冲屑、生产防错、信息定位、信息反馈等。以恩派克液压夹具为例，这款夹具的定位能力相对较优，在生产加工过程中，具有良好的夹紧力，在油缸工作过程中，为油缸提供支撑，避免加工过程中出现变形的情况。不仅如此，恩派克液压夹具在实际应用过程中还起到了辅助机器人的作用，在加工固定后可以起到有效的支撑、夹紧效果。目前，自动化技术已经在机械制造行业中得到了大范围的推广，生产线中普遍采用的都是自动化技术，液压夹具的使用可以让生产自动化工作可以更加稳定的进行。
　　4.2 液压夹具的应用流程
　　首先，应用进油软管、回油软管让液压夹具和液压站相连接；其次，将加工工件的起吊装置放置在夹具的定位元件之上，反复确认工件的定位状态；再次，保证定位准确后，启动液压站；最后，打开液压开关，接通油路让高压油进入液压夹具体内，根据压力情况，控制液压开关，让完成工件夹紧过程，关闭液压站。与此同时，就可以进一步对工件进行加工。近几年来，中国的机械生产自动化技术水平不断提高，更新换代的速度逐渐加快，液压夹具作为其中之一，也会拥有更好的发展前景，让机械生产效率得到进一步提高，有效降低劳动前度，保证加工质量的稳定。从液压夹具的应用流程来看，操作者的劳动强度大幅度降低，在对加工完成品进行检验后，可以确定借助液压夹具完成的加工产品完全符合国家标准，值得在工艺装备加工过程中推广这一技术[3]。
　　5 结束语
　　综上所述，随着国家工业化水平不断提升，机械制造业进入了全新的发展阶段，产品制造的效率、质量都随之提高。在这样的状态下，想要进一步提高产品灵活性，实现批量化、规范化生产发展，就要提高企业的经济效益，就要加强对液压夹具设计原则、实际应用等方面的分析，为液压夹具提供良好的发展前景。
　　参考文献：
　　[1]王化清.加工中心通用液压夹具的设计与应用[J].机车车辆工艺，2018（05）：27-28+30.
　　[2]刘慧，王振，赵玉鹏，等.液压夹具的设计原则及应用[J].山东工业技术，2018（01）：27.
　　[3]張璐.加工中心夹具的液压系统设计缺陷和改进[J].制造技术与机床，2016（05）：133-136.
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