液壓夾具的設計原則及應用

齊育梅 劉洪濤 林會珍

摘 要：夾具是工業生產制造過程中的重要工具，可以根據實際生產需要，進行不同的設計，液壓夾具也是其中之一，探究液壓夾具的設計原則及應用情況，可以為機械制造的后續發展奠定基礎。文章從應用現狀、設計原則、設計步驟等方面對液壓夾具進行分析，并且通過實際應用案例，對液壓夾具的發展作出判斷。

關鍵詞：液壓夾具；設計原則；機械制造；自動化生產

中圖分類號：TG757 文獻標志碼：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

隨著現代工業的不斷發展，制造技術水平也逐漸提高，形成了批量化生產模式，液壓夾具在其中發揮至關重要的作用。這種工業工具的應用，不僅可以對生產節奏、生產質量進行良好的控制，還降低了生產勞動強度，是實現自動化生產的關鍵，因此，加強對液壓夾具的設計原則及應用的具體分析，具有現實意義。

1 液壓夾具的應用現狀

液壓夾具是現階段工業機械設備自動化生產中最為重要的一種工具設備，在提高生產質量、降低勞動強度、提高工作效率等方面發揮著重要作用。近幾年來，機械設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、穩定性等優點，在批量生產加工環節中得到了廣泛應用，但是在實際應用過程中，液壓夾具也存在一定的缺陷，需要引起重視。第一，液壓夾具上所有執行元件的動作均由同一組液壓閥進行控制，導致在生產過程中，無法實現先后動作順序，也無法完成切換過程，定位的準確性也無法保證。生產出的工件也出現了變形等情況。第二，液壓夾具的輔助性功能也十分重要，但是在實際應用過程中，如果想要應用單向節流閥限制輔助支撐的進油量并不成功，一旦打開的單向節流閥，油液就會進入到輔助支撐油缸中，在這樣的情況下，加工質量無法保證。

2 液壓夾具的設計原則

在機械夾具設計時，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，工件位置的確認工作同樣十分重要，這是加工工件的基礎也是加工工件的關鍵。想要保證加工質量符合要求，刀具、機床、夾具都要在加工前進行調整，保證加工位置正確。在實際操作過程中，每個工具都要進行準確定位，比如：機床、刀具、夾具和工件等，避免出現誤差，按照有關規定和實際需求進行設置。還要對調整結果進行檢驗，反復確認位置的準確性，對于液壓夾具而言，設計基準非常關鍵，但是液壓夾具本身涉及的基準較多，要在正式施工之前，按照基準和工序圖對工序進行確定，在確定了液壓夾具的基準位置后，就可以確定其他工件的位置[1]。一般情況，在對液壓夾具進行應用的過程中，首先就要確定相應的設計原則，為工藝規程制定提供參考，也能夠保證液壓夾具在實際使用過程中的安全可靠。

3 液壓夾具的設計步驟

3.1 確定液壓缸的結構形式

在確定液壓缸結構形式時，需要充分考慮到結構需求，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一步劃分，包括單活塞桿夾緊液壓缸和單活塞桿彈簧復位液壓缸，目前常用的液壓缸結構形式有四種，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。在這個環節中，還要確定液壓系統的主要參數，包括：壓力、流量，在計算過程中，主要涉及外部負載、內部液壓回路的運動速度、液壓執行元件的結構尺寸決定。

3.2 設計液壓夾具基本方案

在確定了相關結構尺寸、壓力、流量等工藝參數后，還要設計液壓夾具的具體運行方案，并且繪制出液壓系統圖。基本方案中包括了：調速方案、壓力控制方案、順序動作方案、液壓動力源。根據上文中提及的液壓元件，借助液壓系統中的換向閥、流量控制閥，控制液壓元件的運動方向和運動速度，完成調速過程。液壓系統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整溢流閥、減壓閥等設備，讓系統中的每個回路保持其所需要的壓力，以驅動系統中的不同負載。順序動作方案也十分重要，想要保證液壓系統穩定性工作，就要設計出科學的順序動作方案，比如：前后動作互鎖，只有在完全執行了前一個動作后，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，確定回路中壓力達到一定數值，判斷前一個動作執行完成，壓力繼電器就會發出電信號啟動下一個動作。液壓系統中動力源是保證整個系統穩定運行的關鍵，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，就會導致工作效率減低、造成能源浪費，如果液壓泵過小，就會導致系統無法滿足需求，液壓泵提供的流量要和系統流量相匹配。以恩派克液壓夾具為例，在液壓泵入口和回油口都設置了過濾裝置，避免系統工作中產生的雜質流回油箱。根據上述內容，可以繪制液壓系統原理圖，以此為液壓系統的安裝、調試、檢測、維修等工作提供基礎，需要注意的是，繪制原理圖必須要采用液壓元件圖形符號，保證原理圖規范化，符合國家標準。比如：電磁鐵的動作順序表，需要詳細標出液壓元件的規格型號、參數等。

3.3 選擇液壓元件和專用件

在此基礎上，液壓元件的選擇和專用件設計非常關鍵，液壓泵是液壓元件中的關鍵，結合壓力、流量這兩個因素，計算液壓泵的最大工作壓力，根據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所需要的最大流量。結合液壓泵的最大工作壓力、輸出的最大流量，選擇液壓泵的規格，求出液壓泵電機的功率，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、管道內徑、管道接頭。在選擇過程中，需要結合具體的工作條件，保證管道可以滿足在液壓夾具的工作需求。在液壓系統中還有一個環節確定極為重要，那就是液壓系統的油箱、油以及濾油器這三個方面，根據工作壓力、工作環境溫度、工件部件運動速度、液壓泵的實際要求，具體選擇濾油器。

3.4 液壓系統實際應用效果

液壓夾具需要通過油壓缸來完成應用工作，油缸運動動作可以利用液壓夾具進行控制，利用液壓夾具可以控制動作運行速度、壓力大小。液壓系統中包括：電機設備、注油器、油箱、油面計、單向閥、油泵、濾油網、方向控制閥、直立式的壓力表、壓力表的開關、節流閥、油路塊以及自然式的油冷機等。通過上文的分析設計，在完成液壓系統的組裝后，對液壓系統的性能進行分析，計算液壓系統的壓力損失、發熱功率、散熱功率。在驗算分析的過程中，需要重點驗證蓄能器的總容積、節流閥/調速閥的最小穩定量，還要注意先導式減壓閥的泄漏量，保證相關參數符合要求[2]。以某氣缸加工企業為例，該企業在應用了液壓夾具后，加工精度得到了顯著提升，通過控制節流閥/調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，夾具成本得到大幅度降低。

4 液壓夾具的實際應用

4.1 液壓夾具的應用案例

縱觀目前機械制造工業加工生產工作的發展現狀，可以發現不同客戶對產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現精準定位、牢固緊密，輔助性功能要能夠做到自動接料/沖屑、生產防錯、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，在生產加工過程中，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變形的情況。不僅如此，恩派克液壓夾具在實際應用過程中還起到了輔助機器人的作用，在加工固定后可以起到有效的支撐、夾緊效果。目前，自動化技術已經在機械制造行業中得到了大范圍的推廣，生產線中普遍采用的都是自動化技術，液壓夾具的使用可以讓生產自動化工作可以更加穩定的進行。

4.2 液壓夾具的應用流程

首先，應用進油軟管、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，反復確認工件的定位狀態；再次，保證定位準確后，啟動液壓站；最后，打開液壓開關，接通油路讓高壓油進入液壓夾具體內，根據壓力情況，控制液壓開關，讓完成工件夾緊過程，關閉液壓站。與此同時，就可以進一步對工件進行加工。近幾年來，中國的機械生產自動化技術水平不斷提高，更新換代的速度逐漸加快，液壓夾具作為其中之一，也會擁有更好的發展前景，讓機械生產效率得到進一步提高，有效降低勞動前度，保證加工質量的穩定。從液壓夾具的應用流程來看，操作者的勞動強度大幅度降低，在對加工完成品進行檢驗后，可以確定借助液壓夾具完成的加工產品完全符合國家標準，值得在工藝裝備加工過程中推廣這一技術[3]。

5 結束語

綜上所述，隨著國家工業化水平不斷提升，機械制造業進入了全新的發展階段，產品制造的效率、質量都隨之提高。在這樣的狀態下，想要進一步提高產品靈活性，實現批量化、規范化生產發展，就要提高企業的經濟效益，就要加強對液壓夾具設計原則、實際應用等方面的分析，為液壓夾具提供良好的發展前景。

參考文獻：

[1]王化清.加工中心通用液壓夾具的設計與應用[J].機車車輛工藝，2018（05）：27-28+30.

[2]劉慧，王振，趙玉鵬，等.液壓夾具的設計原則及應用[J].山東工業技術，2018（01）：27.

[3]張璐.加工中心夾具的液壓系統設計缺陷和改進[J].制造技術與機床，2016（05）：133-136.