液压在机械加工行业的应用

【摘 要】液压技术在各行业中得到广泛的应用，向着高压、高速、高效、大流量、大功率、微型化、低噪声、低能耗、经久耐用、高度集成化、机电一体化方向发展。液压缸在工程机械方面应用广泛，主要用于复杂工况下径向、轴向压力的承载，具体因不同的工作场合而承受不同压力。性能稳定、渗油合理，是液压缸质量安全的重要衡量标准，以适应恶劣的工程机械环境。全面提升液压缸设计水平和生产能力。

　　【关键词】液压、机床、工装

　　人类是善于模仿的，通过很多对大自然的模仿，发明了很多东西。液压就是人类仿照大自然的杰出例子。蜘蛛的腿里没有肌肉，它使依靠调节腿内液体的压力来控制腿的运动，人类仿照蜘蛛的腿部动作，发明了液压。

　　液压的发展主要分为3个阶段：第一阶段从17世纪帕斯卡提出液体中压力传递的基本理论，1795年世界上第一台水压机诞生，已有200多年的历史。由于当时技术、元件的不成熟，以水作为工作介质的密封问题以及电气传动技术的发展和竞争，造成液压技术发展一度停滞不前；第二阶段从20世纪初期开始，由于工艺技术的提升，出现了以电液伺服系统为代表的响应快、精度高的液压元件以及控制系统从而使液压技术得到快速发展。并开始在机床上使用液压元件；第三阶段从20世纪中期开始，工艺技术有了很大的提高，液压元件越来越丰富，随着原子能、航空航天技术、计算机技术的发展，液压技术在更深、更广的领域迅猛发展。现在液压技术作为现代工程的基础技术，凭借其功率重量比、可以无级调速、方便控制等方面的优势，在各领域不断发展，囊括了国民经济的各个领域。现实生活中也可以看到很多，如挖土机、消防车、千斤顶等。液压已成为现代机械工程的基本要素的关键技术之一。

　　1、 液压的特点

　　机械是由原动机、传动装置和工作机三部分组成。传动装置按照工作介质不同分为机械传动、电气传动、流体传动以及复合传动等。液压传动就是流体传动的一种。液压传动是以受压液体作为工作介质进行动力的转换、传递、控制和分配的流体传动，它具有4个特点：

　　（1）用来传动的液体具有一定的压力。

　　（2）传动的过程能量经过两次转换。

　　（3）传动的过程必须在密闭的容器中进行。

　　（4）传功的过程中容器的容器会发生变化。

　　与机械传动以及电气传动相比，液压传动的优缺点如下：

　　1.1优点：重量轻、体积小、效率高，有利于机械设备的微型化、小型化、并进行大功率作业；管路、液压元件布局灵活方便，布局安装呈柔性；调速的范围大，并且可以实现机械传动无法达到的无级调速；工作平稳，液压油由于弹性好可以吸收释放弹性，实现快速启动，制动甚至换向；易于通过液压阀实现过载保护。

　　1.2缺点：液压元件精度要求高，价格昂贵，且加工、装配以及维护困难；在相对运动时，运动表面间不可能避免泄露，零件间密封不严也会造成泄露，污染环境；液压油因其物理特性的原因，无法保证传动比，在传动比要求严格时无法使用，如攻丝；因为使用油管传输液压油，不宜远距离输送；发生故障不易检修；液压油中混入空气将影响工作性能，如爬行、震动和噪声等；对温度变化比较敏感。

　　因为液压的特点，在直线往复运动、有冲击载荷、有过载保护要求应优先选择液压传动。

　　2　液压缸概况

　　2.1　工作原理

　　液压缸，是转化液压能为机械能的执行装置，方便人们的使用，以直线的往复或摆动两种运动方式来转化能量，具有结构简单、工作可靠的基本特点。一般情况下，往复运动可以省去减速装置的使用，能够平稳运动、无传动间隙。因此，适用于多类型机械的液压系统。

　　2.2　机械加工工艺

　　液压缸的质量标准重在零部件加工精度，确保尺寸精度、表面粗糙度符合高标准要求。

　　液压缸以缸体为主要构件，是在缸管焊接接头、法兰盘后形成。

　　2.3　液压缸零件结构

　　液压缸的零件有活塞、缸体、端盖、活塞杆等，因工艺参数、加工精度影响液压缸性能。而完成零部件装配后的刚度、强度、协作稳定性，都是液压系统稳定性、可靠性、寿命的决定因素。

　　一是缸体直径。液压缸以缸体为主要构成，以结构尺寸决定液压系统结构、体积、强度、刚度等性能参数。工程机械中选用的液压缸，缸体为450mm 内径，取 7 级的尺寸精度，将内控表面粗糙度限定在 0.32um以内，以 0.01mm 的同轴度公差控制漏油程度。缸体的结构参数直接决定液压缸性能的可靠性，需要预先将参数设计完善化。

　　二是缸体壁厚。缸体体壁有厚、薄之分。

　　一般情况下，壁厚、缸体内径的比率小于 0.1时，为薄壁缸体；反之，为厚壁缸体。而安全系数、材料抗拉强度，都是缸体壁厚计算过程中的影响因素。

　　三是缸底厚度。缸体底部是压力的主要承受部位，更加需要严格结构设计，使液压系统压力和大气压的双重作用下，底部厚度能够完全承载，避免引起安全事故。缸体底部厚度要综合内径、压强、许用压力等因素后确定。

　　四是活塞杆直径。活塞杆外圆一般配合缸体内部，随导向装置滑动，常因过大、过小的直径而引发漏油、机械锁死、缸体划伤等故障。活塞往返、缸体内壁速度都是活塞杆直径的决定因素，以深入对比往返速度的方式，确定活塞直径的最佳值。

　　五是导向装置长度。活塞杆能够完整地运动于导向装置内，必须确保导向装置的长度精确，过长、过短都是故障形成的直接原因，丧失了导向装置的导向作用；在导向装置过长时，液压缸缸体内部需要加大面积，而过短时，活塞杆行程也会压缩。所以，液压缸运转正常，首先需要充分发挥导向装置的功能作用，控制好导向装置的长度。

　　3 液压在机械加工行业的应用

　　液压技术在机械加工上的应用十分普遍，涉及机械加工的各个环节，包括铸造设备（离心铸造机）、成型设备折弯机、剪板机、焊接设备、金属切削机床（车床、铣床、磨床、刨床等），都会看到液压的影子。随着电气技术PLC的发展，液压技术、电气技术结合计算机技术，使的加工设备如虎添翼，它加快了机械加工行业自动化作业的步伐，把复杂工艺变为简单工艺，使机械加工进入一个快速发展的阶段。

　　金属切削机床是液压技术应用较早的领域之一，因为液压系统具有良好的换向以及易于实现自动化循环、改善劳动环境等优点，采用液压系统与控制仍是现代技术切削机床实现自动化的重要途径，即使我们公司生产的先进数控机床、加工中心采用了电伺服系统，在产品上也必不可少的需要使用液压技术。液压在加工设备上的使用，主要需要考虑到设备的运动、对传动精度的要求等。比如： 磨床和刨床主要以方向控制为主，液压机主要以压力控制为主。

　　3.1平磨上的液压系统

　　平磨运动为直线往复运动、制动换向时间短，并且在磨削方向上没有精度要求，使用液压传动十分适合。主要的液压元件有油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、单向阀、换向阀、液压缸。其中换向阀用于工作台做往复运动，溢流阀用于油管路的过载保护，单向阀用于防止液压油倒流，液压缸用作工作台往复运动的最终执行元件。很多平磨采用的是手动换向阀，可以通过调节工作台外侧的装置来灵活的更改工作台往复运动的起点、终点。除平磨外，导轨磨床、刨床等多使用液压传动来实现工作台的往复运动。

　　3.2加工中心液压的使用

　　加工中心大多有液压站，主要用于刀库、换台等。刀库上主要是机械手换刀时，取刀、还刀时使用液压缸控制机械手的位置。此处的运动为直线往复、旋转运动，使用液压的好处在于占用空间小、结构简单。而且可以缓解一些主轴抓刀时对机械手的作用力。

　　3.3工装上的液压系统

　　在机床上使用液压工装已不是什么新鲜事物了。工装上的液压系统的作用主要是通过PLC实现操作面板对工装的控制，间接达到对工件进行定位、夹紧。与传统的手动定位、夹紧相比，液压工装具有实现加工过程的自动化、夹紧力均匀、减少人为因素对零件加工的影响、降低操作者的劳动强度等优点、提高进攻零件的质量一致性，在自动化生产线上需使用液压工装。在龙门、立加等只有直线运动的机床上，工装的设计会简单很多。当工装安装在旋转工作台上的时候就需要有多方面的考虑了，建议采用保压的方式设计工装，油管以及阀门使用快换接头，且要在工作台的前方安装，这样在工作台旋转的时候就不要考虑油管的问题了，而且方便增加和卸载载荷，在多工作台或行程大的情况下也要采取保压的方式。不过保压都有一个时效性，需要根据生产节拍确定一个安全的库存，免得压力不够使得零件装夹松弛，造成废品。工装上使用液压的主要作用是夹紧、定位、浮动支撑，小零件夹紧时使用3个夹压点，定位使用液压将零件紧紧贴到定位面上，浮动支撑可以降低零件加工过程中产生的震动。液压工装的液压元件有油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、单向阀、换向阀、夹紧器。夹紧器之间、定位器之间、浮动支撑之间尽量使用同一组油管，这样可以保证夹压力大小一致，提高加工零件成品的质量和一致性。

　　4 液压传动使用的注意事项

　　4.1液压传动系统工作时，除了负载输出外，其余的功率全以热能散发出去，使液压油的温度升高，造成液压油粘稠度降低，零件间隙增大，影响了液压系统的正常工作。要使液压系统在良好的状态下运行,应使液压油的温度保持在允许范围内。

　　4.2液压系统液压油流速急剧变化时会引起液压冲击，此时的系统压力是正常工作压力的好几倍，引起设备的振动和噪音，影响系统的正常工作，而且还会损坏液压元件，某些阀体也会发生误动作。在工作中要防止液压冲击，避免液压油急剧变化，如开关阀门的时候要缓慢、限制管路中液压油的流速、设置液压缓冲、蓄能装置等。

　　4.3液压系统使用时需采取控制措施，减少污染。

　　5　结语

　　液压缸是由缸体、活塞杆、活塞几大部件构成，通过控制结构设计质量，使各零部件的工艺参数、加工精度符合客观需要，以便于加工流程的顺利推进，保障产品质量。液压缸的零部件校核，是确保其力学性能、工作可靠性达标的重要方式，保障液压系统的稳定性、工作寿命，全面提升液压缸的设计和生产工艺水平。

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