机床夹具夹紧机构的设计讲解

1、 第四节第四节 机床夹具夹紧机构的设计机床夹具夹紧机构的设计 一、夹紧机构设计应满足的要求一、夹紧机构设计应满足的要求 二、夹紧力的确定二、夹紧力的确定 三、常用夹紧机构三、常用夹紧机构 四、其它夹紧机构四、其它夹紧机构 五、夹紧机构的动力装置五、夹紧机构的动力装置 一一 夹紧机构设计应满足的要求夹紧机构设计应满足的要求 夹紧机构的设计原则：夹紧机构的设计原则： （1 1）保证定位准确、可靠（不能破坏定位）；）保证定位准确、可靠（不能破坏定位）； （2 2）工件与夹具的变形要在允许的范围内；）工件与夹具的变形要在允许的范围内； （3 3）夹紧机构必须可靠；）夹紧机构必须可靠； （4 4）操作安

2、全、省力、方便，符合习惯；）操作安全、省力、方便，符合习惯； （5 5）自动化程度与生产纲领适应。）自动化程度与生产纲领适应。 （一）夹紧力的方向（一）夹紧力的方向（结合图例说明）（结合图例说明） 二二 夹紧力的确定夹紧力的确定 1、有利于工件的准确定位、有利于工件的准确定位 2、有利于减小工件变形、有利于减小工件变形 3、有利于减小所需的夹紧力。、有利于减小所需的夹紧力。 （二）夹紧力的作用点（二）夹紧力的作用点（结合图例说明）（结合图例说明） 1、保证定位稳定可靠、保证定位稳定可靠 2、有利于减小变形、有利于减小变形 3、有利于减小振动、有利于减小振动 4、夹紧力的反作用力不应使夹具产生影

3、响加工精、夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精 度的变形度的变形 计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚 性系统以简化计算，然后根据工件受切削力、夹紧性系统以简化计算，然后根据工件受切削力、夹紧 力（大工件还应考虑重力，运动的工件还应考虑惯力（大工件还应考虑重力，运动的工件还应考虑惯 性力等），运用理论力学知识，计算出理论夹紧力，性力等），运用理论力学知识，计算出理论夹紧力， 再乘以安全系数再乘以安全系数K，此时实际所需夹紧力数值，此时实际所需夹紧力数值 JCJ JC J FKF F F K 式中实际所需的夹紧力 理论计算出的夹紧力 安全系数，查表

4、得到 （三）夹紧力大小（三）夹紧力大小 粗加工时，粗加工时，K=2.53 精加工时，精加工时，K=1.52 （四）其它准则（四）其它准则 定位的夹紧力先动作，夹紧的夹紧力后动作定位的夹紧力先动作，夹紧的夹紧力后动作 F F P 图图3.10 定位夹紧力先动作定位夹紧力先动作 夹紧元件只有在夹紧方向上移动，夹紧过程中才不致夹紧元件只有在夹紧方向上移动，夹紧过程中才不致 破坏定位。破坏定位。 学习内容：学习内容： 一、斜楔夹紧机构一、斜楔夹紧机构 二、螺旋夹紧机构二、螺旋夹紧机构 三、偏心夹紧机构三、偏心夹紧机构 三、三、 基本夹紧机构基本夹紧机构 一、斜楔夹紧机构一、斜楔夹紧机构1 点击点击 一

5、、斜楔夹紧机构一、斜楔夹紧机构2 点击点击 一、斜楔夹紧机构一、斜楔夹紧机构3 点击点击 一、斜楔夹紧机构一、斜楔夹紧机构4 点击点击 设计斜楔夹紧机构时，需要解决三个问题：设计斜楔夹紧机构时，需要解决三个问题： 1、保证斜楔自锁的条件是什么？这就是合理、保证斜楔自锁的条件是什么？这就是合理 选择斜楔升角的问题选择斜楔升角的问题 2、如何计算斜楔的夹紧力大小？、如何计算斜楔的夹紧力大小？ 3、如何将原始作用力转化为夹紧力？这实际是、如何将原始作用力转化为夹紧力？这实际是 解决中间递力机构的增力特性和夹紧行程问题解决中间递力机构的增力特性和夹紧行程问题 1、斜面自锁原理及斜楔自锁条件、斜面自锁原

6、理及斜楔自锁条件 f f 螺纹自锁条件螺纹自锁条件 斜面自锁条件斜面自锁条件 将斜面自锁条件推广到斜楔夹紧装置，两者的区别将斜面自锁条件推广到斜楔夹紧装置，两者的区别 仅在于用斜楔夹紧时，存在两处摩擦接触面，即斜仅在于用斜楔夹紧时，存在两处摩擦接触面，即斜 楔与工件、斜楔与夹具体。楔与工件、斜楔与夹具体。 因而有两个摩擦角因而有两个摩擦角1 2 12 自锁条件自锁条件 点击点击 自锁条件自锁条件 12 12 arctan0.15 43 11 通常f=0.1 为保证自锁，手动夹紧机构的升角一般取为保证自锁，手动夹紧机构的升角一般取6 8 2、斜楔的夹紧力的计算、斜楔的夹紧力的计算 3 斜楔的扩力

7、比与夹紧行程斜楔的扩力比与夹紧行程 扩力比扩力比 夹紧力与作用力之比称为扩力比夹紧力与作用力之比称为扩力比 i 12 1 tantan W Q F i F 12 10 2.6i 如取 6， 得到 可见，在作用力不太大的情况下，斜楔的夹可见，在作用力不太大的情况下，斜楔的夹 紧力是不大的（因为扩力比不大）紧力是不大的（因为扩力比不大） 夹紧行程夹紧行程 tan tan60.1 0.1 hs hs 总结：总结： 特点：特点： 有自锁性。通常斜角有自锁性。通常斜角=68 有增力作用。增力比为有增力作用。增力比为i=2 5。 能改变夹紧力的方向。能改变夹紧力的方向。 夹紧行程小。夹紧行程小。 主要用于

8、主要用于机动夹紧机动夹紧，当机动夹紧时不需要自锁，当机动夹紧时不需要自锁， 可取可取=1530 二、螺旋夹紧机构二、螺旋夹紧机构1 点击点击 二、螺旋夹紧机构二、螺旋夹紧机构2 点击点击 1、螺旋夹紧机构自锁条件、螺旋夹紧机构自锁条件 4 标准三角螺纹的升角， 自锁性能良好 2、螺旋夹紧机构夹紧力的计算、螺旋夹紧机构夹紧力的计算 螺杆在三个力矩作用下，处于平衡状态螺杆在三个力矩作用下，处于平衡状态： 3 螺旋夹紧机构的扩力比与夹紧行程螺旋夹紧机构的扩力比与夹紧行程 扩力比扩力比 12 8 306 2 若使用力臂L=14d 的标准扳手或手柄 取 3， ， 2 12 tantan 2 Q J F

9、L F d r 3 0 22 0 0140 1 109 1 75 3 JQ JQ JQ rFF rFF D rFF DD 0 3 当时 当d 时 3 D 当时 夹紧行程夹紧行程 夹紧行程无限制，但时间较长夹紧行程无限制，但时间较长 为了克服螺旋夹紧时费时的缺点，可以使用各种为了克服螺旋夹紧时费时的缺点，可以使用各种 快速接近快速接近或或快速撤离快速撤离工件的快速装夹结构工件的快速装夹结构 快速装夹结构快速装夹结构1-钩形垫圈夹紧钩形垫圈夹紧 点击点击 快速装夹结构快速装夹结构2-活节螺栓夹紧机构活节螺栓夹紧机构 点击点击 快速装夹结构快速装夹结构3开口垫圈开口垫圈 点击点击 快速装夹结构快速装

10、夹结构4-快卸螺杆机构快卸螺杆机构 点击点击 快速装夹结构快速装夹结构5-旋转快换旋转快换 点击点击 2 典型螺旋压板夹紧机构典型螺旋压板夹紧机构 特点：特点： 1 增大夹紧行程增大夹紧行程 2 比较费力比较费力 2典型螺旋压板夹紧机构典型螺旋压板夹紧机构 1 改变夹紧作用方向改变夹紧作用方向 2 夹紧力大于或等于夹紧力大于或等于 作用力作用力 2典型螺旋压板夹紧机构典型螺旋压板夹紧机构 1 夹紧行程小夹紧行程小 2 比较省力比较省力 3 特殊结构的螺旋压板机构特殊结构的螺旋压板机构 自动回转钩形压板自动回转钩形压板 点击点击 总结： 螺旋夹紧机构：螺旋夹紧机构： 特点：特点： 自锁性好，可靠

11、性高。自锁性好，可靠性高。 增力比大。增力比大。i=65140 广泛用于广泛用于手动夹紧手动夹紧中，通常使用快速装夹结中，通常使用快速装夹结 构提高工件安装速度。构提高工件安装速度。 结构简单，应用广泛。结构简单，应用广泛。 三、偏心夹紧机构三、偏心夹紧机构1 点击点击 三、偏心夹紧机构三、偏心夹紧机构2 点击点击 三、偏心夹紧机构三、偏心夹紧机构3 点击点击 三、偏心夹紧机构三、偏心夹紧机构4 点击点击 偏心夹紧原理偏心夹紧原理 偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等，偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等， a、c处处 升角为为升角为为0 0， P处升角最大。处升角最大。 自锁条件

12、：自锁条件：D/ e 1420 1、偏心夹紧机构自锁条件、偏心夹紧机构自锁条件 圆偏心在任一夹紧位置等效于一直线楔，所以夹圆偏心在任一夹紧位置等效于一直线楔，所以夹 紧力计算与斜楔夹紧相似。又从斜楔夹紧力计算公式知紧力计算与斜楔夹紧相似。又从斜楔夹紧力计算公式知 ，角越大，产生的夹紧力越小，所以角越大，产生的夹紧力越小，所以max时，夹时，夹 紧力最小：紧力最小： Fwmin最小夹紧力最小夹紧力(N)； FQ 原始作用力原始作用力(N) L 手柄至偏心的距离手柄至偏心的距离 (mm)； 圆偏心与工件的摩擦角圆偏心与工件的摩擦角()； 圆偏心与转轴的摩擦角圆偏心与转轴的摩擦角()； D 圆偏心轮

13、直径圆偏心轮直径(mm)； 1 2 2、偏心夹紧机构夹紧力的计算、偏心夹紧机构夹紧力的计算 12max min tan)tan( 2 D LF F Q W 3 偏心夹紧机构的扩力比与夹紧行程偏心夹紧机构的扩力比与夹紧行程 扩力比：扩力比：1214 夹紧行程夹紧行程S S =MBR0 = (MO1+O1B)R0 =(MO1+R)R0 =(RR0) e sin S= e (1sin) 有效工作区域有效工作区域：一般常选下面两种工作区域：一般常选下面两种工作区域： 1) =3045，为，为P点左右，楔角变化小，工点左右，楔角变化小，工 作较稳定，作较稳定，大自锁性能差；大自锁性能差； 2) =157

14、5，楔角变化大，工作不稳定，但夹，楔角变化大，工作不稳定，但夹 紧时紧时小，自锁性能好。小，自锁性能好。 特点：特点： 自锁差，一般用于切削负荷不大的场合。自锁差，一般用于切削负荷不大的场合。 有增力作用。增力比为有增力作用。增力比为i=12 14。 夹紧迅速。夹紧迅速。 夹紧行程小。夹紧行程小。 一般用在切削力不大且无振动的场合，又夹紧行程小，一般用在切削力不大且无振动的场合，又夹紧行程小， 对夹紧尺寸要求较严。对夹紧尺寸要求较严。 总结：总结： 偏心夹紧机构：偏心夹紧机构： 学习内容：学习内容： 一、铰链夹紧机构一、铰链夹紧机构 二、定心夹紧机构二、定心夹紧机构 三、联动夹紧机构三、联动夹

15、紧机构 四、四、 其他夹紧机构其他夹紧机构 一一 铰链夹紧机构铰链夹紧机构 优点：动作迅速，増力比大，易于改变力的方向。优点：动作迅速，増力比大，易于改变力的方向。 缺点：自锁性差缺点：自锁性差 应用：一般常用于气动、液压夹紧应用：一般常用于气动、液压夹紧 二二 定心夹紧机构定心夹紧机构 1 等速位移原理等速位移原理 2 均匀弹性变形原理均匀弹性变形原理 三三 联动夹紧机构联动夹紧机构 联动夹紧机构：利用一个原始作用力实现单件或多件的联动夹紧机构：利用一个原始作用力实现单件或多件的 多点、多向同时夹紧的机构。多点、多向同时夹紧的机构。 设计联动夹紧机构应注意如下几点：设计联动夹紧机构应注意如下

16、几点： （1 1）仔细进行运动分析和受力分析，确保设计图）仔细进行运动分析和受力分析，确保设计图 能够实现；能够实现； （2 2）保证各处夹紧均衡，运动不干涉；）保证各处夹紧均衡，运动不干涉； （3 3）各压板能很好的松夹，以便装卸工作；）各压板能很好的松夹，以便装卸工作； （4 4）注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度；）注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度； （5 5）提高可靠性，降低制造成本。）提高可靠性，降低制造成本。 （1）单件同向联动夹紧机构）单件同向联动夹紧机构 一、单件联动夹紧机构一、单件联动夹紧机构 （2）单件对向联动夹紧机构）单件对向联动夹紧机构 （）单件互垂力或斜交力联动夹紧机构（）单件互垂力或斜交力联动夹紧机构 、多件联动夹紧机构、多件联动夹紧机构 （）多件平行联动夹紧机构（）多件平行联动夹紧机构 图图3.26 （2）多件连续夹紧机构）多件连续夹紧机构 图图3.27 （3）对称式多件联动夹紧机构）对称式多件联动夹紧机构 图图3.28 （4）复合式多件联动夹紧机构图）复合式多件联动夹紧机构图3.29 五五 夹紧机构的动力装置夹紧机构的动力装置 ( (一一) )气动夹紧装置气动夹紧装置 优点：传输、分配方便，干净；优点：传输、分配方便，干