机床夹具04-工件夹紧课件

1、课题四课题四 夹紧装置与对刀导向装置的设计夹紧装置与对刀导向装置的设计 -夹紧部分夹紧部分知识点知识点技能点技能点l了解了解夹紧装置的组成和设计要求夹紧装置的组成和设计要求l掌握夹紧力确定的基本原则掌握夹紧力确定的基本原则l夹紧装置的组成和设计要求夹紧装置的组成和设计要求l夹紧力确定的基本原则夹紧力确定的基本原则l典型的夹紧机构典型的夹紧机构课题分析课题分析夹紧是工件装夹过程中的重要组成部分。工件定位夹紧是工件装夹过程中的重要组成部分。工件定位后必须通过一定的机构产生夹紧力，把工件压紧在定位后必须通过一定的机构产生夹紧力，把工件压紧在定位元件上，使其保持准确的定位位置，不会由于切削力、元件上，

2、使其保持准确的定位位置，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而产生位置变化和工件重力、离心力或惯性力等的作用而产生位置变化和振动，夹紧力既不能太大，也不能太小，这种产生夹紧振动，夹紧力既不能太大，也不能太小，这种产生夹紧力的机构称为夹紧装置。夹紧机构在设计和使用过程中，力的机构称为夹紧装置。夹紧机构在设计和使用过程中，既要保证加工质量，又要讲究效率和经济性，因此学习既要保证加工质量，又要讲究效率和经济性，因此学习常用夹紧机构、夹紧机构的设计和选用是十分重要的。常用夹紧机构、夹紧机构的设计和选用是十分重要的。 工件定位后将其固定，使其在加工过程中工件定位后将其固定，使其在加工过程中保

3、持定位位置不变的装置，称为夹紧装置。保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置。图图 夹紧装置组成示例夹紧装置组成示例 1气缸（动力装置）气缸（动力装置）2压板（夹紧机构）压板（夹紧机构）3弹簧销弹簧销 4偏心轮偏心轮 5调整螺钉调整螺钉4-1 夹紧装置的组成和设计要求夹紧装置的组成和设计要求 由动力装置、夹紧由动力装置、夹紧机构及中间传力装置机构及中间传力装置组成。组成。1.夹紧装置的组成夹紧装置的组成 动力装置：产生夹紧作用力的装置动力装置：产生夹紧作用力的装置, ,通常指气缸、油缸、活塞、通常指气缸、油缸、活塞、电磁装置等。电磁装置等。 传力机构：传递力的机构，其作用是：改变作用力的方向；改传

4、力机构：传递力的机构，其作用是：改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以保证夹紧可靠。如变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以保证夹紧可靠。如斜楔、连杆、铰链等。斜楔、连杆、铰链等。 （介于力源和夹紧元件之间）：（介于力源和夹紧元件之间）： 夹紧机构：它是直接与工件接触完成夹紧作用的元件。如压板、夹紧机构：它是直接与工件接触完成夹紧作用的元件。如压板、螺栓等。螺栓等。1. 1. 夹紧装置的组成夹紧装置的组成夹紧装置的组成夹紧装置的组成1气缸气缸 2斜楔斜楔 3滚子滚子 4压板压板 5工件工件 1）夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的）夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置；正确

5、位置； 2）夹紧力要适当，既要保证工件在加工）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不振动，又不因过程中不移动、不转动、不振动，又不因夹紧力过大而使工件表面损伤、变形；夹紧力过大而使工件表面损伤、变形； 3）夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、）夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力；省力； 4）结构应尽量简单，制造、维修要方便。）结构应尽量简单，制造、维修要方便。2 2 对夹紧装置的设计要求对夹紧装置的设计要求 夹紧力（三要素：大小、方向、作用点）夹紧力（三要素：大小、方向、作用点） 传力方式（手动、气动、液力、电力等）传力方式（手动、气动、液力、电力等） 夹紧机构（增力、快速

6、、机动等）夹紧机构（增力、快速、机动等）3 3 设计夹具时应考虑的问题设计夹具时应考虑的问题夹紧力的确定包括夹紧力的大小、方向和夹紧力的确定包括夹紧力的大小、方向和作用点三个要素。作用点三个要素。4-2 4-2 夹紧力确定的基本原则夹紧力确定的基本原则 夹紧力的方向应使定位基面与定位元件夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好，以保证工件定位准确可靠；接触良好，以保证工件定位准确可靠； 夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形；一致，以减小工件变形； 夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、重力等的方向一致，以减

7、小夹紧力。力、重力等的方向一致，以减小夹紧力。1 1 夹紧力方向的确定夹紧力方向的确定 应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。一般应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。一般要求主要夹紧力方向应垂直指向主要定位基准面；要求主要夹紧力方向应垂直指向主要定位基准面；图图 夹紧力垂直指向主要支承面夹紧力垂直指向主要支承面Qa不合理合理QBQAQ镗孔轴线与镗孔轴线与A A面要求垂直的夹紧方案比较面要求垂直的夹紧方案比较夹紧力的方向应是工件刚性较大的方向，以减小夹紧力的方向应是工件刚性较大的方向，以减小工件变形。工件变形。此外，在确定夹紧力方向时还要考虑加工方便、加工此外，在确定夹紧力方向时还要考虑加

8、工方便、加工可行、易于自动化等。可行、易于自动化等。径向夹紧，工件易变性径向夹紧，工件易变性轴向夹紧，工件刚度大轴向夹紧，工件刚度大结论：夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向结论：夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向 主夹紧力最好与主夹紧力最好与切削力切削力、重力重力方向一致，使所需夹方向一致，使所需夹紧力尽可能小。紧力尽可能小。夹紧力大小与夹紧力方向直接有关，在考虑夹紧夹紧力大小与夹紧力方向直接有关，在考虑夹紧方向时，夹紧力越小越好。方向时，夹紧力越小越好。QQ结论：有利于减小夹紧力的大小结论：有利于减小夹紧力的大小 。2 2 夹紧力夹紧力作用点作用点的选择的选择指在夹紧力作用方向已定的情况下，

9、确定夹紧元件与指在夹紧力作用方向已定的情况下，确定夹紧元件与工件接触点的位置和接触点的数目。工件接触点的位置和接触点的数目。确定夹紧力作用点的原则有三点：确定夹紧力作用点的原则有三点：夹紧力的作用点应正对支承元件或位于支承元件所夹紧力的作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承平面内；形成的支承平面内；夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位。夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位。夹紧力的作用点应尽量靠近加工面，以减小切削力夹紧力的作用点应尽量靠近加工面，以减小切削力对夹紧点的力矩，防止或减小工件的加工振动或弯曲对夹紧点的力矩，防止或减小工件的加工振动或弯曲变形。变形。夹紧力作用点应正对支

10、承点或支承面以内，避免工夹紧力作用点应正对支承点或支承面以内，避免工件翻转；件翻转；夹紧力作用点的位置夹紧力作用点的位置Q合理不合理Q夹紧力作用点应落在工件刚性较好的部位，增加、夹紧力作用点应落在工件刚性较好的部位，增加、均布作用点，以减小工件的夹紧变形；均布作用点，以减小工件的夹紧变形；夹紧力作用点的位置对比夹紧力作用点的位置对比应尽量减小夹紧变形：增大受力面积，合理布置作用点应尽量减小夹紧变形：增大受力面积，合理布置作用点3.3.夹紧力夹紧力大小大小的确定的确定要防止加工时松动要防止加工时松动使工件受压变形小，刚性差的工件应均匀加压使工件受压变形小，刚性差的工件应均匀加压机动夹紧时应计算夹

11、紧力的大小，以理论夹紧机动夹紧时应计算夹紧力的大小，以理论夹紧力乘以安全系数力乘以安全系数K K 由于实际加工中切削力是一个变值，并且计算切削力大小的公式也与实际不可能完全一致，故夹紧力不可能通过这种计算而得到准确的结果。 思路：首先，根据加工条件和安装方式，合理选择夹紧力方向和作用点；其次，将夹具和工件看成一个刚性系统，找出加工过程中最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力再乘以安全因数K作为实际夹紧力。 生产中也可根据一定生产经验用类比的方法估算夹紧力，如果是一些关键性的夹具，则往往还需要通过试验的方法来确定所需要的夹紧力。夹紧力的确定夹紧力的确定 夹紧力三要素的确定，是一个综合性问夹

12、紧力三要素的确定，是一个综合性问题，必须考虑工件的结构特点、加工工题，必须考虑工件的结构特点、加工工艺方法、定位元件的结构和布置等多种艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素。因素。4-3 典型的夹紧机构典型的夹紧机构工件定位后，为了防止工件由于受切削力等外力的作用而产工件定位后，为了防止工件由于受切削力等外力的作用而产生位移，而将其夹牢紧固的机构称为夹紧机构。它是将动力生位移，而将其夹牢紧固的机构称为夹紧机构。它是将动力源的作用力转化为夹紧力的机构。源的作用力转化为夹紧力的机构。常用的夹紧机构有常用的夹紧机构有1 斜楔（楔块）夹紧机构斜楔（楔块）夹紧机构工作原理：利用楔块的斜面将楔块的推力转变

13、为夹工作原理：利用楔块的斜面将楔块的推力转变为夹紧力，从而夹紧工件。紧力，从而夹紧工件。夹紧力的计算夹紧力的计算F（X）=0 Q=F1+Rx F1=wtg1Rx=wtg(+2)Q=wtg1+wtg(+2)w- -斜楔对工件的夹紧力；斜楔对工件的夹紧力；- -斜楔升角；斜楔升角；Q- 加在斜楔上的作用力；加在斜楔上的作用力；1- -斜楔与工件间的摩擦角；斜楔与工件间的摩擦角；2-斜楔与夹具体间的摩擦角。斜楔与夹具体间的摩擦角。12Qwtgtg自锁条件自锁条件F1RxF1=wtg1 Rx=wtg(-2)又又、1、2很小很小tg11tg(-2)-21-21+2斜楔自锁条件：斜楔的升角小于斜楔与斜楔自

14、锁条件：斜楔的升角小于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和。工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和。为安全可靠，手动时取为安全可靠，手动时取 =6 68 8机动时机动时( (气动、液动气动、液动) )可不考虑自锁可不考虑自锁, ,取取 =15153030。自锁:工件夹紧后，当人力的作用停止后，夹具的夹紧装置仍能保持可靠的夹紧，这种现象称自锁。 增力比与夹紧行程增力比与夹紧行程1.夹紧力与作用力之比称为夹紧力与作用力之比称为增力比增力比Q/W 。2.hstga夹紧行程夹紧行程斜楔移动距离斜楔移动距离S S受到斜楔长度的限制，要增大受到斜楔长度的限制，要增大h h，就得增大，就得增大，而斜角太大，

15、便不能自锁。而斜角太大，便不能自锁。夹紧特点：夹紧特点： 1.结构简单，但操作不便，夹紧和松开均需敲击结构简单，但操作不便，夹紧和松开均需敲击2.楔块夹紧行程小，楔块夹紧行程小，h/s=tana，故，故h远小于远小于s 3.有增力作用。有增力作用。 一般扩力比一般扩力比Q/ /W3。 4.自锁性能好自锁性能好 楔块材料：通常用楔块材料：通常用20钢渗碳，淬硬钢渗碳，淬硬5862HRC 偏心轮、凸轮、螺钉为楔块的变种偏心轮、凸轮、螺钉为楔块的变种 主要用于机动加紧，且毛坯质量较高的场合。主要用于机动加紧，且毛坯质量较高的场合。 工作原理：类似楔块，螺旋相当于斜楔绕在工作原理：类似楔块，螺旋相当于

16、斜楔绕在圆柱体上形成，所以夹紧工件仍是楔紧作用。圆柱体上形成，所以夹紧工件仍是楔紧作用。 2 2 螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构 夹紧特点：夹紧特点： 结构简单，增力比大，容易制造；结构简单，增力比大，容易制造； 夹紧可靠，自锁性能好，夹紧力和夹紧行夹紧可靠，自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大；程都较大； 夹紧动作慢，适合手动夹紧，常伴有快撤夹紧动作慢，适合手动夹紧，常伴有快撤装置（如开口垫圈）。装置（如开口垫圈）。1) 单个螺旋夹紧机构图 4-30 螺旋夹紧机构图4-30(a)、(b)所示是直接用螺钉或螺母夹紧工件的机构，称为单个螺旋夹紧机构。在图(a)中，螺钉头直接与工件表面接触，螺钉转动时可能

17、损伤工件表面或带动工件旋转。 克服这一缺点的方法是在螺钉头部装上如图4-31所示的摆动压块。当摆动压块与工件接触后，由于压块与工件间的摩擦力矩大于压块与螺钉间的摩擦力矩，因而压块不会随螺钉一起转动。图4-31(a)中所示的压块端面是光滑的，用于夹紧已加工表面; 图4-31(b)中所示的端面有齿纹，用于夹紧毛坯面; 图 4-31 摆动压板1-夹紧轴; 2、5-手柄; 3-摆动压块; 4-螺母; 6-补偿块手柄图 4-32 快速螺旋夹紧机构为克服单个螺旋夹紧机构夹紧动作慢、工件装卸费时的缺点，常采用各种快速接近、退离工件的方法。图4-32列出了常见的几种快速螺旋夹紧机构。图 4-33 螺旋压板夹紧

18、机构中，螺旋压板的使用是非常普遍的。2) 2) 螺旋压板机构螺旋压板机构图4-33所示是几种常见的螺旋压板的典型结构。其中图(a)、(b)是移动压板，在这两种机构中，其施力螺钉位置不同：图(a)为螺钉夹紧方式，可通过压板的移动来调整压板的杠杆比，实现增大夹紧力和夹紧行程的目的; 图(b)为螺母夹紧方式，夹紧力小于作用力，主要用于夹紧力不大和夹紧行程需调节的场合; 图(c)为回转压板，使用方便； 图(d)是铰链压板机构，主要用于增大夹紧力的场合。 工作原理：用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。 靠偏心轮回转时回转半径变大而产生夹紧作用。可看成楔角连续变化的斜楔机构。偏心压板夹紧机

19、构偏心压板夹紧机构1 1垫板垫板 2 2手柄手柄 3 3偏心轮偏心轮 4 4轴轴 5 5压板压板3 3 偏心夹紧机构偏心夹紧机构图 4-36 偏心轮工作原理O1为偏心轮的几何中心，O2为回转中心。若以回转中心O2为圆心，r为半径画圆(虚线圆)，这个圆所表示的部分可以称作“基圆盘”，偏心轮剩余部分是对称的两个弧形楔。当偏心轮绕回转中心O2顺时针方向旋转时，相当于一个弧形楔逐渐楔入“基圆盘”和工件之间，从而夹紧工件。所以，偏心夹紧的自锁条件与斜楔夹紧应该是相同的。 偏心夹紧必须保证自锁条件，否则就不能应用。偏心夹紧必须保证自锁条件，否则就不能应用。 D/e值反映了偏心轮的偏心特性，它可用来表值反映

20、了偏心轮的偏心特性，它可用来表示偏心轮工作的可靠性；此值大，自锁性能好，示偏心轮工作的可靠性；此值大，自锁性能好，但结构尺寸也大。但结构尺寸也大。一般满足偏心轮一般满足偏心轮D/e1420的条件时，机构即的条件时，机构即能自锁。能自锁。自锁条件：自锁条件：D/e 1420偏心轮材料：偏心轮材料：20钢或钢或20Cr；表面渗碳淬火；表面渗碳淬火5560HRC，磨光、发蓝，磨光、发蓝 偏心夹紧机构操作方便，夹紧迅速，缺点是夹紧力和夹紧行程都小，一般用于切削力不大、 振动小、没有离心力影响的加工中。 圆偏心轮结构已经标准化，设计时可参考机床夹具设计手册。在设计偏心轮机构时，应注意以下三个问题：在设计

21、偏心轮机构时，应注意以下三个问题：a）自锁条件；）自锁条件；b）保证足够的夹紧力；）保证足够的夹紧力；c）保证足够的夹紧距离（指偏心轮工作部分）保证足够的夹紧距离（指偏心轮工作部分与工作间接触点的最大垂直位移）。与工作间接触点的最大垂直位移）。缺点：缺点：自锁性能差。自锁性能差。4 铰链夹紧机构铰链夹紧机构优点：优点：动作迅速，增力比动作迅速，增力比大，并易于改变力大，并易于改变力的作用方向。的作用方向。多用于机动夹紧机构中。多用于机动夹紧机构中。5 定心夹紧机构定心夹紧机构 定心夹紧结构是一种利用定位夹紧元件等速定心夹紧结构是一种利用定位夹紧元件等速移动或弹性变形来保证工件准确定心或对中的移

22、动或弹性变形来保证工件准确定心或对中的装置。装置。 定心夹紧机构：定位和夹紧同时实现的夹紧机定心夹紧机构：定位和夹紧同时实现的夹紧机构。构。 特点：使工件的定位和夹紧过程同时完成，特点：使工件的定位和夹紧过程同时完成，而定位元件与夹紧元件合二为一。而定位元件与夹紧元件合二为一。 三爪卡盘就是一种定心夹紧装置。 为提高生产率，减轻工人的劳动强度，机床夹具经常采用联动夹紧机构和铰链夹紧机构，一次操作就能同时多点夹紧一个工件或同时夹紧几个工件。联动夹紧机构可以简化操作，简化夹具结构，节省装夹时间。 联动夹紧机构可分为单件联动夹紧机构和多件联动夹紧机构。前者对一个工件进行多点夹紧，后者能同时夹紧几个工

23、件。 原理：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。6 6 联动夹紧机构联动夹紧机构4-4 夹紧机构的动力源装置夹紧机构的动力源装置1）气动夹紧气动夹紧 包括三个部分：第一部分为气源，第二部分为控包括三个部分：第一部分为气源，第二部分为控制部分，第三部分为执行部分。制部分，第三部分为执行部分。2）液压夹紧）液压夹紧 液压夹紧是利用液压油为工作介质来传力的一种液压夹紧是利用液压油为工作介质来传力的一种装置。它与气动夹紧比较，具有夹紧力稳定、吸收振装置。它与气动夹紧比较，具有夹紧力稳定、吸收振动能力强等优点，但结构比较复杂、制造成本高，因动能力强等优点，但结构比较复杂、制造成本高，因此适用于大量生产。液压夹紧的传动系统与普通气压此适用于大量生产。液压夹紧的传动系统与普通气压系统类似。系统类似。 3）气）气- -液组合夹紧液组合夹紧 气气- -液组合夹紧的动力源