机床夹具设计_第三章(2013mqc)

1、第三章第三章 工件在夹具中夹紧工件在夹具中夹紧 装夹装置的组成及设计要求一、夹紧装置的组成 夹紧装置由动力源和夹紧机构两部分组成（一）动力源 夹具中产生原始作用力的部分称动力源。 手动夹紧：用人的体力对工件进行夹紧 机动夹紧：用气动、液压、气液联动等代替人力的夹紧（二）夹紧机构 接受传替原始作用力并使之转变为夹紧力的装置工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置夹紧机构包括中间传力机构和夹紧元件1）中间传力机构：传递力的机构 其作用包括：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。2）夹紧元件：直接与工件接触完成夹紧作用的元件。二夹紧装

2、置的设计要求1）夹紧应有助于工件的定位，而不能破坏工件在定位时所获得的正确位置；2）夹紧力大小应适当，保证夹紧可靠，且能自锁。3）夹紧后工件的变形应尽可能小，不能因夹紧变形而影响加工精度。4）夹紧机构的操作要方便、迅速、省力、安全，有良好的工艺性和经济性。核心问题是正确地确定夹紧力 夹紧力包括夹紧力的大小、方向和作用点三个要素一夹紧力方向的确定 夹紧力应指向各定位元件，尽可能使之垂直于主要定位基准，应在工件刚度最大的方向上将工件夹紧。 夹紧力方向应有利于减小夹紧力，减轻工人劳动强度。 有助于定位，不破坏定位的准确性和可靠性。 应考虑接触面积的影响，使工件夹紧变形尽可能小。 3-2夹紧力的确定夹

3、紧力方向应有利于减小夹紧力夹紧力方向应有助于定位夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向由此可见由此可见,靠摩擦力承担切削力所需的夹紧力比较大靠摩擦力承担切削力所需的夹紧力比较大 为减小夹紧力，可以在正对切削力F的作用方向，设置一支承元件。这种支承不用作定位，而是用来防止工件在加工中移动。 在钻床上钻孔时，为减小夹紧力，应使主定位面处于水平位置，使夹紧力重力和切削力同向。 二.夹紧力的作用点 夹紧力作用点是指夹紧元件与工件接触的一小块面积 夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，而不致引起工件发生位移和偏转。 作用点一般应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内。 a)错误错误 b)正确正确 夹紧力

4、的作用点，应使工件的夹紧变形尽可能小。一般应选在工件刚性较好的部位 a)错误错误 b)正确正确 为减小夹紧变形,可以增加夹紧面积 夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，提高定位的稳定性和可靠性，减少振动当作用点远离加工面时，可增设辅助支承当作用点远离加工面时，可增设辅助支承 三.夹紧力的大小 夹紧力大小必须适当，过小夹不住工件，过大刚产生变形。 力要足够，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 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K 夹紧工件所需夹紧力的大小，除与切削力的大小有关外，还与切削力对定位支承的作用方向有关。夹紧力三要素的确定，是一个综合性问题，必须

5、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因素。夹紧机构设计 一、斜楔夹紧机构 （一）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。是夹紧机构中最基本的形式之一，偏心夹紧机构、螺旋夹紧机构为斜楔夹紧机构的变种。锤击夹紧和松开工件锤击夹紧和松开工件一般钢铁的摩擦系数一般钢铁的摩擦系数为为0.10.15，取，取1 =2 = 46，故，故610夹持原则：楔块夹紧工件后应能自锁， 1 +2 为自锁条件一般钢铁的摩擦系数为0.10.15，通常取1 =2 = 6， 故12 为更加安全可靠，取= 6tg60.1=1:10 这是规定斜楔的斜度一般为1：10的由来斜楔的夹紧力

6、与原始作用力之比称为增力比，即： 在不考虑摩擦影响时，理想增力比为 ： )tan(tan11QFFiwFtan1Fi 2 斜楔改变夹紧力的方向 当外加一个夹紧作用力Q，则斜楔产生一个与Q力方向垂直的夹紧力W。a越小时，增力比越大。 气动或液压中，常用斜楔作为扩力机构。 工件所要求的夹紧行程h与斜楔相应移动的距离s之比称为行程比is。tanshis a越小，自锁性越好，但夹紧行程也越小；反之，当a越大，则自锁性越差，而夹紧行程却能增大。夹紧行程与其自锁性能是相互矛盾的,选择时应综合考虑.为保证自锁,又增大夹紧行程,可采用双升角斜楔5 斜楔夹紧效率低 因斜楔与夹具体及工件间是滑动摩擦，故效率较低。

7、为了提高效率，可采用带滚子的斜楔夹紧机构，但自锁性能降低。一般用于机动夹紧。（1）斜楔具有自锁性；（2）斜楔能改变夹紧作用力的方向；（3）斜楔具有扩力作用；（4）斜楔的夹紧行程很小；（5）斜楔夹紧效率低。(四四)适用范围适用范围（1）毛坯质量较高；（2）主要用于机动夹紧装置;（3）在手动夹紧中,因费时费力,很少采用. (一)作用原理 采用螺杆作中间传力元件的夹紧机构统称为螺旋夹紧机构。 螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把斜楔绕在圆柱体上，因此它的夹紧作用原理与斜楔是一样的。 (二)结构特点（1）结构简单；（2）扩力比大；（3）自锁性能好；（4）行程不受限制；（5）夹紧动作慢。 (三)夹紧

8、力计算 螺旋夹紧机构的夹紧力计算与斜楔相似，螺旋升角即为楔角。如沿螺旋中径展开，则螺旋相当于一个斜楔作用在工件与螺母之间。(四)适用范围 螺旋夹紧机构因结构简单、扩力比大、自锁性能好、且行程不受限制；广泛用于手动夹具。 为克服效率低的缺点,有各种快速夹紧机构增大夹紧行程增大夹紧行程改变力的方向改变力的方向增力增力夹具实例 该夹紧机构结构紧凑,生产中应用广泛,特别是在结构受限和机动夹紧的场合.三、圆偏心夹紧机构 偏心夹紧机构是一种快速夹紧机构，工作效率高，应用广泛。 两种型式：圆偏心和曲线偏心。 1)曲线偏心采用阿基米德螺旋线或对数螺旋线作为轮廓曲线，升角变化均匀，但制造复杂，应用较少。 2)圆

9、偏心则因结构简单、制造容易，所以在生产中广泛应用 (一)作用原理 利用回转中心与几何中心偏移的圆盘作夹紧元件。 O1是偏心圆几何中心，r是偏心圆半径；O是偏心圆回转中心，rO是最小回转半径；两中心间的距离e称为偏心距。(二)结构特点 1.偏心圆上各点的升角是变化的 偏心圆的升角a，它是工件上受压面与受压点处偏心圆回转半径的垂线之间的夹角。式中 e 偏心距； 偏心轮回转角度；r 偏心轮半径， 升角随偏心圆的回转角变化，当为90度时，tg =0时，升角最大11cossinOMetgMOO Bre etgrmaxear21maxmax圆偏心的自锁条件为d/e14-20 3圆偏心的夹紧行程 当偏心距e

10、一定时，圆偏心的夹紧行程S，是随其回转角变化而变化的。夹紧行程，等于回转中心O到工件被夹紧表面的垂直距离与最小回转半径ro之差，即 在 90 范围内变化，则其S也相应由O到2e范围内变化。下图表示了圆偏心夹紧行程的变化范围。)sin1 (sinsin)(1eeeerrrMOrrBMSooo4. 圆偏心的有效工作区域 圆偏心的回转角理论上为 90 ，但实际上不能全部利用。标准圆偏心的有效工作区域一般为90 ，其位置有二种(1)以0 为起点取 30 45 范围作为工作区域。在这一区域内，各点的升角变化较小，近似于常值，工作较为稳定。但其升角较大，自锁性能较差。 (2)取为-15 75 范围作为工作

11、区域。在这段区城内，升角变化比上述第一种为大，但升角数值较小，夹紧自锁性能较好。(三)夹紧力的计算 由于偏心圆上各点升角不同，因此夹紧力也不相同它随着角变化而变化。（四）圆偏心的结构形式(五)适用范围 1、由于圆偏心的夹紧力小，自锁性能又不是很好，所以只适用于切削负荷不大，又无很大振动的场合。 2、为满足自锁条件，其夹紧行程也相应受到限制，一般用于夹紧行程较小的情况 3、一般很少直接用于夹紧工作，大多是与其它夹紧机构联合使用。四、铰链夹紧机构 (一)作用原理 铰链夹紧机构，结构简单、扩力比大、摩擦损失小且容易改变作用力方向。但自锁性差，故适用于多点或多件夹紧，在机动夹具中广泛应用 。（二）夹紧

12、力的计算 右图为单臂铰链夹紧机构的铰链臂的受力分析图。（三）夹紧行程和相应的铰链臂倾斜角根据h、h1、h2可求出相应的铰链倾斜角为：h1装卸工件的夹紧空行程，h10.5h2表面位置变化量, h20.3h3求行程的储备量,h30.5（四）气缸的工作行程 气缸工作行程xo,可按 求得。)sin(sin21aaLxo（五）自锁条件 铰链臂的倾斜角小于4（对单臂铰链机构来说）。但这个角度与夹紧行程的最小储备量相矛盾，因此一般不用这个自锁条件，而靠其他机构来实现自锁。（六）结构特点 1、结构简单; 2、扩力比大； 3、摩擦损失小。（七）适用范围适用于多点、多件夹紧，在气动夹紧中广泛应用。五、定心、对中夹

13、紧机构 定心、对中夹紧机构是一种具有定心和夹紧两种功能的特殊夹紧机构，其定位和夹紧在工件被夹紧的过程中同时实现.用于要求准确定心和对中的场合. 夹具上与工件定位基准相接触的元件，既是定位元件，也是夹紧元件。例：如图在工件上加工槽，要求保证对工件中心面的对称度。若采用固定双支承平面定位则存在基准不重合误差一种是依靠传动机构使定心夹紧元件等速移动，从而实现定心夹紧，如螺旋式、杠杆式、楔式机构等； 另一种是利用薄壁弹性元件受力后产生均匀的弹性变形（收缩或扩张），来实现定心夹紧，如弹簧筒夹、膜片卡盘、波纹套、液性塑料等。定心夹紧机构按其定心作用原理有两种类型：（一）按定位夹紧元件等速位移原理实现定心对

14、中夹紧螺旋式定心夹紧机构螺旋式定心夹紧机构1 1、5 5滑座；滑座；2 2、4 4V V形块钳口；形块钳口；3 3调节杆；调节杆；6 6双向螺杆双向螺杆 机动楔式夹爪自动定心机构机动楔式夹爪自动定心机构 1-1-夹爪；夹爪；2-2-本体；本体；3-3-弹簧卡圈；弹簧卡圈；4-4-拉杆；拉杆；5-5-工件工件 2 2、楔式定心夹紧机构、楔式定心夹紧机构 杠杆作用的定心卡盘 1拉杆；2滑套；3钩形杠杆；4轴销；5夹爪 3 3、杠杆式定心夹紧机构、杠杆式定心夹紧机构 4、偏心式对中夹紧机构、偏心式对中夹紧机构弹性夹头和弹性心轴弹性夹头和弹性心轴 1 1夹具体；夹具体；2 2弹性筒夹；弹性筒夹；3 3

15、锥套；锥套；4 4螺母；螺母；5 5心轴心轴 1 1、 弹簧夹头定心夹紧机构弹簧夹头定心夹紧机构适用范围：弹簧夹头的变形不宜过大，一般适用于精加工和半精加工工序。其夹头应选用强度高、弹性好、耐磨性好、热处理变形小的材料。（二）按定位夹紧元件均匀弹性变形原理实现定心夹紧夹头的结构夹头的结构与受力分析与受力分析适用范围：适用范围： 由于弹簧夹头的变形不宜过大，所以其夹紧力由于弹簧夹头的变形不宜过大，所以其夹紧力不大，其定心精度在不大，其定心精度在0.02至至0.05之间。一般用于精之间。一般用于精加工或半精加工工序，定位基准的尺寸变化范围在加工或半精加工工序，定位基准的尺寸变化范围在0.1至至0.

16、5mm内。内。材料要求：材料要求： 弹性好，强度高，耐磨性好，常用优质工具钢弹性好，强度高，耐磨性好，常用优质工具钢。T8A或合金钢（或合金钢（65Mn,9CrSi）硬度）硬度HRC52-62 波纹套定心心轴波纹套定心心轴 1-螺母；螺母；2-波纹套；波纹套；3-垫圈；垫圈；4-工件；工件；5-支承圈支承圈 2 2、波纹套定心夹紧机构、波纹套定心夹紧机构 3 3、液性塑料定心夹紧机构、液性塑料定心夹紧机构 主要用于工件以内孔或外圆定位并要求达到较高的定主要用于工件以内孔或外圆定位并要求达到较高的定心精度的情况。心精度的情况。n 液性塑料在常温下呈冻胶状，加热浇注到夹具中，加液性塑料在常温下呈冻

17、胶状，加热浇注到夹具中，加热前，夹具体要预热，塑料在干油中加热到热前，夹具体要预热，塑料在干油中加热到140-150度，要有压入通道和排气孔。度，要有压入通道和排气孔。n 由于塑料易老化，需定期更换。由于夹紧力小，只适由于塑料易老化，需定期更换。由于夹紧力小，只适用于精加工工序。用于精加工工序。 六、联动夹紧机构原理：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。单件同向联动夹紧机构 （一）单件联动夹紧机构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 互垂力或斜交力联动夹紧机构互垂力或斜交力联动夹紧机构 （二）多件联动夹紧机构（二）多件联动夹紧机构 多件

18、平行联动夹紧机构多件平行联动夹紧机构一个原始作用力,同时夹紧多个工件1、平行夹紧 多件夹紧必须采用浮动环节，是由于被夹紧的工件尺寸有误差，如果采用刚性压板则各工件所受的夹紧力就有可能不一致，甚至有些工件夹不住。 夹紧元件必须做成能浮动或自动调节，以便补偿工件的相应尺寸偏差。2、对向夹紧和复合夹紧 对向夹紧通过浮动夹紧机构产生两个方向相反、大小相等但比原始作用力大的夹紧力，并同时将各工件夹紧。复合夹紧，多为平行和对向夹紧的综合 对称式多件联动夹紧机构3、依次连续夹紧机构、依次连续夹紧机构 以工件本身为浮动件，不需另设置元件就可实现连续多件夹紧，缺点是工件定位基准的位置误差逐个积累。先定位后夹紧的

19、联动机构先定位后夹紧的联动机构设计多位夹紧机构应注意的问题设计多位夹紧机构应注意的问题: :夹紧元件必须为浮动、可调节的联动零件，以保证同时均匀夹紧和同时松开；夹紧力方向应与定位方式和加工方法相适应；应保证每一工件都有足够的夹紧力；夹紧元件和传力零件应有足够的刚性，保证传力均匀。夹紧动力装置设计一、气动夹紧 动力源为压缩空气,通常为4-6个大气压，一般按4个计算。 气动夹紧包括三部分：气源、控制部分、执行部分。 (一)气动系统的典型结构 典型的气动传动系统，由气源、气缸或气室、油雾器(雾化器)、减压阀、单向阀、分配阀、调速阀、压力表等元件组成。 气动系统对工作介质（空气）有较高要求，要求气体过

20、滤、冷凝和干燥，去掉粉尘和水分，防止锈蚀元件或堵塞。各组成元件已标准化,系列会,设计时参考相关资料.(二)气缸结构和夹紧作用力的计算 常用的气缸结构有两种基本形式： 活塞式和薄膜式。固定式气缸摆动式气缸回转式气缸主要用于车床夹具单向作用活塞气缸所产生的作用力Q双作用活塞气缸所产生的作用力Q活塞式气缸的优点：行程不受限制，可根据需要自行设计; 作用力不随行程长短而变化。 缺点：结构庞大；制造成本高；滑动副易漏气。薄膜式气缸推杆上输出的作用力Q：输出力为变值输出力为变值,当行程当行程S越大时越大时,作用力作用力Q减小减小越多越多,当当d一定时一定时,通过通过增大增大d0,可以增大可以增大Q优点：1. 夹紧力基本稳定（因为气源压力可以控制）2. 夹紧动作迅速 （气流的速度快，气动速度也快。有利于缩短辅助时间，提高生产率）3. 操作省力（采用气动夹紧后，操作只需转动分配阀手柄，而不必象手动夹紧那样费时费力，因而大大减轻劳动强度）不足之处：1 空气是可以压缩的，因此夹紧刚度差，一般不适用于切削力