第五章 第五节 工件的夹紧

第五章机床夹具设计基础CONTENTS目录1【概述】【定位方式与定位元件】【典型夹具应用实例】【工件在夹具中的定位】【定位误差分析】【工件的夹紧】2345605【工件的夹紧】工件的夹紧一二三夹紧装置的组成和基本要求夹紧力的确定基本夹紧机构

夹紧是工件装夹过程的重要组成部分。工件定位后,必须通过一定的机构产生夹紧力，把它固定,使工件保持准确的定位位置,以保证加工过程中,在切削力等外力的作用下不产生位移或振动。这种产生夹紧力的机械称为夹紧装置。一、夹紧装置的组成和基本要求1.夹紧装置的组成

夹紧装置的结构形式虽然很多,但其组成主要包括以下三部分(见图5-31):(1)力源装置是产生夹紧原始作用力的装置,对机动夹紧机构来说,有气动、液压、电力等动力装置。(2）中间传动机构是把力源装置产生的力传给夹紧元件的中间机构。其作用是能改变力的作用方向和大小,当手动夹紧时能可靠地自锁。(3)夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件,直接和工件接触,把工件夹紧。中间传动机构和夹紧元件合称为夹紧机构。工件的夹紧图5-31夹紧装置组成示意图2.夹紧装置的基本要求(1)夹紧过程可靠夹紧过程中不破坏工件在夹具中的正确位置。(2)夹紧力大小适当夹紧后的工件变形和表面压伤程度必须在加工精度允许的范围内。(3）结构性好结构力求简单、紧凑,便于制造和维修。(4)使用性好夹紧运作迅速,操作方便,安全省力。工件的夹紧二、夹紧力的确定确定夹紧力包括确定其大小、方向和作用点。1.夹紧力作用点的选择(1)夹紧力作用点必须选在定位元件的支承表面上或作用在几个定位元件所形成的稳定受力区域内，如图5-32所示。工件的夹紧图5-32夹紧力作用点与工件稳定的关系(2)夹紧力作用点应选在工件刚性较好的部位。如图5-33a所示,夹紧薄壁箱体时,夹紧力不应作用在箱体的顶面,而应作用在刚性好的凸边上。箱体没有凸边时,如图5-33b所示,将单点夹紧改为三点夹紧,从而改变了着力点的位置,减少了工件的变形。(3)夹紧力的作用点应适当靠近加工表面。图5-34所示为在拨叉上铣槽,由于主要夹紧力的作用点距加工表面较远,故在靠近加工表面的部位设置了辅助支承,增加了夹紧力F。这样,提高了工件的装夹刚性,减少了加工时的工件振动。工件的夹紧图5-33夹紧力作用点与夹紧变形的关系图5-34夹紧力作用点靠近加工表面2.夹紧力方向的选择(1)夹紧力的作用方向不应破坏工件的定位。工件在夹紧力的作用下要确保其定位基面紧贴在定位元件的工作表面上。为此要求主夹紧力的方向应指向主要定位基准面。如图5-35所示,工件上要镗的孔与A面有垂直度要求,A面为主要定位基面,应使夹紧力垂直于A面(图5-35a),才能保证镗出的孔与A面垂直;如果夹紧力垂直于B面(图5-35b),则镗出的孔与A面的垂直度不能保证。(2)夹紧力作用方向应与工件刚度最大的方向一致,使工件的夹紧变形小。如图5-36所示,加工薄壁套筒时,由于工件的径向刚度很差,若用卡爪径向夹紧,工件变形大,改为沿轴向施加夹紧力,变形就会小得多。工件的夹紧图5-35夹紧力方向垂直指向主要定位支承表面图5-36夹紧力的作用方向对工件变形的影响(3)夹紧力的作用方向应尽量与工件的切削力、重力等方向一致,有利于减小夹紧力。

3.夹紧力大小的确定夹紧力的大小,从理论上讲应该与作用在工件上的其他力(力矩)相平衡。而实际上,夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传力效率等因素有关,计算是很困难的。因此,在实际工作中常用估算法、类比法或经验法来确定所需夹紧力的大小。用估算法确定夹紧力的大小时,首先根据加工情况,确定工件在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态,分析作用在工件上的各种力,再根据静力平衡条件计算出理论夹紧力,最后再乘以安全系数,即可得到实际所需夹紧力,即

FWK＝KFW式中:FWK——实际所需夹紧力,N;

Fw——由静力平衡计算出的理论夹紧力,N;K——安全系数,通常取1.5～2.5,精加工和连续切削时取较小值,粗加工或断续切削时取较大值,当夹紧力与切削力方向相反时,取2.5～3。对于一般中、小型工件的加工,主要考虑切削力的影响;对于大型工件的加工,必须考虑重力的影响;对于高速回转的偏心工件和往复运动的大型工件的加工,还必须考虑离心力和惯性力的影响。工件的夹紧三、基本夹紧机构夹紧机构的种类虽然很多,但其结构都以斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构为基础,这三种机构合称为基本夹紧机构。1．斜楔夹紧机构工件的夹紧图5-37所示为几种用斜楔夹紧机构夹紧工件的实例。图5-37a是手动斜楔夹紧机构,工件装入后锤击斜楔大头即可夹紧工件;加工完毕后,锤击斜楔小头,即可松开工件。由于是用斜楔直接夹紧工件,夹紧力较小,且操作费时,所以实际生产中应用不多。多数情况下是将斜楔与其他机构组合起来使用。图5-37b是将斜楔与滑柱组合成一种夹紧机构,一般用气压或液压做动力源。图5-37c是由端面斜楔与压板组合而成的夹紧机构。图5-37斜楔夹紧机构1—夹具体；2—斜楔；3—工件

斜楔的自锁条件是: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。为保证自锁可靠,手动夹紧机构一般取升角α=6°～8°。用气压或液压装置驱动的斜楔不需要自锁,可取α=15°～30°。2．螺旋夹紧机构由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构,称为螺旋夹紧机构。图5-38所示是应用这种机构来夹紧的实例。螺旋夹紧机构的实质是绕在圆柱体上的斜楔,因此它不仅结构简单、容易制造,而且由于其升角很小,所以螺旋夹紧机构的自锁性能好,夹紧行程较大,是手动夹紧中用得最多的一种夹紧机构,只是夹紧动作较慢。工件的夹紧图5-38螺旋夹紧机构(1）单个螺旋灭紧机构图5-38a、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5-38a中,螺钉头直接与工件表面接触,螺钉转动时,可能损伤工件表面,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5-39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,压块不会随螺钉一起转动。如图5-39a所示的端面是光滑的,用于夹紧已加工表面;图5-39b的端面有齿纹,用于夹紧毛坯面。当要求螺钉只移动不转动时,可采用图5-39c所示的结构。

工件的夹紧图5-39摆动压块

工件的夹紧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,常用各种快速接近、退离工件的方法。图5-40所示为常见的几种快速螺旋夹紧机构。图5-40a使用了开口垫圈;图5-40b中,夹紧轴1上的直槽连着螺旋槽,先推动手柄2,使摆动压块迅速靠近工件,继而转动手柄,用螺旋槽段夹紧工件并自锁;图5-40c采用了快卸螺母;图5-40d中的手柄4带动螺母旋转时,因补偿块5的限制,螺母不能右移,致使螺杆带着摆动压块3往左移动,从而夹紧工件。松夹时,只要反转手柄4,稍微松开后,即可使补偿块5摆开,为手柄4的快速右移让出了空间。图5-40快速螺旋夹紧结构1—夹紧轴

；2、4—手柄；3—摆动压块；5—补偿块(2）螺旋压板机构夹紧机构中,结构形式变化最多的是螺旋压板机构。图5-41所示是螺旋压板机构的4种典型结构。图5-4la、b为移动压板,图5-41c、d为回转压板。图5-42所示是螺旋钩形压板机构,其特点是结构紧凑,使用方便。当钩形压板妨碍工件装卸时,可采用如图5-43所示的自动回转钩形压板,它避免了用手转动钩形压板的麻烦。压板能自动回转的关键是在压板轴上开出了螺旋槽,该槽迫使压板轴在轴向移动的同时作旋转运动。

工件的夹紧图5-41螺旋压板机构图5-42螺旋钩形压板图5-43自动回转钩形压板3．偏心夹紧机构用偏心件直接或间接夹紧工件的机构,称为偏心夹紧机构。常用的偏心件是圆偏心轮和偏心轴。图5-44所示是偏心夹紧机构的应用实例,其中图5-44a用的是圆偏心轮,图5-44b用的是凸轮,图5-44c用的是偏心轴,图4-44d用的是偏心