陕国院机床夹具设计课件03工件的夹紧

第三章

工件的夹紧

3.1夹紧装置的组成和基本要求

1、夹紧装置的组成⑴力源装置：产生夹紧力的装置⑵夹紧元件：压紧工件的元件⑶中间递力机构：介于⑴、⑵之间的机构作用：1)改变夹紧作用力的方向，上例变水平力为垂直力；

2)改变夹紧作用力的大小，上例斜楔具有增力作用；3)保证安全自锁，上例斜楔具有自锁性。图3.1夹紧装置的组成1－气缸2－斜楔3－滚子4－压板5－工件2、夹紧装置的基本要求⑴工件不移动原则；⑵工件不变形原则；⑶工件不振动原则；⑷安全、省力、方便；⑸自动化、复杂化程度与生产纲领相一致。要求(1)主要在粗加工时考虑，要求(2)、(3)主要在精加工时考虑3.2设计夹紧装置的基本准则

设计和选用夹紧装置的关键是如何正确施加夹紧力FW，也就是如何确定夹紧力的大小、方向、作用点。1、与夹紧力方向有关的准则图3.2夹紧力的方向应有助于定位

a)错误，b)正确图3.3夹紧力应指向主要定位基面b)、c)错误，d)正确结论：主要夹紧力方向应尽量垂直主要定位面。(2)有利于减小夹紧力的大小图3.4夹紧力方向与夹紧力大小的关系FW夹紧力；F切削力；G工件自重a)F、

Fｗ、G三力同向，且指向夹具体；Fw

最小b)F=(G+Fw)f→Fw

=F/f－G=6.67F－G；（假设ｆ＝0.15下同）c)F1－G1=(Fw+G2+F2)f(假G2=G1=0.5G、

F1=F2=0.5F下同)→Fw

=(F1－G1)/f－G2－F2＝(0.5F－0.5G)/f－0.5G－0.5F＝3.33F－3.33G－0.5G－0.5F＝2.83F－3.83G；d)Fwf=F+G→

Fw

=(F+G)/f＝6.67F＋6.67G；最大e)(Fw+F)f=G→Fw

=G/f－F＝6.67G－F

f)Fw=F+G

结论：切削力应尽量传给夹具体(3)有利减小工件变形图3.5b)较a)好结论：夹紧力的方向应是工件刚

度较高的方向2、与夹紧力作用点有关的准则⑴保证定位稳定可靠：图3.6b)、c)正确

d)错误

e)、g)正确

f)、h)错误避免支承反力与夹紧力构成力偶结论：夹紧力作用点应落在定位元件支承范围内⑵

有利减小变形：图3.7a)作用点位于工件刚性较好部位b)变集中作用为分散作用a)c)正确，b)d)e)错误(3)有利减小振动：图3.8作用点应尽量靠近工件加工部位a)c)合理，b)d)不合理

当作用点只能远离加工面，可增设辅助支承图3.9增设辅助支承和辅助夹紧力3、与夹紧力大小有关的准则夹紧力过小→夹紧不可靠→工件产生移动，破坏定位；夹紧力过大→变形增大→△jj增大。夹紧力大小确定理论夹紧力:Fw根据切削力F(刀具课讲)按静力平衡求的；实际夹紧力:Fwk

=KFw

K粗加工2.5～3；精加工1.5～2。4、其它准则⑴定位的夹紧力先动作，夹紧的夹紧力后动作如图3.10。↓F↓FP→

图3.10定位夹紧力先动作⑵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。如图3.11目录下一节3.3基本夹紧机构

1、斜楔夹紧机构锤击夹紧和松开工件，原理是楔紧作用3.12斜楔夹紧机构1－斜楔2－工件3－夹具体⑴夹紧力Fw计算：FQ—夹紧作用力；α—斜楔升角；φ

1、φ

2摩擦角图3.13由静力平衡：F1+Frx=ＦＱ而F1=ＦＷ

tg

Φ1

Frx=FWtg(α+φ2)∴FW

=FQ/［tgΦ1+tg(α+φ2)］结构特点：a)自锁性：

见图3.14b)受力分析，在夹紧作用力取掉后，在纯摩擦力作用下，仍能保持夹紧的现象。

自锁条件：F1＞Frx，即tg＞tg(－)

tg＞tg(－)

＞－

＜＋为自锁条件一般、=6º∴=12º一般取6º～8ºb)改变作用力方向；c)增力：=/=1/［tg+tg(+)］=2.5d)夹紧行程h小：tg=h/s=tg6=0.1

∴当S=10时h=1⑶应用：主要用于机动夹紧，且工件精度较高。2、螺旋夹紧机构：螺旋相当于斜楔绕在圆柱体上形成，所以夹紧工件仍是楔紧作用。⑴夹紧力计算⑴夹紧力计算受力分析见图3.14，在—原始力矩，M1—螺母阻止螺钉转动的力矩，M2—工件阻止螺钉转动的力矩仨作用下处于平衡：螺纹的形成MQ－M1－M2＝0↓FW=FQL/［d2/2tg(α+)+r′tg］FW——夹紧力(N)；FQ——原始作用力(N)L——作用力臂(mm)；d2——螺纹中径(mm)；——螺纹升角(°)；——螺螺纹处摩擦角(°)——螺钉端部摩擦角(°)——螺钉端部当量摩擦半径(mm)⑵结构特点具有斜楔的结构特点，而且螺纹升角≤4°，自锁性能更好，耐振；夹紧行程不受限制，但夹紧行程大时，操作时间长。图3.15单个螺旋夹紧机构

a)结构简单，但易压伤工件表面，易带动工件旋转；b)带有摆动压块，克服了上述不足图3.16是常用的几种摆动压块，光面用a)，毛面用b)⑶应用：广泛用在手动夹紧中，图3.17。图a)减力增大行程图b)改变力向图c)增力减小行程球面垫圈

图3.19万能可调节压板图3.18图3.20目录下一节3.3基本夹紧机构（2）

3、偏心夹紧机构3、偏心夹紧机构图3.21a3.21b图3.21c圆偏心夹紧机构⑴结构特点：见图3.22(c)

是几何中心；O是回转中心；R是几何半径；e是偏心量，e=R－R0；r是回转半径(回转中心和切点的连线)；R0是最小回转半径；升角是r的垂线和受压面之间的夹角；回转角β是连线与水平线的夹角，两线重合时，β=0，使r增大方向β为正，所以β在±90°范围内。①夹紧行程SS=MB－R0=(MO1+O1B)－R0

=(MO1+R)－R0＝(R－R0)＋esinβS=e(1＋sinβ)，反映了S随β的变化规律，展开如图3.23，即为曲线楔的展开图。

②升角α：是变化的，也即楔角是变化的。

tgα=OM/(MO1+O1B)=ecosβ/(esinβ+R)

讨论：当β=±90°时，cosβ=0，tgα=0，αmin＝0

当β＝0°时，cosβ=1、sinβ=0，

tgα=e/R→max，αmax≈e/R≈2e/D③自锁条件因为斜楔的自锁条件：α≤＋

所以曲线楔的自锁条件:αmax

≤＋为转动付中的摩擦角，很小可忽略。αmax

≤

2e/D≤μ(偏心轮与工件的摩擦系数)

D/e≥2/μD≥2e/μ

一般μ=0.1～0.15

自锁条件：D/e≥14～20④有效工作区域：一般常选下面两种工作区域：1)β=±30°～±45°，为P点左右，楔角变化小，工作较稳定，α大自锁性能差；2)β=－15°～75°，楔角变化大，工作不稳定，但夹紧时α小，自锁性能好。⑵夹紧力计算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，α角越大，产生的夹紧力越小，所以α→αmax时，夹紧力最小：(Fw)min=2FQL/D〔tg（αmax+）+tg〕(Fw)min——最小夹紧力(N)；FQ——原始作用力(N)L——手柄至偏心的距离(mm)；——圆偏心与工件的摩擦角(°)；—－圆偏心与转轴的摩擦角(°)；D——圆偏心轮直径(mm)；⑶圆偏心的设计①

选工作区：β1(始角)～β2(未角)②

夹紧行程△S确定：△S=△S1+△S2+△S3+△S4△S1——装卸工件所留空隙(mm)，取≥0.3；△S2—夹紧机构变形补偿量(mm)，取=0.05～0.15△S3——夹紧尺寸误差补偿量(mm)，即为夹紧工件尺寸的公差；△S4——行程贮备量(mm)，取=0.1～0.3。③确定e

由S=e(1＋sinβ)：S1=e(1＋sinβ1)、S2=e(1＋sinβ2)；△S=S2－S1=e（sinβ2－sinβ1）∴e=△S/（sinβ2－sinβ1）④确定D：由D≥2e/μ确定D⑤验算夹紧力：根据被加工件受力静力平衡算出理论上需要的夹紧力Fw，再乘以安全系数K，就是实际需要的夹紧力FWK，(Fw)min≥FWK即可。⑷应用偏心夹紧机构产生的夹紧力较小，自锁性能又不好，一般用在功削力不大且无振动的场合，又S较小，对夹紧尺寸要求较严。下一节目录3.4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多点、多向同时夹紧的机构。联动夹紧机构的主要形式及其特点：图3.23单件同向联动夹紧机构⑴单件联动夹紧机构②单件对向联动夹紧机构图3.24（３）单件互垂力或斜交力联动夹紧机构图3.25互垂力或斜交力联动夹紧机构２、多件联动夹紧机构（１）多件平行联动夹紧机构图3.26②多件连续夹紧机构图3.27③对称式多件联动夹紧机构图3.28④复合式多件联动夹紧机构图3.29

⑶与其它动作联动的夹紧机构①先定位后夹紧的联动机构图3.30（２）夹紧与移动压板联动机图3.31③夹紧与辅助支承联动机构3.323.5定心夹紧机构1、定心夹紧机构的工作原理

例1：如图3.33a)，工件以外圆定位加工内孔，保证同轴度。若在套筒中动配合定位：△jb=0，△db≠0，△dw=△db；若在三爪自动卡盘中定位，因三爪等速向中心的移动，使定位基准没有位移，△db=0，△dw=0。例2：如图3.33b)，在工件上加工槽，保证对工件中心面的对称度。若采用固定双支承平面定位：△jb≠0，△db=0，△dw=△jb；若左右侧面采用等速内、外移定位元件，使定位基准为中心面，△jb=0，△dw=0。b)c)⑴定心夹紧机构：定位和夹紧同时实现的夹紧机构。采用定心夹紧机构可减少△dw。⑵工作原理：利用“定位—夹紧”元件的等速移动或均匀弹性变形来实现定心或对中。⑶特点：①“定位—夹紧”元件合二为一；②始终有：△db=0

③主要用在要求定心和对中的场合2、常见的定心夹紧机构：图3.34螺旋式定心