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文档简介

1、,1.3.3 工件 的 夹紧,机械制造基础第8章,1,高级培训,本章目的,学会正确确定夹紧力的大小、方向、作用点 知道常见夹紧机构的种类、特点、应用场合与设计要点,2,高级培训,本次课目的,能正确确定夹紧力的方向、作用点和大小 重点:方向、作用点的确定,3,高级培训,1.夹紧装置的组成 和基本要求,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,4,高级培训,夹紧装置的组成,动力源 装置,产生夹紧作用力的装置,传力 机构,直接与工件接触完成夹紧作用的元件,夹紧 元件,5,高级培训,夹紧 装置 的 组成,设计 夹具 应考 虑的 问题,夹紧力,传力方式,夹紧机构,大小、方

2、向、作用点,手动、液力、电力等,增力、快速、机动等,6,高级培训,夹紧装置 的设计原则,工件不 移动原则,夹紧过程中,应不改变定位后所占据的正确位置,工件不 变形原则,夹紧力的大小要适当,既要保证夹紧可靠,又应使工件产生加工精度不允许的变形,7,高级培训,工件不 振动原则,对刚性差的工件,或进行断续切削,提高支承零件和夹紧零件的刚性,避免工件和夹紧系统的振动,安全可 靠原则,夹紧传力机构夹紧行程应足够,操作方便、安全,劳动强度低,生产效率高,经济实 用原则,夹紧装置的自动化和复杂程度与生产纲领相适应,有良好的工艺性和经济性,8,高级培训,2、夹紧力的确定,夹紧力方向的确定,应指向各定位元件,尽

3、可能垂直于主定位基准,在工件刚度最大方向上将工件夹紧,有助于定位,不破坏其准确性和可靠性,应考虑接触面积的影响,使工件变形尽可能小,应使夹紧力尽可能小,减轻劳动强度、提高生产效率,9,高级培训,1)主要夹紧力方向应垂直于主要定位面,10,高级培训,2)夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小,11,高级培训,3)夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小,12,高级培训,13,高级培训,夹紧力作用点的选择,夹紧力作用点是指夹紧元件与工件接触的一小块面积,应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内,应选在工件刚性较好的部位,应尽可能靠近被加工表面,以减少切削力翻转力矩的影响,减少振动,14,高级培训,1

4、)夹紧力应作用在刚度较好部位,15,高级培训,2)夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面,16,高级培训,夹紧力作用点的选择 1夹具体 2工件 3定位支承,夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件形成的支承面内,17,高级培训,夹紧力作用点的选择 1夹具体 2工件 3定位支承,18,高级培训,19,高级培训,现场讨论指出以下夹紧方案的不妥之处并提出改进意见,20,高级培训,21,高级培训,22,高级培训,23,高级培训,24,高级培训,夹紧力大小的确定,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 粗加工取K2.53 精加工

5、取K1.52,夹紧力三要素的确定,是一个综合性问题,必须考虑工件的结构特点、加工工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素,2、夹紧力大小的估算 假设:切削过程平稳,切削力大小恒定;系统为绝对刚性 忽略:只考虑切削力和切削力矩的影响, 只考虑最危险的状况 分析:在切削力和切削力矩的作用下,工件的运动趋势如 何?夹紧力如何去平衡? 计算:列出平衡方程式,解出所需夹紧力的理论值FJ理,A,25,高级培训,已知:在40轴端钻孔10 ,vc=28m/minf=0.15mm/r,工件材料:45, (b=600MPa),1、计算钻孔扭矩 M=6.4Nm=6400Nmm 在M的作用下,工件有 转动的趋势 靠夹

6、紧力产生的摩擦力矩 与之平衡 以工件为受力体进行分析,4FfR=M- 4NR=M-,列出平衡方程式:,26,高级培训,2、以上V形块为受力体进行受力分析 列出静力平衡方程式: 2Nsin(/2) = WK 解方程,得 代入式,得,3、取安全系数2.5,得所需的夹紧力=2828N,27,高级培训,增加辅助支承和辅助夹紧点,高支座镗孔,辅助夹紧,减小夹紧变形的措施,28,高级培训,分散着力点,分散着力点,薄壁套的 夹紧变形及改善,利用对称变形,增加压紧件接触面积,29,高级培训,采用浮动压块 和垫环减少 工件夹紧变形,对于极薄特形工件,可采用冻结式夹具:将工件定位于一随行的型腔里,然后浇灌低熔点金

7、属,待其固结后一起加工;加工完成后,再加热熔解取出工件(低熔点金属的浇灌及熔解分离,都是在生产线上进行的),其他措施,30,高级培训,3、基本夹紧机构,本节目的 1、知道常见的夹紧机构种类、工作原理; 2、知道基本夹紧机构的工作特性:增力比、夹紧行程和自锁条件; 3、知道基本夹紧机构的设计要点,会进行必要的设计计算; 4、知道各种夹紧机构的特点和应用场合。,31,高级培训,斜楔夹 紧机构,增力比:,夹紧行程h = S tan,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,自锁条件: 1+2,夹紧力 的大小,32,高级培训,夹紧时的受力状态,以斜楔为研究对象,夹紧时 根据静力

8、平衡原理,有 FQ = F1+ FRX F1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2) FJ = FQ / tan1tan(2) 设1 =2 =,当10, 可用下式近似计算 FJ = FQ / ( tan2),33,高级培训,夹紧力FQ去除,斜楔受到F1、FRX作用,要能自锁,必须满 足下式 F1 FRX F1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2) tan1 tan(2) 即 1 ( 2) 或 1 2 一般1 =2 = =57, 故当1014时自锁, 一般取=68,自锁条件分析:夹紧后的受力状态,34,高级培训,设计 要点,楔块夹紧工件后应能自锁, 1 +2 为自锁条件

9、,一般钢铁的摩擦系数为0.10.15, 取1 =2 = 5.78.5, 故1117,为了安全可靠,取= 68 机动夹紧:取大些(1014) 不需自锁:取30,35,高级培训,斜楔夹紧机构,动画1,动画2,动画3,36,高级培训,夹持特点,结构简单,有增力作用。 一般扩力比 Q/F3,楔块夹紧行程小,增大行程会使自锁性能变差,操作不便,夹紧和松开均需敲击,楔块材料:通常用20钢渗碳,淬硬 5862HRC,偏心轮、凸轮、螺钉为楔块的变种,又想增力比大且自锁,又想夹紧行程大:双斜角斜楔: 大用于获得大行程,小用于获得大夹紧力和自锁 注意:确保夹紧时处于小段,37,高级培训,螺旋夹 紧机构,工作原理,

10、类似楔块,夹持特点,结构简单,增力大,夹紧可靠,能保证自锁,夹紧动作慢,适合手动夹紧,采用螺旋直接夹紧,或者采用螺旋与其它元件组合实现夹紧工作的机构。统称为螺旋夹紧机构。,38,高级培训,螺旋夹紧的构造,螺钉、压块、手柄等,简单 螺旋 夹紧 机构,39,高级培训,快速 螺旋 夹紧 机构,开口垫圈,快卸螺杆,旋转快卸,40,高级培训,41,高级培训,螺旋压板夹紧机构,设计要点:确定夹紧螺栓的公称直径d,42,高级培训,偏心夹 紧机构,工作 原理,利用转动中心与几何中心偏移的圆盘或轴作为夹紧元件,夹 持 特 点,结构简单,制造方便,夹紧迅速,操作灵活,行程小,增力小,自锁能力差,适合夹紧力小、振动

11、小的场合,利用偏心轮的扩力和自锁性能来实现夹紧作用的机构,称为偏心夹紧机构。,43,高级培训,偏心轮的工作特性,D/e 1420,能输出的最大夹紧行程 hmax = 2e,自锁条件,44,高级培训,设计 要点,1、根据夹紧行程要求确定偏心距e 最小夹紧行程 hmin =+ 至少取 2e + :工件尺寸公差; :装卸工件预留间隙,2、偏心轮直径取 D=14e20e,3、手柄长取 L=(22.5)D,4、偏心轮材料:20钢或20Cr; 表面渗碳淬火5560HRC, 磨光、发蓝,确定偏心量e和偏心轮直径D,45,高级培训,圆偏心轮的结构形式,46,高级培训,铰链夹 紧机构,属增力夹紧机构,机构简单,

12、增力倍数大,一般不自锁。 应用:多用于机动夹紧。 设计注意:留行程储备角c 5,47,高级培训,结构图,48,高级培训,定心夹 紧机构,在工件定位时,常将工件的定心定位和夹紧结合在一起,这种机构称为定心夹紧机构,定心夹紧机构的特点,定位和夹紧是同一元件,定位+夹紧同时进行,体现定位基准为中心要素,能将工件定位基准的误差对称地分布 使Y = 0,49,高级培训,工作原理,利用工作元件等速趋近工件,使工件定位基面的误差被均分在周围,从而使其中心位置保持不变。,50,高级培训,分 类,利用传动机构实现等速趋近,斜面 杠杆 齿轮齿条,特点: 夹紧力大, 夹紧行程大,定心精度低。,利用弹性元件的均匀弹性

13、变形 实现等速趋近,弹簧筒夹 液性塑料 弹性膜片,特点: 夹紧力小, 夹紧行程小, 定心精度高,应用:粗、半精加工,应用:半精、精加工,51,高级培训,螺旋式、 偏心式、 斜面(锥面) 定心夹紧机构,利用 斜面 作用,52,高级培训,自动定心 卡盘,利用 齿轮 齿条,利用 杠杆 作用,53,高级培训,弹簧夹头的结构,54,高级培训,鼓膜夹具,液性塑料定心夹具,弹性 定心 夹紧 机构,55,高级培训,联动夹 紧机构,有时需要同时有几个点对工件进行夹紧,有时需要同时夹紧几个工件,有时除夹紧动作外,还需要松开或固紧辅助支承,一个动力源输出多个夹紧点,多点 夹紧,浮动 压头,56,高级培训,浮动夹紧机

14、构(四点双向浮动、 平行式多点夹紧、多点浮动),57,高级培训,多件多位(联动) 夹紧机构,58,高级培训,夹紧与移动压板联动,夹紧与锁紧辅助支承联动,夹紧与其他 动作联动,59,高级培训,先定位后夹紧联动机构,60,高级培训,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,61,高级培训,浮动机构,62,高级培训,多位夹 紧机构 的合理 设计,用液性 塑料自 动调节 夹紧力,63,高级培训,夹紧机构的设计要求,夹紧机构是指能

15、实现以一定的夹紧力夹紧工件选定夹紧点的功能的完整结构,主要包括与工件接触的压板、支承件和施力机构,64,高级培训,对夹紧机构通常有如下要求,可浮动,可用球面垫圈、球面支承及间隙联接销实现,65,高级培训,双件 联动 机构,实现相互 垂直作用力的 联动机构,可联动,可实现几个方向的夹紧力同时作用或 顺序作用,66,高级培训,顺序作用的 联动机构,67,高级培训,杠杆机构的常见情况,几种斜面增力机构,可增力,常用的有螺旋、杠杆、斜面、铰链及其组合,68,高级培训,铰链杠杆增力机构,可自锁,当去掉动力源的作用之后,仍能保持对工件的夹紧状态,称为夹紧机构的自锁,常用的自锁机构有螺旋、斜面及偏心机构等,69,高级培训,夹紧动力源装置,夹具的动力源有手动、气压、液压、电动、电磁、弹力、离心力、真空吸力等,选择动力源时通常应遵循两条原则,经济合理,与夹紧机构相适应,70,高级培训,手动 动力源,选用手动动力源的夹紧系统一定要具有可靠的自锁性能以及较小的原始作用力,多用于螺栓螺母施力机构和偏心施力机构的夹紧系统,设计时应选用较大的裕度系数,71,高级培训,气压 夹紧 装置 传动的 组成,气动 动力源,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,72,高级培训,液压 动力源,液压夹紧是利用液压油为工作介质来传力的一种装置,液压夹紧的传动系统与普通

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