第五章机床夹具设计原理第三节.ppt

第三节工件的夹紧 工件定位后必须进行夹紧 才能保证工件不会因为切削力 重力 离心力等外力作用而破坏定位 这种对工件进行夹紧的装置 称为夹紧装置 结束 一 夹紧装置的组成和设计要求1 夹紧装置的组成 1 动力源装置 2 传力机构如下图 3 夹紧元件 结束 中间递力机构可起如下作用 1 改变原始作用力的方向 2 改变原始作用力的大小 3 具有自锁性能 以保证夹紧的可靠 对手动夹紧尤为重要 2 夹紧装置的设计要求1 不能破坏工件在定位时所获得的正确位置 2 夹紧力的大小应可靠 适当 工件变形和受压损伤不超出允许范围3 夹紧动作要准确迅速 以便提高生产效率 4 操作方便 省力 安全 以改善工人的劳动条件 减轻劳动强度 5 结构简单 易于制造 此外 应有足够的夹紧行程 手动夹紧须有自锁性能 结束 二 夹紧力的确定1 夹紧力方向 1 夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性 垂直于主要定位基准面 2 夹紧力方向应使工件变形尽可能小 刚性大的方向 3 夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小 三力同向 结束 结束 垂直或平行 结束 图5 32为夹紧力 切削力和重力之间关系的几种示意情况 显然 图5 32a最合理 图5 32f or d 为最差 2 夹紧力作用点1 夹紧力作用点位置应支承元件所形成的支承面内 靠近中心 如图5 33a2 夹紧力作用点应落在工件刚度较好的部位上 如图5 33b3 夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面 以减小切削力对工件造成的翻转力矩 如图5 33c综合考虑 结束 结束 3 夹紧力大小确定夹紧力大小的方法有两种 经验类比法 分析计算法 结束 采用分析计算法 根据切削原理的公式求出切削力的大小F 必要时算出惯性力 离心力的大小 然后与工件重力及待求的夹紧力组成静平衡力系 列出平衡方程式 即可算出理论夹紧力Q Q KQ 5一19 K的取值范围一般为1 5 3 粗加工时取2 5 3 精加工时取1 5 2 结束 三 典型夹紧机构夹具中常用的基本夹紧机构有斜楔 螺旋 偏心等 它们都是根据斜面夹紧原理夹紧工件 结束 1 斜楔夹紧机构斜楔夹紧主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向 图5 34a为手动式 图5 34b为机动式 结束 结束 1 斜楔夹紧力的计算斜楔在夹紧过程中的受力分析如图5 35a所示 工件与夹具体给斜楔可得斜楔对工件所产生的夹紧力Q为 5 20 结束 由于 2和 1均较小 设 2 1 上式可简化为 2 斜楔夹紧的自锁条件 5 22 结束 根据二力平衡原理有Q1 R1 且由于 1和 2均较小 则斜楔夹紧的自锁条件是 5 23 3 斜楔夹紧的扩力比 5 24 结束 5 25 4 斜楔夹紧机构的行程比一般把斜楔的移动行程L与工件需要的夹紧行程S的比值 称为行程比 5 应用场合斜楔夹紧机构结构简单 工作可靠 但由于它的机械效率较低 很少直接应用于手动夹紧 而常用在工件尺寸公差较小的机动夹紧机构中 结束 2 螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构的主要元件 如螺杆 压块 手柄等 已经标准化 设计时可参考有关夹具设计手册 结束 1 螺旋夹紧机构的夹紧力计算图5 37为螺旋夹紧的受力情况分析 三个力矩满足下式 5 26 结束 结束 图5 37b为螺旋沿中径展开图 螺杆可视为楔块 由图可得 5 27 结束 由式 5 26 和式 5 27 得螺旋夹紧机构的夹紧力Q为 5 28 结束 2 螺旋夹紧的自锁条件螺旋夹紧机构的自锁条件和斜楔夹紧机构相同 即螺旋夹紧机构的螺旋升角 很小 一般为2 4 故自锁性能好 5 29 结束 结束 3 螺旋夹紧的扩力比 5 30 结束 4 应用场合螺旋夹紧机构结构简单 制造容易 夹紧行程大 扩力比大 自锁性能好 在实际设计中得到广泛应用 缺点是动作慢 机构上加以改进 请分析 结束 结束 3 偏心夹紧机构偏心夹紧机构是靠偏心轮回转时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件的 偏心夹紧常与压板联合使用 如图5 39所示 结束 1 偏心夹紧机构的夹紧原理图5 40a所示的偏心轮 展开后如图5 40b所示 结束 式中 偏心轮的楔角 e 偏心轮的偏心距 mm R 偏心轮的半径 mm 偏心轮作用点X与起始点O间的圆心角 5 21 结束 不同位置的楔角用下式求出 2 圆偏心夹紧的夹紧力计算图5 41是偏心轮在P点处夹紧时的受力情况 得到圆偏心夹紧的夹紧力Q为 5 21 结束 式中L 手柄长度 mm 偏心轮回转轴中心到夹紧点P的距离 mm 1 2 偏心轮转轴处与作用点处的摩擦角 结束 3 圆偏心夹紧的自锁条件 5 33 结束 式中 2 偏心轮作用点处摩擦系数 若 2 0 1 0 15 则自锁条件可为 R e 7 10 5 34 4 圆偏心夹紧的扩力比圆偏心夹紧的扩力比为 5 35 结束 5 应用场合偏心夹紧的优点是操作方便 夹紧迅速 结构紧凑 缺点是夹紧行程小 夹紧力小 自锁性能差 变 因此常用于切削力不大 夹紧行程较小 振动较小的场合 优点 工艺性好缺点 变升角 p为计算点 偏心轮回转轴中心到夹紧点P的距离 mm 5 圆偏心的设计步骤 1 确定偏心圆工作弧段的行程 偏心圆工作弧段的行程 结束 1 确定偏心圆工作弧段的行程 装卸工件的间隙Sl 一般取Sl 0 3mm 弹性变形量S2 一般S2 0 05 0 15mm 行程贮备量S3 一般取S3 0 1 0 3mm 工作弧段总行程hAB必须大于工件的尺寸公差T 其总值应为 hAB Sl S2 S3 T 2 确定偏心圆的结构尺寸主要是确定两个参数 偏心距e 据所需行程定 p56 偏心圆直径d 据自锁条件定 3 手柄长L 据所需夹紧力定 四 其他典型夹紧机构1 铰链夹紧机构图5 42为铰链夹紧机构的应用 结束 2 定心夹紧机构定心夹紧机构是一种同时实现对工件定心定位和夹紧的夹紧机构 1 等速移动原理工作的定心夹紧机构主要有螺旋定心夹紧机构 斜楔定心夹紧机构和定心夹紧机构等 结束 结束 2 以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构当定心精度要求较高时 一般都利用这类定心夹紧机构 主要有弹簧夹头 弹性薄膜卡盘 液塑定心夹紧机构 碟形弹簧定心夹紧机构等 结束 结束 3 联动夹紧机构在夹紧机构设计中 有时需要对一个工件上的几个点或对多个工件同时进行夹紧 图5 45a为多位夹紧 图5 45b为多件夹紧 为了避免工件因尺寸或形状误差而出现夹紧不牢或破坏夹紧机构的现象 在压块两边各连接摆动压板l 2 它们可以摆动来补偿各自夹压的两个工件的直径尺寸差 结束 结束 图5 45a为多位夹紧 图5 45b为多件夹紧 为了避免工件因尺寸或形状误差而出现夹紧不牢或破坏夹紧机构的现象 在压块两边各连接摆动压板l 2 它们可以摆动来补偿各自夹压的两个工件的直径尺寸差 结束 结束 定心 对中夹紧机构 图2 77定心 对中夹紧机构 结束 图2 77定心 对中夹紧机构 图2 78定心夹紧结构 结束 联动夹机构1 多点夹紧机构 图2 7