15-3 工件在夹具中的夹紧

1、第三节 工件在夹具中的夹紧 第十五章 机床夹具1共52页一、夹紧装置的组成和根本要求 1、夹紧装置的组成 力源装置：产生夹紧力的装置 夹紧元件：压紧工件的元件 中间递力机构：介于、之间的机构，其作用： 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) 保证平安自锁，上例斜楔具有自锁性。 2共52页图 3.1 夹紧装置的组成1气缸 2斜楔 3滚子 4压板 5工件3共52页2、夹紧装置的根本要求工件不移动原那么；工件不变形原那么；工件不振动原那么；平安、省力、方便；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、2)、(3)主要在精加工时考虑 4共52页二、设计夹紧装置的根本准那么 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。5共52页1、与夹紧力方向有关的准那么 图3.2夹紧力的方向应有助于定位 a)错误，b)正确 6共52页1夹紧力作用方向不应破坏工件的定位图3.3夹紧力应指向主要定位基面 b)、c)错误，d)正确 7共52页镗孔：加工要求孔中心线垂直A面，因此以A面为主要定位基面，并使夹紧力垂直于A面。假设使夹紧力指向B面，如图(b、c)所示，那么由于A与B面间存在垂直度偏差就无法满足加工要求。当夹紧力垂直指向A面有困难而必须指向B面时，那么必须提

3、高A与B面间的垂直度精度。结论：夹紧力作用方向不应破坏工件的定位。 工件在夹紧力作用下，应确保其定位基面紧贴在定位元件的工作外表上。因此，当工件用几个外表定位时，在各相应方向都应施加一定的夹紧力，这对承受较大切削力的大型工件的加工尤其重要。但对工件尺寸较小，切削力不大的情况，往往只需在一个方向上施加夹紧力，通常夹紧力应垂直指向主要定位支承外表。8共52页(2) 夹紧力作用方向应使所需夹紧力尽可能小图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9共52页a) F、F 、G三力同向，且指向夹具体； Fw 最小b) F=(G+ Fw )f f为摩擦系数 Fw =F/fG；c

4、) F1G1=( Fw+G2+F2)f Fw =(F1G1)/fG2F210共52页d) Fw f =F+G Fw =( F+G)/fe) (Fw+F)f=G Fw = G/fF f) Fw =F+G 11共52页12共52页 图中，(a)、(b)所示工件安装既方便又稳定，特别是图(a)，其切削力F与工件重力G均朝向主要支承外表，因而所需夹紧力Fw为最小。在钻床上的加工多属这种情况，此时的夹紧力Fw只要防止加工时工件转动及振动即可。 但(c)、(d)、(e)、(f)所示的情况就较差，特别是(d)所示情况所需夹紧力为最大，一般应尽量防止。共52页13结论： 切削力应尽量传给夹具体 (3) 夹紧力

5、作用方向应使工件的夹紧变形尽量小图3.5 加工薄壁套筒的两种夹紧方式 14共52页b)较a)好结论：夹紧力的方向应是工件刚 度较高的方向 15共52页2、与夹紧力作用点有关的准那么 保证定位稳定可靠：图3.6 b)、 c)正确 d)错误 16共52页 e)、g)正确 f)、h)错误 防止支承反力与夹紧力构成力偶17共52页结论：夹紧力的作用点必须作用在定位元件的支承外表上或作用在几个定位元件所形成的稳定受力区域内。18共52页当夹紧力作用点无法遵循这一原那么且工件刚性又较差时，应在夹紧力作用点相对应的位置上增设辅助支承以平衡夹紧力，防止工件产生过大的变形。 有利减小变形 a)作用点位于工件刚性

6、较好部位 b)变集中作用为分散作用 19共52页a) c)正确，b) d) e)错误 20共52页共52页21结论：夹紧力作用点应作用在工件刚性较好的部位上。 对于薄壁易变形工件应采用多点夹紧或使夹紧力均匀分布，以减少工件的夹紧变形。(3) 有利减小振动 作用点应尽量靠近工件加工部位 c)合理；b) d)不合理。 22共52页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 23共52页1-工件2-辅助支承3-铣刀共52页24结论：夹紧力作用点应尽量靠近加工外表。 这样可以减小切削力对夹紧点的作用力矩，从而减小工件加工的振动。 对有的工件由于结构形状所限，加工外表与夹紧

7、力作用点的距离较远且刚性又较差时，应在加工外表附近增加辅助支承及对应的附加夹紧力。25共52页3、与夹紧力大小有关的准那么 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 夹紧误差增大共52页26夹紧力大小确定理论夹紧力：Fw根据切削力F(刀具课讲) 按静力平衡求得；实际夹紧力：Fwk =KFw K为平安系数，根据经验一般粗加工时取3；精加工时取1 .5 2 。 在实际设计工作中，夹紧力的大小可根据同类夹具的实际使用情况，用类比法进行经验估计，也可用分析计算方法近似估算。分析计算方法：先求理论夹紧力再求实际夹紧力。三、根本夹紧机构 27共52页 夹紧机构的设计与选择是夹紧

8、装置设计的主要内容。 首先根据工件的结构形状、加工方法、生产规模等因素确定夹紧机构的形式，而后再进行具体结构的设计与计算。 本节主要介绍常用的几种根本夹紧机构斜楔夹紧、螺旋夹紧、定心夹紧等设计的根本问题。 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28共52页共52页29 这种直接应用斜楔的手动夹紧机构，虽然结构简单，但由于操作费时费力，故在实际中应用并不多。 而用斜楔与其他机构组合的以及用斜楔作为增力机构的夹紧机构在气动夹具中应用是很广泛的。 图为应用斜楔的气动铣床夹具。圆柱形工件1用两短V形块2、4及支承钉5定位，工件夹紧那么是由活

9、塞带动斜楔7通过滚子6拉动滑柱8经压板3实现的。共52页302、螺旋夹紧和螺旋压板机构优点是：结构简单紧凑，通用性好，增力倍数大，自 锁性能好，且便于制造，所以在手动夹紧装 置中应用最为广泛。但由于夹紧、松开费时、费力，所以在高效夹具中应用较少。共52页31(1) 单螺旋夹紧结构形式单螺旋夹紧有两种根本形式，如下图。其中图(a)为螺钉夹紧，图(b)为螺母夹紧。共52页32为了防止夹紧螺钉旋转时带开工件转动，或防止工件外表被压伤及减少夹紧变形等，螺钉足部可装上浮动压块。共52页33为克服螺旋夹紧动作慢的缺点，提高夹紧效率，可采用各种快卸措施。螺旋夹紧常采用如下图的快卸垫圈。图(b)为带缺口的转动

10、垫圈，只要稍松螺母，即可转开垫圈装卸工件。图(a)为开口垫圈，只要稍微松开螺母即可从侧面取下开口垫圈，工件便可通过螺母进行装卸。共52页34夹紧力的计算 螺旋可视为绕在圆柱体上的斜楔，从斜楔夹紧力的计算公式可以直接导出螺旋夹紧力的计算公式。FW：沿螺旋轴线作用的夹紧力(N)；Q：作用在板手上的力(N)；L：作用力的力臂(mm)；d0：螺纹中径(mm)； ：螺纹升角()；1 ：螺纹副的当量摩擦角()；2 ：螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角()；r ：螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半径(mm)。共52页35 在实际设计中，一般是根据经验从手册中先选定螺纹直径及搬手长度，然后

11、再进行夹紧力的验算。表15-1中列出了各种直径螺栓所允许的夹紧力和为到达此夹紧力时施加在螺母上所需的扭矩。 为了简化计算，允许夹紧力是按其所能承受的拉力强度来计算的。共52页36表15-1 各种直径螺栓所允许的夹紧力和为到达此夹紧力时施加在螺母上所需的扭矩共52页37(2) 螺旋压板夹紧机构 螺旋压板是单螺旋与杠杆的组合夹紧机构。 它可以增大单螺旋的夹紧力，或改变夹紧力的作用方向，或者是增大夹紧行程。 螺旋压板在手动夹紧中应用非常广泛，常见有如下几种典型结构。 图(a)所示为移动式螺旋压板，压板上开有长圆孔，以便松开工件时压板可以后撤，便于装卸工件。图(a)是减力的螺旋压板，它可以增大夹紧行程

12、。共52页38 图(b)所示为移动式螺旋压板，压板上开有长圆孔，以便松开工件时压板可以后撤，便于装卸工件。 图(b)改变了夹紧力的作用方向，当适当调整杠杆的力臂，同样可以实现增力或增大夹紧行程的作用。共52页39 图(C)所示为铰链压板，这是一种增力的并可以翻转便于装卸工件的螺旋压板。为弥补由于压板倾斜而造成的与工件接触不良，应在压板中部装上浮动压块。共52页40 图(d)所示为回转压板，它并不起增力或扩大夹紧行程的作用，但由于压板可绕一端支点轴旋转，便于装卸工件。共52页413、偏心夹紧机构 偏心夹紧机构靠偏心轮回转时回转半径变大而产生夹紧作用，其原理和斜楔工作时斜面高度由小变大而产生的楔紧

13、作用是一样的。实际上，可将偏心轮视为一楔角变化的斜楔。共52页42图中所示为三种简单的偏心夹紧机构。其中图(a)直接利用偏心轮夹紧工件，图(b)和图(c)为偏心压板夹紧机构。共52页434、铰链夹紧机构 铰链夹紧机构是一种增力机构，由于结构简单，增力倍数大，摩擦损失小，故在气动夹具中用得较为广泛。 下页图中所示为铰链夹紧机构的五种根本类型，包括： 单臂铰链夹紧机构(型)； 双臂单向作用的铰链夹紧机构(型)； 双臂单向作用带移动柱塞的铰链夹紧机构(型)； 双臂双向作用的铰链夹紧机构(型)； 双臂双向作用带移动柱塞的铰链夹紧机构(形)。共52页44图(a)为单臂铰链夹紧机构(型)1- 铰链臂3-

14、气缸共52页45图(b)为双臂单向作用的铰链夹紧机构(型)，图(c)为双臂单向作用带移动柱塞的铰链夹紧机构(型)1- 铰链臂；2- 柱塞；3- 气缸共52页46图(d)为双臂双向作用的铰链夹紧机构(型)图(e)为双臂双向作用带移动柱塞的铰链夹紧机构(形)1- 铰链臂；2- 柱塞；3- 气缸共52页475、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，即在夹紧过程中，能使工件相对于某一轴线或某一对称面保持对称性。 定心夹紧机构按其工作原理可分为两大类：(1) 以等速移动原理工作的定心夹紧机构；(2) 以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构。共52页48(1) 以等速移动原

15、理工作的定心夹紧机构 拧动螺母2时，由于斜面A、B的作用，使两组活块1同时等距外伸，直到每组3个活块均与工件孔壁接触，使工件得到定心夹紧。反向拧动螺母，在弹簧力的作用下，活块缩回，工件被松开。图15-38所示为斜楔式定心夹紧心轴。共52页49图15-39为一螺旋定心夹紧机构。螺杆3的两端分别有螺距相等的左、右螺纹，转动螺杆，通过左、右螺纹带动2个V形块1和2同步向中心移动，从而实现工件的定心夹紧。叉形件7可用来调整对称中心的位置。共52页50(2) 以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构如：弹簧夹头、薄膜卡盘、液塑定心夹紧机构、碟形弹簧定心夹紧机构、折纹薄壁套定心夹紧机构等。 图15-40为一种常用的弹簧夹头结构。 图中3为夹紧元件弹簧套筒，它是一个带锥面的薄壁弹性套，带锥面的一端开有三个或四个轴向槽。它有三个根本局部：一是夹爪A；二是包括夹爪在内的弹性局部B,称为簧瓣；三是导向局