第5章 夹具设计2

5.4机床夹具夹紧机构的设计

夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。工件和夹具的变形必须在允许的范围内。夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。夹紧机构复杂、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。5.4.1夹紧机构设计应满足的要求5.4.2夹紧力的确定

图示夹具，用于对直角支座零件进行镗孔，要求孔与端面A垂直。因此应选A面为第一定位基准，夹紧力Fjl应垂直压向A面。若采用夹紧力Fj2，由于工件A面与B面的垂直度误差，则镗孔只能保证孔与B面的平行度，而不能保证孔与A面的垂直度。

夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。1.夹紧力方向的确定

夹紧力包括方向、作用点和大小三个要素。

夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。如图示为薄壁套的夹紧，a采用三爪自定心卡盘夹紧，易引起工件的夹紧变形。若镗孔，内孔加工后将有三棱圆形圆度误差。b为改进后的夹紧方式，采用端面夹紧，可避免上述圆度误差。如果工件定心外圆和夹具定心孔之间有间隙，会产生定心误差。

夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。如图示，a的情况是合理的，b则不尽合理。2.夹紧力作用点的选择

夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应，或在支承点确定的区域内，以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形。如图示，两种情况均破坏了定位。

夹紧力的作用点应选择在工件刚度高的部位。如图示，a的情况可造成工件薄壁底部较大的变形，改进后的结构为b。

夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性。如图示，在切削部位增加了辅助支承和辅助夹紧。

夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。如图示，a的情况，工件对夹紧螺杆3的反作用力使导向支架2变形，从而产生镗套4的导向误差。改进后的结构为b，夹紧力的反作用力不再作用在导向支架2上。3.夹紧力大小的确定

夹紧力大小需要准确的场合，一般可经过实验来确定。也可以计算。通常由于切削力本身是估算的，工件与支承件间的摩擦系数也是近似的，因此夹紧力也是粗略估算。

上图是一种简单的斜楔夹紧机构。向右推动斜楔1，使滑柱2下降，滑柱上的摆动压板3同时压紧两个工件4。下图是受力分析图。有式中，W为产生的夹紧力，Q原动力，φ1、φ2为摩擦角，α为斜楔的楔角。为使手动夹紧时能自锁，α=6°～8°；采用螺旋机构，偏心机构或气动，液动推动斜楔时，α可大一些。斜楔夹紧机构的优点是有一定的扩力作用，可以方便地使力的方向改变90°，缺点是α较小，行程要长。5.3.3常用夹紧机构1.斜楔夹紧机构

螺旋夹紧机构是手动夹紧机构中应用最广泛的一种，左下图为螺旋夹紧机构的两个例子。右下图为螺杆受力分析图。有：螺旋夹紧机构的优点是：扩力比可达80以上，自锁性好，结构简单，制造方便，适应性强。其缺点是动作慢，操作强度大。2.螺旋夹紧机构3.偏心夹紧机构

偏心夹紧的偏心轮已标准化。优点是结构简单，操作方便，动作迅速。缺点是自锁性能差，夹紧行程和增力比小。

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，左下图为三种偏心夹紧机构。偏心夹紧原理与斜楔夹紧机构靠斜面高度增高而产生夹紧相似，只是斜楔的楔角不变，而偏心轮的楔角是变化的，右下图是偏心轮展开图。有：5.4.4其它夹紧机构1.铰链夹紧机构

铰链夹紧机构的特点是动作迅速，增力比大，易于改变力的作用方向。缺点是自锁性能差。一般常用气动、液动夹紧。设计时要进行受力分析、运动分析和参数分析计算。考虑设置必要的浮动、调整环节。铰链夹紧机构的应用实例见下面图示。2.定心夹紧机构

定心夹紧机构的设计一般有以下两种原理。定位——夹紧元件按等速位移原理实现工件定心或对中。下图为锥面定心夹紧心轴。

下图示为螺旋定心夹紧机构。

定位——夹紧元件按均匀弹性变形原理来实现定心夹紧。如各种弹性心轴，弹性筒夹，液性塑料夹头等。图示为弹性夹头的结构。3.联动夹紧机构

在夹紧机构设计中，常常遇到工件需要多点同时夹紧，或多个工件同时夹紧，有时需要使工件先可靠定位再夹紧或者先锁定辅助支承再夹紧等等。为了操作方便、迅速、提高生产率，减轻劳动强度，可采用联动夹紧机构。图示为三种多点联动夹紧机构。

图示为多工件联动夹紧机构。

图示为夹紧与辅助支承联动夹紧机构。

图示为先定位与后夹紧联动夹紧机构。

设计联动夹紧机构时应注意如下几点:l）由于联动机构动作和受力情况比较复杂，应仔细进行运动分析和受力分析，以确保设计意图能够实现。

2）在联动机构中要充分注意在哪些地方设置浮动环节，如铰链，球面垫等，要注意浮动的方向和浮动量的大小，要注意设置必要的调整环节，保证各处夹紧均衡，运动不发生干涉。

3）各压板都能很好地松夹，以便装卸工件。

4）要注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度。

5）联动机构不要设计得太复杂，注意提高可靠性，降低制造成本。5.4.5夹紧机构的动力装置

在大批大量生产中往往采用机动夹紧，如气动、液动、电磁和真空夹紧等。机动夹紧可以克服手动夹紧的缺点，提高生产率，还有利于实现自动化。1.气动夹紧装置

采用压缩空气作为夹紧装置的动力源。典型的气压传动系统如图示。

固定式气缸和固定式液压缸相类似。回转式气缸与气动卡盘如图示，它是用于车床夹具的，由于气缸和卡盘随主轴回转，还需要一个导气接头。5.5.2液压夹紧装置

液压夹紧装置的工作原理和结构基本上与气动夹紧装置相似，它与气动夹紧装置相比有下列优点：压力油工作压力可达6MPa，因此液压缸尺寸小，不需增力机构，夹紧装置紧凑。5.5.3气-液联合夹紧装置

所谓气-液联合夹紧装置是利用压缩空气为动力，油液为传动介质，兼有气动和液压夹紧装置的优点。图示的气液增压器，就是将压缩空气的动力转换成较高压力的液体，供应夹具的夹紧液压缸。

压力油具有不可压缩性，因此夹紧装置刚度大、工作平稳可靠。液压夹紧装置噪声小。

其缺点是需要有一套供油装置，成本要相对高一些。因此适用于具有液压传动系统的机床和切削力较大的场合。5.5.4其它动力装置1.真空夹紧

真空夹紧是利用工件上基准面与夹具上定位面间的封闭空腔抽取真空后来吸紧工件，或者就是利用工件外表面上受到的大气压力来压紧工件的。真空