第四章机床夹具原理设计

第四节工件在夹具中的夹紧西安航空学院夹紧的必要性：为了使工件加工时在切削力、惯性力、重力等外力作用下，仍然保持已定好的正确位置，在夹具上还须设有夹紧装置，对工件产生适当的夹紧力。夹紧装置的设计和选择是否合理，将直接影响工件的加工质量和生产率。1.夹紧装置的组成夹紧装置的结构形式是多种多样的，一般由三部分组成：(1)力源装置：如图中的气缸、活塞等。(2)中间传力机构：如图中的斜楔。(3)夹紧元件：如图中的压板。

夹紧装置的基本要求夹紧时不能破坏工件夹具中占有正确位置。夹紧力要适当。夹紧机构要操作方便，夹压迅速、省力。结构要紧凑简单，有良好结构工艺性，尽量使用标准件。

二.夹紧力的确定：1.确定夹紧力方向的原则：当工件由几个表面组合定位时，在各相应方向都应施加夹紧力，且主要夹紧力的方向应朝向主要定位基面；应垂直主定位面，最好对着平面形定位件夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形。夹紧薄壁工件时，尤应注意这种情况。2.夹紧力作用点的确定原则夹紧力的作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内；如左图所示，夹紧力W的作用点可能会使工件翻转。以上两种夹紧方案，相较而言b)方案是合理的。夹紧力作用点应位于工件刚性较好的部位；通过对比以上两种方案，将作用在壳体中部的单点改为在工件外缘处的两点夹紧，工件的变形大大改善，夹紧也更可靠。此项原则对刚性差的工件尤为重要。

如下图所示，镗连杆大头孔时，W1加在杆身中间，会使两头上翘，镗孔后，导致孔轴线与端面不垂直。夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以减小切削力对夹紧点的力矩，防止或减少工件的加工振动或弯曲变形。3.夹紧力大小的确定原则

夹紧力的大小可根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算。为安全起见，计算出的夹紧力应乘以安全系数K，故实际夹紧力一般比理论计算值大2∼3倍。

夹紧力的大小：

W=K*WL

式中：K——安全系数； 粗加工K=2.5～3,精加工K=1.5～2。

WL——解静力学求得的理论值。

W足够而不过大，即只要能够克服F切、F重等外力的影响，不破坏定位；W过大则工件变形愈大。三.典型夹紧机构

夹紧机构是夹紧装置的重要组成部分，因为无论采用何种动力源装置，都必须通过夹紧机构将原始力转化为夹紧力、各类机床夹具应用的夹紧机构多种多样，以下介绍几种利用机械摩擦实现夹紧，并可自锁的典型夹紧机构。斜楔夹紧；螺旋夹紧；偏心夹紧。楔块夹紧机构是利用斜面来夹紧工件的，它是夹具的基本形式，其他一些机构实际上是由此派生出来的。1.斜楔夹紧

特点：结构简单，升程小，扩力倍数不算大，操作情况不理想，但与机动装置联合应用较广。另外，增大行程和增大夹紧力使斜楔自锁是矛盾的，因此，选斜楔角时必须考虑这两方面因素，如果两者都要求很严，可将斜楔做成两个升角，前一段大升角用于加大工作行程，后一段小升角用于工件的加紧并自锁。2.螺旋夹紧螺旋夹紧机构在生产中使用极为普遍。其结构简单，夹紧行程大，特别是它具有自锁性能和增力大两大特点。它主要有两种典型结构:1、单个螺栓夹紧机构;2、螺旋压板夹紧机构。

单个螺栓夹紧机构如图a所示为六角头压紧螺钉，它是用螺钉头部直接压紧工件。b图所示在螺钉头部装上摆动压块，可防止螺钉旋转时损伤工件表面或带动工件旋转。

摆动压块结构如下图所示。

螺旋压板夹紧机构如图所示为螺旋压板夹紧机构，它的产生扩大了单螺旋夹紧机构的应用范围，实际中常采用螺旋与压板组合的螺旋压板夹紧机构。特点：(1)夹紧结构简单，夹紧可靠，在加剧中得到广泛应用；(2)夹紧力比斜楔夹紧力大，螺旋夹紧行程不受限制，所以在手动夹紧中应用极广；(3)螺旋夹紧动作慢，辅助时间长，效率低，在实际生产中，螺旋一压板组合夹紧比单螺旋夹紧用的更为普遍。可转位压板

螺旋夹紧动画3.偏心夹紧偏心夹紧机构是由偏心件作为夹紧元件，直接夹紧或与其它元件组合实现对工件的夹紧，常用的偏心件有圆偏心和偏心轴偏心两种。

当顺时针转动手柄2使偏心轮3绕轴4转动时，偏心轮的圆柱面紧压在垫板1上，由于垫板的反作用力，使偏心轮上移，同时抬起压板5右端，而左端下压夹紧工件。

一种常见的偏心轮一压板夹紧机构

特点：由于圆偏心夹紧时的夹紧力小，自锁性能不是很好，且夹紧行程小，故多用于切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合，但是圆偏心夹紧机构是一种快速夹紧机构。

四.夹紧动力源装置1—雾化器2—减压阀3—止回阀4—转向阀5—调速阀6—气压表7—气缸

1.气动夹紧气动夹紧的特点操作方便迅速、反应灵敏，易于自动化；空气取之不尽，废气直接排入大气无污染，但有噪声；空气具有可压缩性，夹紧刚度不高，需设置自锁机构；因工作压力不高，夹紧力不够大，需借助扩力机构，结构比较庞大。2.液压夹紧优点：(1)工作压力高，传动力大，不需增力机构，夹具结构简单；(2)油液不可压缩，夹紧刚性大，工作平稳，夹紧可靠；(3)噪声小，劳动条件好。(4)适用于重力切削或加工大型工件时的多处夹紧。

缺点：对密封性能要求高，需要一套压力油供应系统，为单一夹具设置此系统不经济。下图为直接作用式气-液联合增压虎钳示意图。气-液联合增压虎钳动画3.气-液压组合夹紧1—气缸2—增压缸3—活塞杆4—活塞杆5—工作缸6—活塞

为了提高生产率，充分利用机床的走刀行程，在批量较大的情况下，常采用多件同时加工，这时设计的夹具必须保证多件同时夹紧，且必须保证各个工件的加工精度。

联动夹紧机构形式有：多件平行夹紧；多件依次夹紧。联动夹紧机构多件平行夹紧

如图所示为多件平行夹紧夹具，在设计时应注意，由于一批工件尺寸大小不一，夹紧元件应作成浮动式，如图b所示。否则有的工件可能夹不紧，如图a所示，只能夹紧尺寸大的工件。多件依次夹紧