落砂机项目可行性报告(发改委评审通过案例范文)-专家咨询

机床夹具介绍工件钻床夹具定位销钻模板及钻套夹具体第六章机床夹具设计在机床上对工件进行加工时，为了保证加工外表相对其它外表的尺寸和位置精度，首先需要使工件在机床上占有准确的位置，并在加工过程中能承受各种力的作用而始终保持这一准确位置不变。前者称为工件的定位，后者称为工件的夹紧，这一整个过程统称为工件的装夹。在机床上装夹工件所使用的工艺装备称为机床夹具。第一节机床夹具概述一、机床夹具的分类

机床夹具的种类很多，可按夹具的应用范围分类，也可按所使用的动力源进行分类。第六章机床夹具设计1.按应用范围分类按夹具的应用范围，可将夹具分为通用夹具和专用夹具两类。〔1〕通用夹具通用夹具是指在一般通用机床上所附有的一些使用性能较广泛的夹具，如车、磨床上的三爪和四爪卡盘、顶尖和鸡心夹头，铣、刨床上的平口钳、分度头和回转工作台等。它们在使用上有很大的通用性，往往无需调整或稍加调整就可用于装夹不同的工件。这类夹具一般已标准化，并由专业工厂生产作为机床附件供用户使用。通用夹具主要用于单件和中、小批生产、装夹形状比较简单和加工精度要求不太高的工件。在大批、大量生产中，对形状复杂或加工精度要求较高的工件，往往由于操作麻烦和装夹效率低而很少采用这类夹具。〔2〕专用夹具专用夹具是指专门为某一种工件的某一工序设计的夹具，如以下图所示。此类夹具一般不考虑通用性，以便使夹具设计得结构简单、紧凑、操作迅速和维修方便。专用夹具通常由使用厂根据工件的加工要求自行设计与制造，生产准备周期较长。当生产的产品或零件工艺过程变更时，往往无法继续使用，故此类夹具只适于在产品固定和工艺过程稳定的大批量生产中使用。第六章机床夹具设计〔3〕成组夹具在生产中，有时由于加工批量较小，为每种零件都分别设计专用夹具很不经济，而使用通用夹具又往往不能满足加工精度和生产率的要求，故而采用成组加工工艺，并根据组内的典型代表零件设计成组夹具。这类夹具在使用时，只需对夹具上的局部定位、夹紧元件等进行调整或更换，就可用于组内不同工件的加工，如下图。专用夹具例如成组夹具例如第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计〔4〕组合夹具组合夹具是在夹具零、部件标准化的根底上开展起来的一种适应多品种、小批量生产的新型夹具。它是由一套结构和尺寸已经规格化、系列化的通用元件、合件和部件构成。它们包括：根底件、支承件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、辅助件、合件和部件等。这些通用元件、合件和部件是由专业工厂生产供给的，使用单位可根据被加工工件的加工要求，很快地组装出所需要的夹具。夹具使用完毕后，可以将各组成元件、合件等拆开，清洗后入库以备下次组合使用。由于这类夹具具有缩短生产准备周期，减少专用夹具的品种、数量和存放面积等优点．且组装后又可到达较高的精度，故在加工批量较大的生产条件下也是适用的，如下图。第六章机床夹具设计〔2〕夹紧装置在夹具中由动力装置〔如气缸、油江等〕、中间传力机构〔如杠杆、螺纹传动副、斜楔、凸轮等〕和夹紧元件〔卡爪、压板、压块等〕组成的装置称为夹紧装置。它们的作用是用以保持工件在夹具中已确定的位置，并承受加工过程中各种力的作用而不发生任何变化。〔3〕对刀及导向装置在夹具中，用来确定加工时所使用刀具位置的元件称为对刀及导向元件，如钻套、对刀块等。它们的作用是用来确定夹具相对刀具〔铣刀、刨刀等〕的位置，或引导刀具〔如孔加工用的钻头、扩孔钻，铰刀及镗刀等〕的方向。〔4〕夹具体在夹具中，用于连接上述各元件及装置，使其成为一个整体的根底零件称为夹具体。它们的作用，除用于连接夹具上的各种元件和装置外，还用于夹具与机床有关部位进行连接。〔5〕其它元件及装置在夹具中，除上述元件外，还有一些其它的元件及装置，如定向键、分度转位装置等。它们的作用是确定夹具在机床上的方向，或实现工件在夹具同一次装夹中的分度转位。第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计〔4〕扩大机床的工艺范围，实现一机多能根据加工机床的成形运动，附以不同类型的夹具，即可扩大机床原有的工艺范围。例如，车床的溜板上或在摇臂钻床工作台上装上镗模，就可以进行箱体的镗孔加工。〔5〕减少生产准备时间，缩短新产品试制周期对多品种小批生产，在加工中大量应用通用、可调、成组和组合夹具，可以不再花费大量的专用夹具设计和制造时间，从而减少了生产准备时间。同理，对新产品试制，也同样可以显著缩短试制的周期。第六章机床夹具设计第二节工件的定位工件在夹具中定位的作用和意义，对单个工件来说就是使工件准确占据定位元件所规定的位置；而对一批逐次放入夹具的工件来说，那么是使它们都占有一致的位置。一批工件在夹具中位置的一致性，也是由工件上的定位基准外表与夹具中的定位元件相接触或相配合得到的，前者称为支承定位，后者称为对中或定心定位。因为夹具通常是用于加工一批工件的，所以设计夹具时，如何保证一批工件位置的一致性，就是工件在夹具中定位的根本问题。一、六点定位原理工件在夹具中的定位问题，可以采用类似于确定刚体在空间直角坐标系中位量的方法加以分析。工件在没有采取定位措施以前，与空间自由状态的刚体相似，每个工件在夹具中的位置可以是任意的、不确定的。对一批工件来说，它们的位置是不一致的。这种状态在空间直角坐标系中可以用如下六个方面的独立局部来加以表示，如下图。第六章机床夹具设计

沿X轴位置的不确定，称为沿X轴的移动自由度，以表示；沿Y轴位置的不确定，称为沿Y轴的移动自由度，以表示；沿Z轴位置的不确定，称为沿Z轴的移动自由度，以表示；绕X轴位置的不确定，称为绕X轴的转动自由度，以表示；绕Y轴位置的不确定，称为绕Y轴的转动自由度，以表示；绕Z轴位置的不确定，称为绕Z轴的转动自由度，以表示。工件在空间最多有六个自由度。限制工件在某一方面的自由度，工件在夹具中某一方向的位置就得以确定。工件在夹具中定位的任务，就是通过定位元件限制工件的自由度，以求满足工序的加工精度要求。用合理分布的六个支承点，即可限制工件的六个自由度，使工件的空间位置完全确定下来，这一原理称为六点定位原理,如下图。但需要注意的是，在加工过程中并不一定要求要将工件的六个自由度全部限制，这要根据加工要求而定。第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计完全定位如图a所示，为满足加工要求，工件的六个自由度都必须被限制。像这种工件的六个自由度都被限制的情况，称为完全定位。不完全定位〔局部定位〕如图b、c所示，这两个工件并没有完全限制六个自由度〔图b工件需要限制5个自由度，图c工件只需要限制3个自由度〕，但仍然可满足加工精度的要求。这种情况称为不完全定位。第六章机床夹具设计欠定位工件在夹具中定位时，假设实际定位支承点或实际限制的自由度个数少于工序加工要求应予限制的自由度个数，那么工件定位缺乏，称为欠定位。在设计夹具时，假设应限制的自由度没有被全部限制而出现欠定位，那么不能保证一批工件在夹具中定位的一致性和工序加工精度要求，因而是不允许的。过定位〔重复定位〕工件在夹具中定位，假设几个定位支承点重复限制同一个或同几个自由度时，称为过定位，如下图。当出现过定位时，将可能产生工件变形、定位元件损坏或定位精度降低等不良后果。在设计夹具时，是否允许过定位，应根据工件的不同情况进行分析。一般来说，对工件上用形状精度和位置精度很低的毛坯外表作为定位外表时，是不允许出现过定位的；对用已工过的工件外表作为定位外表时，为了提高工件定位的稳定性和刚度，在一定的条件下是允许采用过定位的。第六章机床夹具设计

典型零件结构与加工所需限制自由度的分析

典型零件结构及加工时所需限制的自由度如下表所示。第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计

典型零件结构与加工所需限制自由度的分析

典型零件结构及加工时所需限制的自由度如下表所示。第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计2.工件以平面定位的定位元件工件以平面定位时，所用的定位元件〔即支承件〕，可分为根本支承和辅助支承两大类。前者用来限制工件的自由度，是真正具有独上定位作用的定位元件；而后者那么是用来加强工件的刚性，不起限制工件自由度的作用。〔1〕根本支承它有固定支承、可调支承、浮动支承三种形式。它们的结构尺寸都已标准化，可在有关夹具设计手册中查到，这里只介绍它们的应用和结构特点。①固定支承这种支承与夹具体作固定联结，使用中不拆卸、不调节，常用的有支点钉和支承板两种。支承钉常用于工件平面定位的三点支承和侧面支承，其结构形式有平头、圆头、网纹头三种，如下图。平头支承钉常用于定位面较平整的工件。圆头支承钉与定位平面为点接触，可保证接触点位置的相对稳定、但它易磨损，且使定位面产生压陷，给工件夹紧后带来较大的安装误差，装配时也不易使几个支承处于所需的同一平面上，故园头支承仅适用于未经加工的平面定位。网纹头支承钉与定位面间的摩擦力较大，阻碍工件移动，加强定位的稳定性，但槽内易积肩，常用在粗糙外表的侧面定位。第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计支承板多用于工件上已加工平面的定位，一般用2个～3个M6～M12的螺钉紧固在夹具体上。在受力较大或支承板有移动趋势时，应增加圆锥销或将支承板嵌入夹持槽内。支承板的结构有A型和B型两种，见以下图。A型结构简单、制造方便，但因沉头孔与螺钉头间隙处易嵌切屑，不易去除，会影响定位精度、故常适用于侧而和顶面定位。B型结构易于保证上作外表清洁，可用于底面定位。当工件定位基准面较大时〔如箱体类零件〕，夹具上常设置多个支承板，用它们的工作面组合成大的定位支承面，为确保各支承板工作面的等高性〔都置于同一高度的平面中〕，工艺上是用装配后再统一“终磨〞一次保证的。第六章机床夹具设计②可调支承支承的高度尺寸要求可调整时，就需采用以下图所示的可调支承。当工件毛坯尺寸有较大变化时，每更换一批毛坯，就要调整一次。可调支点也可用于同一夹具，加工形状相同而尺寸不同的工件。可调支承也广泛地用于成组夹具和组合夹具中。可调支承在一批工件加工前调整一次，但在同一批工件加工中不再调整，此时它相当于固定支承，所以可调支承在调整后都需用锁紧螺母锁紧。第六章机床夹具设计③浮动支承浮动支承是指支承点的位置在工件定位过程中，随工件定位基准面位置变化而自动与之适应的定位元件。因此，这类支承在结构上均需设计成活动或浮动的。以下图所示为夹具设计中经常采用的几种浮动支承结构：图a为球面三点式浮动支承，与工件作三点接触。图b为杠杆两点式浮动支承，与工件作两点接触，可用于断续平面或阶梯平面的定位；图c为三点浮动式支承，工件的轴向位置是通过与其端面相接触的三个支承销确定的，而三个支承销之间通过钢球可以浮动。由于浮动支承是活动或浮动的，因此虽然与工件定位外表可能是三点或两点接触，但实质上仍然只能起到一个支承点的作用，这祥，当以工件的粗基准定位时，由于增加了浮动支承与工件的接触点数，故可提高工件定位时的刚度、减少工件受外力后的变形和改善加工时的余量分配。第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计〔2〕辅助支承在夹具中，只能起提高工件支承刚性或起辅助作用的定位元件，称为辅助支承。在夹具设计中，为了实现工件的预定位或提高工件定位的稳定性，常采用辅助支承，如下图。第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计3.工件以圆孔定位的定位元件在夹具设计中常用于圆孔外表的定位元件有定位销、刚性心轴和锥度心轴等。①定位销在夹具中，工件以圆孔外表定位时使用的定位销一般有固定式和可换式两种。在大批大量生产中，由于定位销磨损较快，为保证工序加工精度需定期维修更换，此时常采用便于更换的可换式定位销。以下图所示为常用的固定式定位销的几种典型结构。当被定位工件的圆孔尺寸较小时，可选用图a所示的定位销结构。这种带有小凸肩的定位销结构，与夹具体连接时稳定牢靠。当被定位工件的圆孔尺寸较大时，选用图b所示的结构即可。假设被定位工件同时以其上的圆柱孔和端面组合定位时，还可选用图c所示的带有支承垫圈的定位销结构。支承垫圈与定位销可做成整体式的，也可做成组合式的。为保证定位销在夹具上的位置精度，一般与夹具体的连接采用过盈配合。第六章机床夹具设计以下图所示为常用的可换式定位销。为了便于定期更换，在定位销与夹具体之间装有衬套，定位销与衬套内径的配合采用小间隙配合，而衬套与夹具体那么采用过盈配合。由于定位销与衬套为间隙配合，故定位精度稍差一些。加工套筒、空心轴等类零件时，也常采用锥形定位销，如下图。第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计②刚性心轴对套类零件，为了简化定心定位装置，常常采用刚性心轴作为定位元件。刚性心轴有与工件圆孔过盈配合的心轴，工件用油压机压入心轴，心轴两端带有顶尖孔，如以下图a、b所示。这种类型的心轴，定位精度高，但装卸工件麻烦，生产效率较低。另一种类型的刚性心轴与工件的圆孔是间隙配合的，工件用螺母夹紧，如以下图c所示。由于这种心轴与工件孔为间隙配合，所以定位精度较差。③锥度心轴为了消除工件与心轴的配合间隙，提高定心定位精度，在夹具设计中还可选用如下图的小锥度心轴。为防止工件在心轴上定位时的倾斜，此类心轴的锥度及通常取K=1/1000～1/5000，心轴的长度那么根据被定位工件圆孔的长度、孔径尺寸公差和心轴锥度等参数确定。定位时，工件楔紧在心轴锥面上，楔紧后由于孔的局部弹性变形，使它与心轴在一定长度上产生过盈配合，从而保证工件定位后不致倾斜。此外，加工时也靠此楔紧所产生的过盈局部带开工件，而不需另外再夹紧工件。第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计4.工件以外柱面定位的定位元件工件以外圆柱面作定位基准时、可使用V形块、圆孔、半圆孔、圆锥孔及定心夹紧装置定位。①V型块如下图，工件外圆面用V形两侧面定位，两支承面的夹角通常做成90°，个别也有做成60°或120°的。90°V形块的结构和尺寸均已标准比，可查阅有关手册。V形块的使用非常普通，不管定位基准是否经过加工，也不管是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可用V形块定位。V形块定位的特点是对中性好，即能使工件圆柱面的轴心线始终置于V形块两斜面的对称中心面上，而不受外圆直径误差的影响，并且安装方便。V形块制造工作图中应注明尺C、H、h。高度h及V形开口尺寸C，可参照标准选定。V形块的标准定位高度，即检验心轴中心高H，可按公式进行计算〔计算公式请参考夹具设计手册〕。第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计②工件在圆孔中定位此时定位元件常做成定位套筒形式，如下图。工件以其定位基准面〔圆柱面〕插入套筒内孔中。定位元件结构简单，定心精度与孔、轴配合精度有关。③工件在半圆孔中定位对于某些不便轴向插入的工件，如大型轴类零件需起重吊装时；或者有些特殊形状零件根本无法轴向插入，如曲轴以其当中的主轴颈定位时，定位元件常采用剖分套筒形式〔半圆定位座〕，如下图。下半圆孔紧固在夹具体上，起定位作用；上半圆孔装在可卸式或铰链式的盖上，起夹紧作用。下半圆孔的最小直径应取工件定位基准外圆的最大直径。第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计④工件在圆锥孔中定位这时定位元件通常用反顶尖，它是一种具有内锥孔的套简，如以下图中的零件3。工件圆柱面左端部在反顶尖〔齿纹锥套〕3中定位。夹具体锥柄1插入机床主轴孔中，2为传动用螺钉。第六章机床夹具设计⑤用定心夹紧机构定位外圆柱柱面可以很方便地使用定心夹紧机构对其实现定心定位并夹紧。定心夹紧机构形式很多，车床上常用的三爪卡盘就是其中的一种。夹具中常用各种形式的弹性夹头来实现对工件的定心定位和夹紧，以下图所示为一种弹性夹头的工作原理。它的左端装在机床主轴中，右端为一带内锥面的螺母，当该螺母拧紧时，通过其内锥面的作用迫使弹性夹头上的各爪片内收，从而将从其中间通过的棒料定位并夹紧。第六章机床夹具设计5.工件以组合外表定位上面所讲的是工件以单一外表的定位方式和定位元件。实际上，工件往往是以几个外表同时定位的。几个外表同时定位叫组合外表定位，如下图。此时必须考虑到所选定位元件不能出现过定位而无法安装。第六章机床夹具设计三、定位误差分析定位误差是指由于定位不准而造成某一工序的工序尺寸或位置要求方面的加工误差。夹具设计完成之后，要对其定位误差进行校核，定位误差必须满足以下关系式：式中：Δ定—定位误差；ω—除定位误差以外，由其它因素引起的加工误差，可按经济加工精度查表确定；δ—工件的工序公差。第六章机床夹具设计1.定位误差的组成

定位误差是指一批工件在用调整法加工时，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。显然，定位误差主要是由基准位置误差和基准不重合误差两项组成。

①基准不重合误差

由于定位基准与设计基准不重合引起的定位误差，称为基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以Δ不表示。

②基准位置误差

由定位基准面和定位元件本身的制造误差引起的定位误差，称为基准位置误差，以Δ基表示。故定位误差Δ定可用下式表示：2.各种定位方法的定位误差分析〔1〕工件以平面定位时的定位误差如下图为在镗床上加工箱体上A、B两个通孔时的定位情况，工序尺寸为A1、A2、B1、B2。由于加工时刀具位置调整好后不再变动，所以对加工一批工件来说，被加工孔A、B相对夹具的位置是不变的。第六章机床夹具设计第六章机床夹具设计

由于定位元件的制造精度较高，且平面C为精基准，为了简化问题，可忽略定位元件的制造误差和平面C的平面度误差。加工孔A时，尺寸A1的工序基准和定位基准重合，故：

定位基准面D存在角度制造误差±δβ，即平面D的角度最大变动量为2δβ，所以：

加工尺寸A1的定位误差为：第六章机床夹具设计加工尺寸A2的工序基准是平面E，定位基准是平面C，基准不重合，那么由于忽略了定位基准平面C的平面度误差和定位元件的制造误差，那么

同理，可求出加工孔B时，尺寸B1、B2的定位误差分别为：

加工尺寸A2的定位误差为：第六章机床夹具设计〔2〕工件以外圆柱面定位时的定位误差如下图为以V形块定位，在圆柱面上加工一平面。为便于分析，设V形块的夹角制造误差为0，外圆柱定位面的直径误差为δd。第六章机床夹具设计

图a中，工序尺寸为A，工序基准是中心线O1，定位基准是母线M1、N1，基准不重合。反映在加工尺寸方向上的定位误差为O1O2，即：

图b中，工序尺寸为B，工序基准是上母线C1，定位基准是V形块母线，基准不重合。反映在加工尺寸方向上的定位误差为C1C2，即：

同理，在图c中，工序尺寸为h，工序基准是下母线D1，定位基准是V形块母线，基准不重合。反映在加工尺寸方向上的定位误差为D1D2，即：

从上可以看出，工序基准为下母线时定位误差最小、中心线时次之、上母线时最大。同时，V形块夹角越大时，定位误差也越小。但夹角过大时对中性不好，故常取其夹角为90°。第六章机床夹具设计〔3〕工件以内孔外表定位时的定位误差下面主要分析工件孔与定位心轴采用间隙配合，以孔中心线为工序基准时的定位误差。设孔的直径为D+δD，轴的直径为d-δd，最小间隙为Δmin。根据工件装夹时心轴放置位置的不同，分为心轴垂直放置和心轴水平放置两种情况，如以下图a、b所示。第六章机床夹具设计

①心轴垂直放置

当工件孔直径为最大，心轴直径为最小时，基准位置的变动量最大。即：②心轴水平放置留神轴水平放置时，工件在自重作用下，工件孔壁与心轴外表始终是接触的。显然，基准位置的变动量最大为最大间隙的1/2。即：第六章机床夹具设计〔4〕工件以“一面两孔〞定位时的定位误差以下图为一面两孔定位。通过分析可知，如果两个孔都采用圆柱销，那么产生过定位，有可能使工件无法装夹到夹具上。第六章机床夹具设计要解决上述过定位问题，有三种方法：减小第二销的直径；使用棱形销；使第二销可沿两孔连线方向移动，但这种方法结构过于复杂一般不采用。①减小第二销直径第二销直径可由以下图求出。考虑到工件的孔距误差，第二销应在AB范围内变动。考虑到第二销的轴距误差，那么第二销的直径大小应为AD。这种方法虽然可解决过定位问题，但会加大定位的转角误差，一般不宜采用。第六章机床夹具设计

通过分析，第二销直径可由下式求出：

为了使工件能顺利装夹，第二销与侧壁间应有一个最小的间隙Δ2min，这样第二销直径还要相应地减小Δ2min。同理，第一销与工件孔之间也存在间隙，可以让到第二销上，即可以使其直径加大Δ1min。故第二销直径为：第六章机床夹具设计②使用棱形销以下图为一面两孔定位中常使用的棱形销。由图中可知，只要令AF=DE，那么可以通过使用棱形销来消除过定位，且使转角误差大大减小。棱形销的关键尺寸为宽度b和B。第六章机床夹具设计

通过图形分析，可以建立如下关系：

因为：

整理并忽略高次误差项，得：第六章机床夹具设计

尺寸B应小于d2’，一般可取：棱形销的尺寸b和B一般不用进行计算，可从夹具设计手册中根据工件孔直径选取。在定位精度要求高时，需要计算确定。一面两销定位的误差分析由于工件为一刚体，其移动定位误差值为两孔定位中误差较小的值，分析方法和单孔—心轴定位时的分析方法相同，不再重复。一面两孔定位时，除了存在移动定位误差外，还有转角误差，可用以下图求出。第五章机床夹具设计第三节工件的夹紧工件在夹具中定位后，还必须将其夹紧，以保持其所取得的正确位置，防止工件在切削力、惯性力和重力的作用下产生振动和位移，将工件紧紧地固定在定位元件上。在设计夹具时，确定夹紧方法一般应和定位问题同时考虑。一、对夹紧机构的根本要求对夹紧机构的根本要求如下：①夹紧过程平稳夹紧时不能破坏工件在定位时所取得的正确位置。②夹紧作用可靠夹紧力要足够大，足以防止工件在加工中的移动或振动；同时夹紧力又不宜过大，太大了易使工件变形影响加工精度，甚至损伤工件；夹紧机构要有自锁作用，即当原始作用力去除后，工件仍能保持夹紧状态而不松开，平安可靠。③夹紧迅速简便夹紧机构尽可能简单、紧凑，操作方便，减轻工人劳动强度，缩短辅助时间，提高生产率。第六章机床夹具设计二、夹紧机构的组成夹紧机构由动力源和夹紧装置两局部组成。1.动力源局部动力源可分为手动和机动两大类。力源来自人力的，称为手动夹紧；机动夹紧时使用的动力源有气压传动、液压传动、电力传动等。2.夹紧局部夹紧局部是接受和传递原始作用力使之变为夹紧力的局部。它常由以下元件或机构组成。①受力元件直接感受原始作用力的元件，如手动夹紧中的手柄、螺母或气、液压传动装置中直接连接活塞杆的元件。②夹紧元件直接对工件施加作用力的元件，如压板。③传力机构将受力元件接受到的原始作用力传给夹紧元件的中间元件或机构。传力机构的作用是改变力的方向和大小，此外还可使夹紧机构具有自锁性，保证工作平安。第六章机床夹具设计三、夹紧力确实定力具有三要素—大小、方向和作用点。夹紧力也不例外。确定夹紧力的原那么实际上就是指夹紧力的大小、方向和作用点确实定原那么。1．夹紧力方向确实定原那么①夹紧力方向应垂直于主要定位基准面夹紧时不应破坏工件所取得的正确位置。一般来说，工件定位时，其主要定位基准面的面积最大、精度较高、限制的自由度较多，夹紧力垂直于主要定位基准面，夹紧平稳，有利于保证加工质量。以下图所示为直角支座镗孔的情况，要求孔与A面垂直，故应以A面为主要定位基准。如夹紧力Q方向垂直于它，那么较易保证孔和A面的垂直度要求。第六章机床夹具设计②夹紧力方向应使工件变形尽可能小为保让加工精度，希望工件夹紧时，变形尽可能小。同一个工件，不同方向上的刚度是不等的，应取刚度较大的方向为夹紧力方向，如以下图所示。第六章机床夹具设计③夹紧力的方向应有利于减小夹紧力在满足夹紧要求的前提下，应使夹紧力尽可能小些，以使夹紧变形尽可能小。减小夹紧力还有利于减轻工人劳动强度，提高劳动效率。为此，夹紧力的方向最好与切削力、重力的方向一致，如下图。第六章机床夹具设计2．夹紧力作用点确实定原那么作用点的选择对工件夹紧的稳定性和工件变形有重要影响，应注意如下选择原那么。①应使夹紧力落在支承面内夹紧力落在支承面内，才能保证工件定位稳定，不致夹紧时引起工件的位移或偏转，如下图。第六章机床夹具设计②应使夹紧力作用在工件刚性较好的部位这样可使工件夹紧变形尽可能小，这对刚度较差的工件尤为重要，如下图。第六章机床夹具设计③应使夹紧力尽量靠近加工部位这样可减小切削力对夹紧点的力矩，从而有效地减少工件的振动，如下图。第六章机床夹具设计3．夹紧力大小的估算夹紧力大小的估算是夹具设计中很重要的一环，夹紧力的大小，对工件安装的可靠性、加工质量的上下、工件和夹具的变形、夹紧机构的复杂程度和传动装置的选用等都有很大关系。夹紧力既不能过大，也不能过小。一般以保证工件在加工中不发生移位、转动等破坏工件正确位置的现象为宜。夹紧力可根据加工中工件受力的力平衡条件求得，加工过程中，工件受到切削力、惯性力、零件自身重力、支承反力和夹紧力等多种力的作用，在这些力的共同作用下，处于动力平衡状态。一般可按照最不利的加工条件，运用理论力学中有关的力平衡方程估算出理论土所需要的夹紧力Q’，最后为保证夹紧平安可靠再乘以平安系数，作为实际所需的夹紧Q，即Q＝KQ’式中：K为平安系数。粗加工时，取K＝2.5～3；精加工时，取K＝1.5～2。第六章机床夹具设计四、常用的夹紧机构机床夹具中用到的夹紧机构是多种多样的，其中以斜楔、螺旋、偏心等元件组合而成的夹紧装置应用最为普遍。1．斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构是利用楔块斜面增力作用将工件夹紧的，如下图。斜楔夹紧常与其他夹紧机构〔如气动、液压等夹紧机构〕联合使用，用以改变力的方向并起增力作用。常用于夹紧行程较小的场合。第六章机床夹具设计〔1〕斜楔夹紧力的计算以下图为斜楔夹紧的受力分析。其中P为力源，Q为作用在工件上的夹紧力，R为夹具体作用在斜楔上的支反力，F1、F2为摩擦力，对应的摩擦角分别是φ1、φ2。当工件被夹紧时，上述力处于平衡状态。根据力平衡方程可得：第六章机床夹具设计〔2〕斜楔夹紧自锁条件当原始力P撤除后，夹紧装置在摩擦力的作用下仍然不会松夹的现象称为自锁。在撤除原始力P后，夹紧装置的受力情况如上图c所示。根据分析要使楔块能够自锁，应满足自锁条件：〔2〕斜楔夹紧自锁条件当原始力P撤除后，夹紧装置在摩擦力的作用下仍然不会松夹的现象称为自锁。在撤除原始力P后，夹紧装置的受力情况如上图c所示。根据分析要使楔块能够自锁，应满足自锁条件：

由于：

且：Q1=R1。所以可得斜楔夹紧的自锁条件为：

因为钢之间的摩擦系数一般为0.1～0.5，对应的摩擦角分别是5.75°～8.5°，所以当有自锁要求时，常取α小于10°。第六章机床夹具设计〔3〕传力系数当夹紧力与原始力之比称为传力系数，以iP表示，有：从上式可以看出，楔角α越小，那么增力效果越明显。但α太小夹紧速度慢，且使夹紧行程减小。第六章机床夹具设计2．螺旋夹紧机构从实质上说，螺旋夹紧机构也是一种斜楔夹紧机构。它是通过转动螺杆来夹紧工件的，如下图。螺旋夹紧机构的特点是，结构简单，扩力比〔传力系数〕大，自锁性能好，行程不受限制，夹紧动作慢。第六章机床夹具设计〔1〕螺旋夹紧力的计算以下图为螺旋夹紧的受力分析。从图中可以看出，本质上说，螺旋夹紧仍然是斜楔夹紧的一种形式，因此可直接套用斜楔夹紧力的计算公式。由于螺旋夹紧力是按照力矩平衡条件计算的，所以在套用上述公式时，只需给各个不同力分另乘上它们的力臂即可。第六章机床夹具设计

通过以上分析，可以直接写出螺旋夹紧力的计算公式为：式中：L—螺杆手柄的力臂；α—螺杆的螺旋升角，一般为2°～4°；φ1、φ2—分别为螺母与螺杆、工件与螺杆头部的摩擦角；r中—螺纹中径的一半；r1—工件与螺杆头部摩擦力的计算半径，与螺杆头部或压块的形状有关，可参考机床夹具设计手册确定。〔2〕螺旋夹紧自锁性能与传力系数螺旋夹紧机构的自锁性能很好，不必校验。其传力系数为：第六章机床夹具设计〔3〕螺旋与压板的组合夹紧装置以下图列举了几种螺旋压板夹紧机构，更多的结请参阅相关教课书或手册。第六章机床夹具设计3．偏心夹紧机构偏心夹紧是通过偏心轮或凸轮旋转实现夹紧的。偏心轮或凸轮的外形有两种形式：一种是圆形的，称圆偏心轮〔或称凸轮〕，因其制造容易故应用广泛；另一种是曲线型的，制造困难，应用较少。以下图为偏心压板夹紧机构工作原理图。第六章机床夹具设计〔1〕圆偏心的自锁条件由楔块夹紧的自锁条件可知，升角α必须满足：α≤φ1+φ2。而由于圆偏心轮各点的升角是变化的，且在P点时最大，自锁性能最差。所以只要保证αmax≤φ1+φ2即可。由上图可知：

由上式可知，α的大小取决于偏心距e和偏心轮直径D。因此应当找到自锁时D与e的关系。从自锁时的受力知道，要使其能自锁，必须使因夹紧力造成的松夹力矩小于两个摩擦力的力矩之和，即：如果f1=f2=f，那么第六章机床夹具设计为保险起见，如果略去偏心轮与转轴间的摩擦影响，那么一般f=0.1～0.15，那么机构的自锁条件为：〔2〕圆偏心夹紧力的计算圆偏心夹紧机构夹紧时的受力分析如下图。当手柄上的作用力P对O点产生的力矩PL，由O点将作用力传至A点，变为力矩Q1ρ，即第六章机床夹具设计Q1即为作用在假想楔块上的外力〔相当于斜楔上的P〕，由静力平衡可得：由于α很小，cosα≈1，那么：变换公式得：偏心夹紧的特点是，①夹紧动作迅速，操作方便，结构简单，但其扩力比和夹紧力较小。②因其行程受偏心距e的限制，e增大又要受自锁条件的限制，故夹紧行程较小。③自锁性能较差，只能在切削力变化较小且无振动的情况下使用。偏心夹紧限于上述特点，在实际应用中常与压板或其它结构组合使用。第六章机床夹具设计4．定心夹紧机构在切削加工中，假设工件是以中心线或对称面为工序基准，为减小定位误差，可使用自动定心或对中的装置，使工作定位和夹紧过程同时完成，这种装置称为定心夹紧机构。〔1〕定心夹紧机构的原理自动定心的原理是，利用定位元件的等速移动或均匀弹性变形夹紧工件，使定位元件或工件定位基准的制造误差均匀地分布在工件定位面上，从而保证工件中心或对称位置不变。以下图所示为工件在孔中定位与自动定心夹紧的误差分布比照。第六章机床夹具设计〔1〕定心夹紧机构的类型按定心夹紧机构的工作原理，可将其为分两大类。①定位元件等速移动的机构利用定位元件等速移动的定心夹紧