第一章 机床夹具设计2.ppt

1、解：1、确定两销间距尺寸工件两定位孔尺寸： LD=50+0.1=50.050.05mm Ld=50.05(1/30.05)=50.050.017mm。 2、确定圆柱销直径 按对称度不大于0.06mm，则：,取圆柱销的配合公差带为7，,3、确定菱形销的尺寸,查表：b=4mm，,取菱形销的公差等级为IT6，IT6=0.009,最后取菱形销的尺寸为：,7+(10)=17，稍微大于16，还是能够满足 孔轴线与两定位孔连心线夹角为7550的要求的。,4：验算 孔轴线与两定位孔连心线夹角能否满足7550的要求。,第六节 工件在夹具中的夹紧 一、 夹紧装置组成及基本要求 （一）夹紧装置的组成 1、 动力装置

2、产生原始作用力的部分。 1）手动夹紧人力。 2）机动夹紧液、气、电、气液联动。 2、夹紧机构 中间的递力机构。起力的传递作用的机构。,3、夹紧元件 夹紧的最终执部分。机床夹具的夹紧 装置如图1-52所示：,(二) 对夹紧装置的基本要求 1.在夹紧过程中不能破坏原来的正确定位; 2.夹紧力大小要适当，以免夹紧后夹紧装置变形或损坏，影响夹紧的可靠性; 3.工艺性要好 结构简单,以便于夹紧装置本身的制造; 4.使用性要好 操作应灵活方便，安全省力。,二、夹紧力的确定 正确确定夹紧力，主要是正确确定夹紧力的方向，作用点和大小。 (一)夹紧力方向的确定 1、应垂直于工件上的主要的定位基面,如图1-53所

3、示。,图1-53,2、如需向多个夹紧点，施加夹紧力时，应采用一定的装置，使一力多用。如图1-54所示，但主要的夹紧力应朝向主要的定位基面。,3、夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。如图 1-55所示:,图 1-55,（二）夹紧力的作用点 1、应落在定位元件支承的范围内。如图 1-56所示。,图 1-56,2、应落在工件刚性较好的方向和部位。如图1-57所示。,图 1-57,3、应靠近工件的加工表面,如图 1-58所示。,图 1-58,(三) 夹紧力大小的确定 加工过程中，工件受到切削力，离心力，传动力和重力的影响。理论上，夹紧力应于上述力(距)的作用平衡。实际上，夹紧力的大小还与工艺系统刚度，夹紧

4、机构的传递效率有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是一个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。如图 1-59所示。,图 1-59,估算夹紧力的方法: 在静力平衡条件下，求出理论夹紧力，再乘以安全系数K 。 如FJ实=KFJ理 通常情况下，K=1.52.5， 当夹紧力与切削力方向相反时，取K=2.53。,三、基本夹紧机构 夹紧机构的种类虽然很多，但其结构大都以斜楔夹紧机构，螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构为基础，这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。 (一) 斜楔夹紧机构 1、几种典型的斜楔夹紧机构 如图 1-60所示。,图 1-60,2、 斜楔的夹紧力 如下图1-61所示: FQ

5、加在斜楔上的外作用力。 斜楔的升角。 FJ斜楔对工件的夹紧力。 1斜楔与工件间的摩擦角。 2斜楔与夹具体之间的摩擦角。,在外作用力FQ存在时的斜楔受力情况，根据静力平衡条件。F1+FRX=FQ F1=FJtg1 FRX=FJtg(+2) 设1=2= 当很小时(100)， 可用下式作近似计算:,为了保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取=6080。 气动或液动装置驱动的斜楔则不需自锁，可取=150300。,4、扩力比与夹紧行程 1) 扩力比 夹紧力FJ与外作用力FQ之比称为斜楔的扩力比i。 如取1=2=60 , =100代入上式得: i=2.6。可见在FQ不很大的情况下，斜楔的夹紧力是不大的。,2)夹

6、紧行程 h=Stg S斜楔在夹紧工件过程中移动的距离。 =6, h=Stg 6=0.1S. 由于S受到斜楔长度的 限制，一般S较小， h也较小。,要想增大夹紧行程h，只能增大斜角。而太大，便不能自锁。因此，在要求自锁，又要求有较大行程时，可采用双斜面斜楔。一段斜楔较大，以增大夹紧行程，另一段则较小以实现自锁。 5、能改变外作用力的方向。,(二)螺旋夹紧机构 1. 几种常见的螺旋夹紧机构 由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构，称为螺旋夹紧机构。如图1-62所示：,图1-62,螺旋夹紧机构中的螺旋，实际上是把斜楔绕在圆柱面上，旋转螺杆时，斜面上升，从而对工件进行夹紧。 2夹紧力计算 单螺杆

7、夹紧时的受力分析如图1-63所示。 根据静力距平衡条件:,F2=FJtg2 FRX= FJtg(+1) 代入上式整理得: 式中: d0螺纹中径； 螺纹升角； 1螺纹处摩擦角； 2螺杆端部与工件之间的摩擦角； r螺杆端部与工件间的当量摩擦半径；如图1-64所示：,1-为方牙螺纹副的磨擦角。 对于梯形螺纹副 对于三角形螺纹副 3螺旋钩形压板所产生的加紧力 如图1-65所示：,图1-65,式中:H钩形压板的高度；L压板轴线至夹紧点的距离； f摩擦系数，一般取f=0.1-0.15,4、例:夹紧装置，如图1-66所示，若FQ=150N，L=150mm，螺杆为M121.75， D=40mm，d1=10mm

8、，l2=l1=100mm,=300，各处摩擦系数f=0.1,试计算夹紧力FJ。,解: 式中: FJ1斜楔对压板的作用力； P1螺旋对斜楔的推力； 1,2分别为斜楔与夹具体、与压板的摩擦角。 1= 2=tg-1f=tg-10.1=5042,式中：d0螺纹中径；1螺母与螺钉的当量摩擦角；r螺杆轴肩端部直径D处与夹具支架的当量摩擦半径。 d0=10.863 mm 1=tg-1(1.15f)=tg-1(1.150.1) =6034。 螺纹升角=2056 那么:,将P1值代入FJI式，可得： 那么: l2=l1 =100 则： FJ=FJ1=23353.78 (N),5、螺旋夹紧的特点 1）自锁性好，

9、2）力比大，一般为65140倍， 3）夹紧行程不受限制， 4）夹紧行程大时，操作费时，效率低，劳动强度大。,(三）偏心夹紧机构 用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。几种常见的偏心夹紧机构，如图1-67所示。,1：圆偏心轮的夹紧原理 图1-68中，O1是圆偏心轮的几何中心，R 是它的几何半径。O2是偏心轮的的回转中心，O1O2是偏心距。 若以O2为圆心，r为半径画圆，便把偏心轮分成了三个部分。其中，虚线部分是一个“基圆盘”，半径r=R-e；,另两部分是两个相同的弧形楔。当偏心轮绕回转中心O2顺时针方向转动时，相当于一个弧形楔逐渐楔入“基圆盘”与工件之间，从而夹紧工件。 2：圆偏心

10、轮的夹紧行程及工作段 如图所示，当圆偏心轮绕回转中心O2转动时，设轮周上任意点x的回转角为x，即工件夹压表面法线与O1O2连线间的夹角，,回转半径为rx。用x，rx为坐标轴，建立直角坐标系，再将轮周上各点的回转角与回转半径一一对应地记入此坐标系中，便得到了圆偏心轮上弧形楔的展开图。如图1-69所示： 上图表明，当圆偏心轮从0回转到180时，其夹紧行程为2e。轮周上各点的升角是不相等的，P点的升角最大，为max 。,过P点分别作O1P，O2P的垂线，便可得到P点的升角。 max=O1PO2 sin max= sinO1PO2= 圆偏心轮的工作转角一般小于90，因转角太大，不仅操作费时，也不安全。

11、工作转角范围内的那段轮周称为圆偏心轮的工作段。,常用工作段： 1： x =45135，升角大，夹紧力小，夹紧行程大（h1.4e）。 2： x =90180，升角由大到小，夹紧力逐渐加大，但，夹紧行程较小（h=e）。 3：圆偏心轮的自锁条件 由于圆偏心轮夹紧工件，实质上是弧形楔夹紧工件。圆偏心轮的自锁条件，应与斜楔的自锁条件相同。即：,max1+2 式中： 1-圆偏心轮与工件间的摩擦角。 2-圆偏心轮与回转销间的摩擦角。由于摩擦力不大可忽略不计。上式可简化为： max1 tg max tg 1 因max很小， tg max sin max ，tg 1= 代入上式， sin max 而 sin m

12、ax = 所以，圆偏心轮的自锁条件是 ,图1-70,当=0.1时，,4、圆偏心轮的夹紧力 由于圆偏心轮各点的升角不同，各点的夹紧力也不相等。下图1-70为任意点x夹紧工件时圆偏心轮的受力情况。,根据静力距平衡原理： FQL=F1r+Fjesin+F2(R-ecos ) F1=FN1FJ 1, F2=FJ2,可得：FQL= FJ 1r+ FJ esin + FJ2(R-ecos ) 设1= 2 FQL=FJ(R+r)+e(sin-cos),式中： FJ-夹紧力， FQ-外作用力， FN-回转销对偏心轮的反作用力， F1-回转销对偏心轮的摩擦力， F2-工件对偏心轮的摩擦力， -夹紧点x与偏心轮的

13、几何中心O1及回转中心O2连线间的夹角。 1-回转轴与偏心轮的之间的摩擦系数， 2-工件与偏心轮的之间的摩擦系数。,圆偏心轮夹紧工件时，可把圆偏心轮看成是作用在工件与转轴之间的弧形楔。如图1-71所示：可将力距FQL转化为力距FQrx， FQL= FQrx所以,弧形楔上的作用力：,因此，与斜楔夹紧力公式相似，夹紧力：,图1-71,一般情况下，回转角P=90时，P=max,FJ最小，只要计算出此时的夹紧力，如能满足要求，则偏心轮上其它各点的夹紧力都能满足要求。,5、圆偏心轮的设计 1）确定夹紧行程，圆偏心轮直接夹紧工件时： h=+S1+S2+S3 式中： -工件夹压表面至定位面的尺寸公差； S1

14、-装卸工件所需的间隙，一般取S10.3mm S2-夹紧装置的压移量，一般取S2=0.3-0.5mm ，,S3-夹紧行程储备量，一般取S3=0.1-0.3mm 。 偏心轮不直接夹紧工件时： h=K(+S1+S2+S3） K-夹紧行程系数，与夹紧机构的结构有关。 2）计算偏心距 x =45135，工作段时，e=0.7h； x =90180为工作段时，e = h 。,3）按自锁条件计算D =0.1时，D=20 e；=0.15时，D=14 e。 6、圆偏心夹紧的特点 1）夹紧动作迅速，操作简便，因此应用广泛。 2）夹紧行程小，对工件的相应尺寸精度要求高，,3）自锁性差，当D/e14时，自锁性就不好，一

15、般多用于振动不大的场合。 4）具有增力作用，增力比一般为1214。 （四）铰链杠杆夹紧机构,图1-72,1、夹紧原理 如图1-72所示，为几种典型的铰链杠杆夹紧机构。以（a）图为例，气缸活塞的推力，经铰链a传到推杆A，再传到铰链b，然后，由杠杆B把力放大（或减小）并改变方向施加在工件的压紧点上。,2、夹紧力计算 如图1-73所示，对一单臂铰链杠杆夹紧机构进行受力分析。分析销轴2的受力情况，销轴所受的外 力有：拉杆1的作用力Q，滚子的作用力F，和铰链臂的作用力N。当上述三力处于静力平衡时，有：,图1-73,Q-Nsin(+1)-Fsin2=0 Ncos(+1)-cos2=0 解得：N= 式中：1

16、铰链臂两端铰链的当量摩擦角。,2滚子滚动当量摩擦角， tg铰链臂两端销轴与轴承间的摩擦系数， 夹紧时铰链臂的倾斜角度， 铰链销轴处的摩擦圆半经，,图1-73,r铰链销轴半径； r1滚子半径； L-铰链臂上两铰链孔中心距。 力N又通过销轴5作用于压板4上，其垂直分力FJ，使压板压紧工件，FJ=Ncos(+1) 再乘以杠杆比，即为机构的夹紧力。当杠杆比为1：1时，夹紧力为：,3：压板的夹紧总行程及气缸的工作行程 由下图1-74可知： h=h1+h2=L(cos2-cos1) x=L(sin1-sin2) 式中： h1-满足装卸工件所需的夹紧行程，一般大于3mm， h2-考虑到有关尺寸的公差T和系统

17、变形（取0.050.15m） 所需的行程。,1-未夹紧时铰链臂的倾斜角， 2-夹紧时铰链臂的倾斜角。 h3-最小行程储备，一般取h3=0.5mm，或2=5 。,图1-74,4、铰链杠杆夹紧的特点 1）具有增力作用，增力比一般为1.5 4。 2）改变外作用力的方向， 3）夹紧行程受到限制， 4）一般多与气动、液压装置连接使用，铰链夹紧机构简单，应用广泛。,例题：夹紧装置如图1-75所示，已知：D=50mm，e=2.5mm,L=100m,l=75mm,各处摩擦系数=0.15，FQ=80N。 试求：1）FQ与FJ之间的关系式 2）计算FJ 解：1）FQ与FJ之间的关系式,图1-75,2）计算FJ的大

18、小 rx=D/2，=90 ，则,四：其它夹紧机构 （一）定心夹紧机构 具有定心、夹紧双重作用的机构，称为定心夹紧机构。常用的定心夹紧机构有以下几种：,1、等速移动定心夹紧机构 1）虎钳式 如图1-75所示：,图1-75,2）斜楔滑块式 如图1-76所示：,3）偏心式,如图1-77所示：,图1-77,图1-76,图1-79,图1-78,2）波纹套弹性心轴，如图1-79所示：,2、均匀变形式 1）弹性夹头 如图1-78所示：,4）液性介质弹性心轴 如图1-81所示：,3）碟形弹簧片弹性心轴，如图1-80所示：,图1-80,图1-81,（二）联动夹紧机构,能同时多点夹紧一个工件或同时夹紧多个工件的机构，称为联动夹紧机构。 1、多点夹紧联动夹紧机构。 如图1-82所示：,2、多件联动夹紧机构 1）平行多件夹紧 如图1-83所示：,2）顺序多件夹紧,3）对向夹紧,4）平行、对向夹紧,如图1-84所示：,如图1-85所示：,如图1-86所示,图1-84,图1-85,图1-86,五：工件装夹实例分析,如图1-87所示，在拨叉上铣槽，最后一道工序的加工要求有：槽宽16H11，槽深8mm，槽侧面与25H7孔轴线的