夹具(夹紧装置设计3-2)【精制材料】

1、机械制造装备设计,主讲人：李爱芝,3.2.1 夹紧装置的组成及基本要求 3.2.2 夹紧力的确定 3.2.3 常用的夹紧机构 3.2.4 夹紧机构的动力装置,3.2 夹紧装置的设计,2,实操应用,3.2.1 夹紧装置的组成及基本要求 夹紧：将工件定位后的位置固定下来。保持工件在定 位中所获得的正确位置，使其在外力作用下， 不发生移动和振动。 夹紧装置设计内容： 夹紧力的确定；夹紧机构设计； 夹紧动力装置的设计或选择。,3,实操应用,（一）夹紧装置的组成 1动力源（动力装置）：产生原始作用力的部分。 夹紧力的来源：人力；某种动力装置。 常用的动力装置： 液压装置、气压装置、电磁装置、电动装置、

2、气一液联合装置、真空装置。 手动夹紧：用人力对工件进行夹紧。 机动夹紧：用液压装置、气压装置、电磁装置、电动 装置等动力装置进行夹紧。,4,实操应用,2夹紧机构： 接受和传递原始作用力，使其变为夹紧力并执行夹紧任务的部分。 中间递力机构： 把人力或动力装置产生的原始作用力传递给夹紧元件。 改变作用力的方向；改变作用力的大小； 具有一定的自锁性能，保证夹紧可靠性。 夹紧元件（执行元件）： 直接与工件接触，最终完成夹紧任务。 人力或动力装置（原始作用力）中间递力机构夹紧元 件工件。,5,实操应用,液压夹紧铣床夹具：液压缸、活塞、活塞杆组成了液压动力装置，铰链臂和压板等组成了铰链夹紧机构，其中压板是

3、夹紧元件。,液压夹紧铣床夹具 、压板，、铰链臂，、活塞杆，液压缸，、活塞,6,实操应用,(二)对夹紧装置的基本要求 1确能保证工件定位后占据的正确位置 2夹紧力的大小要适当、稳定 3夹紧装置的复杂程度与生产类型相适应。 4夹紧装置必须可靠 5工艺性好,返回,有助于定位，不应破坏定位.,既要保证工件在加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减少夹紧误差。,手动夹紧自锁、机动夹紧联锁保护、夹紧行程足够等。,结构简单，便于制造和维修；多用标准零部件；操作方便、安全、省力,7,实操应用,3.2.2 夹紧力的确定 包括夹紧力的作用点、方向、大小三要素。 （一）夹紧力

4、的方向 1夹紧力的方向应有助于定位，而不应破坏定位。 （1）只有一个夹紧力，夹紧力应垂直于主要定位基面或使各定 位基面同时受到夹紧力的作用。,8,实操应用,例1：夹紧力的方向朝上主要定位面 图（a）：工件被镗的孔与左端面A有一定的垂直度要求。 图（）：夹紧力朝向主要定位面（形块的形面），使工件的装夹稳定可靠。,9,实操应用,例2：一力两用示例，使各定位基面同时受到夹紧力作用。 图（a）所示，可对第一定位基面施加，对第二定位基面施加； 图（）所示，施加代替、，使两定位基面同时受到夹紧力的作用。,10,实操应用,图（）所示，施加代替、，使两定位基面同时受到夹紧力的作用。,一力两用示例,11,实操应

5、用,（2）用几个夹紧力分别作用时，朝向主要定位面的夹 紧力应是主要夹紧力，应注意几个夹紧力动作顺 序。 如三基面组合定位： 是主要夹紧力，朝向主要定位面，最后作用； 2、3是帮助定位的，应首先作用。,12,实操应用,2夹紧力的方向应方便装夹和有利于减小夹紧力：最好与切削 力F、重力G方向一致。 图（a）夹紧力W与重力G、切削力F方向一致：可以不夹紧 或用很小的夹紧力， 图（b）夹紧力W与切削力F垂直：夹紧力较小， 图（c）夹紧力W与切削力F成一夹角：夹紧力较大，,13,实操应用,图（d）夹紧力W与切削力F、重力G垂直：夹紧力最大， 图（e）夹紧力W与切削力F、重力反向：夹紧力较大。 图（a）、

6、（b）优先选用，图（c）、（e）次之，图 （）最差，避免不用。,14,实操应用,夹紧力与切削力、重力的关系,15,实操应用,3夹紧力方向应与工件刚度高的方向一致，以减少夹紧变形。 如薄壁套加工改径向夹紧轴向夹紧。,薄壁套筒的夹紧,16,实操应用,（二）夹紧力的作用点 1应能保持工件定位稳定，而不致引起工件发生位移或偏转。 落在定位元件之上或支承范围内,夹紧力作用点的位置,17,实操应用,2夹紧力的作用点应有助于减小夹紧变形。 夹紧力的作用点应落在工件刚性好的方向和部位，特别对低刚度工件。 如发动机汽缸套加工，大多数工序采用轴向夹紧。 夹紧如图）所示薄壁箱体时： 夹紧力应作用在刚性好的凸边上；

7、若箱体无凸边时，可如图），将单点夹紧改为三点夹紧， 使着力点落在刚性好的箱壁上。,18,实操应用,夹紧力作用点与夹紧变形的关系,19,实操应用,设计特殊形状夹爪、压角等分散作用夹紧力，增大工件受力 面积。 采用具有较大弧面的夹爪来防止薄壁套筒变形；或采用弹簧 套筒夹紧。 采用球面支承代替固定支承，夹压环形工件。,20,实操应用,增大受力面积减少夹紧变形,21,实操应用,3夹紧力的作用点应尽量靠近工件加工表面，以提高定位稳定性和夹紧可靠性，减少加工中的振动（低刚度工件）。 不能满足上述要求时，可以增设辅助支承，以提高定位稳定性，承受夹紧力和切削力等。,22,实操应用,辅助支承和辅助夹紧,23,实

8、操应用,4夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形 导向、定位与夹紧支架分开（精加工夹具） 例1:发动机机体精镗主轴孔、凸轮轴夹具： 导向与夹紧支架分开。 例2: 存在的问题：夹紧力作用于导向支架上， 夹紧力的反作用力引起导向支架变形，影响导向精度； 改进措施：导向支架与夹紧机构分开，让夹紧力的反作用力不再作用在导向支架上。,24,实操应用,夹紧引起导向支架变形,25,实操应用,（三）夹紧力的大小： 夹紧力的大小必须适当： 过小，加工过程中发生移动或振动，破坏定位； 过大，使工件和夹具产生夹紧变形，影响加工质量。 夹紧力确定方法：实验法、估算法。 估算夹紧力通常将夹具和工件看成一个刚性

9、系统以简化计算。 估算时，应找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需 要的夹紧力，并考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素 在力系中的影响。 夹紧力需准确场合实验法确定夹紧力。,26,实操应用,夹紧力估算步骤： 1计算切削力； 2求出理论夹紧力W 根据加工过程中，工件受到切削力F（按对夹紧最不利的加 工条件）、夹紧力W（大型工件的重力，高速运动工件的惯 性力，高速旋转工件的离心力）、支承反力及摩擦力，处于 静力平衡状态，求出理论夹紧力W。 3求出实际夹紧力W：W=KW K安全系数，与加工性质、切削特点、夹紧力来源、刀具情 况有关：一般取K1.53。 粗加工时，K2.53；精加工时，K1.

10、52.5。,27,实操应用,夹紧力计算示例： 图示为铣削加工示意图，试估算所需夹紧力。 因是小型工件，工件的重力不计；因压板是活动的，压板对工件的摩擦力不计。 铣削时，切削力的作用点、方向和大小是变化的，应按最危险情况考虑。,铣削时夹紧力的估算,28,实操应用,对夹紧最不利的瞬时状态是铣刀切入全深、切削力达到最 大时，工件绕O点转动，形成切削力矩，需用夹紧 力产生的摩擦力矩、与之平衡， 设 则 夹紧工件的实际夹紧力为,返回,29,实操应用,3.2.3 常用的夹紧机构 基本夹紧机构 ： 斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构 (一)斜楔夹紧机构 斜楔夹紧原理： 利用其斜面移动时所产生的压力来夹

11、紧工件的，即利 用斜面的楔紧作用夹紧工件。,30,实操应用,斜楔夹紧机构,31,实操应用,图（）是在工件上钻互相垂直的、两组孔，工件装入后，锤击斜楔大头，夹紧工件；加工完毕后，锤击斜楔小头，松开工件。 由于用斜楔直接夹紧工件的夹紧力较小，且操作费时，实际生产多数情况下是将斜楔与其它机构联合起来使用： 图（b）是将斜楔与滑柱合成一种夹紧机构，一般用气压或液压驱动斜楔。 图（c）是由端面斜楔与压板组合而成的夹紧机构。,32,实操应用,1斜楔的夹紧力,33,实操应用,在外力作用下斜楔的受力情况： 原始作用力 工件的反力W和摩擦力 夹具体的反力 和摩擦力 建立静平衡方程式： 斜楔与工件间的摩擦角 斜楔

12、与夹具体间的摩擦角,34,实操应用,2斜楔的自锁条件 自锁： 加在斜楔上的原始作用力Q撤除后，斜楔在摩擦力作用下仍然 不会松开工件的现象。 此时摩擦力的方向与斜楔企图松开和退出的方向相反，如图 （b）所示：极限状态下，斜楔在工件反力和夹具体反力作用 下，处于平衡状态：,35,实操应用,斜楔的自锁条件 斜楔的升角小于或等于斜楔与工件、斜楔与夹具体间的摩擦角之和 若 手动夹紧机构一般取 液压或气压驱动的斜楔，可取,36,实操应用,3斜楔的扩力比与夹紧行程 （1）扩力比：夹紧力与原始作用力之比称为扩力比，即： 若 斜楔具有扩力作用， 越小， 越大。,37,实操应用,（2）夹紧行程： 图（c）所示，h

13、是斜楔夹紧行程，s是斜楔夹紧工件过程中移 动的距离： 由于s受到斜楔长度的限制，要增大夹紧行程，就得增大斜角 ，这样会降低自锁性能。 当要求机构既能自锁，又要有较大的夹紧行程，可采用双斜面斜楔： 大斜角 一段使滑柱迅速上升，小斜角 一段确保自锁。,38,实操应用,4斜楔夹紧的结构特点 （1）斜楔的自锁性； （2）斜楔可改变夹紧力方向； （3）斜楔具有增力作用； （4）斜楔夹紧在夹紧方向上的行程小； （5）斜楔夹紧效率低： 斜楔与夹具体、工件为滑动摩檫。 多用于机动夹紧装置中,39,实操应用,（二）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。,常见螺旋夹紧机构,40,实操应用,（

14、1）单个螺旋夹紧机构： 直接用螺钉或螺母夹紧工件的夹紧机构。 螺钉头直接与工件表面接触，螺钉转动时，可能损伤工件表面，或带动工件旋转。为克服这一缺点，可在螺钉头部装上摆动压块（已标准化）。 当摆动压块与工件接触后，由于压块与工件间的摩擦力矩大于压块与螺钉间的摩擦力矩，压块不会随螺钉一起转动。,41,实操应用,摆动压块,42,实操应用,快速夹紧机构： 单个螺旋夹紧机构夹紧动作慢，装卸工件费时，为了克服这 一缺点，出现了各种快速螺旋夹紧机构。,43,实操应用,使用了开口垫圈,44,实操应用,采用了快卸螺母,45,实操应用,夹紧轴1上的直槽连着螺旋槽，先推动手柄2，使摆动压块迅速靠近工件，继而转动手

15、柄，夹紧工件并自锁。,46,实操应用,手柄4带动螺母旋转时，因手柄5的限制，螺母不能右移，致使螺杆带着摆动压块3往左移动，从而夹紧工件。松开时，只要反转手柄4，稍微松开后，即可转动手柄5，为的快速移动让出了空间。,47,实操应用,夹紧力计算： 原始作用力Q； 工件对螺杆的反作用力 ： 垂直方向的反作用力W（夹紧力）、摩擦力 ； 夹具体上的螺母对螺杆的作用力 ： 垂直于螺旋面作用力R、摩擦力 ； 分解螺杆轴向分力，与W平衡， 周向分力作用在螺纹中径 上，对螺杆产生力矩：,48,实操应用,矩形螺杆受力示意图,49,实操应用,建立静平衡方程式： 斜楔升角（）； 螺杆端部与工件间的摩擦角（）； 螺杆与

16、夹具体（螺母）间的摩擦角（）； 当量摩擦半径，与螺杆端面形状有关。,50,实操应用,（2）螺旋压板夹紧机构 结构形式变化最多的是螺旋压板夹紧机构， 如图所示是常见的螺旋压板夹紧机构。 图a）、b）为移动压板； 图c）、d）为回转压板。,51,实操应用,螺旋压板夹紧机构,52,实操应用,螺旋钩形压板机构特点：结构紧凑，使用方便。 当钩形压板妨碍工件装卸时，可采用自动回转钩形压板， 它避免了用手转动钩形压板的麻烦。有关设计计算可查阅 “夹具设计手册”。 螺旋夹紧机构特点： 结构简单、制造容易、自锁性能好、夹紧可靠、夹紧力和 夹紧行程大，是手动夹紧中用得最多的一种夹紧机构。,53,实操应用,螺旋钩形

17、压板夹紧机构,54,实操应用,自动回转钩形压板,55,实操应用,（三）偏心夹紧机构 利用偏心件直接或间接夹紧工件的夹紧机构。 原理：利用偏心件回转时半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工 件偏心夹紧的楔角是变化的（弧形楔）。 常用的偏心件：圆偏心轮（ ）；偏心轴。,56,实操应用,圆偏心夹紧机构,57,实操应用,偏心夹紧机构特点： 操作方便、夹紧迅速，但夹紧力和夹紧行程都较小，一般用于切削力不大、振动小、夹压面公差小的加工中。 常用的一种手动夹紧机构。,58,实操应用,（四）其它夹紧机构 1铰链夹紧机构： 特点：动作迅速，增力比大，易于改变力的作用方向； 缺点：自锁性能差。 用于气动、液压夹紧。 设

18、计要点： 进行铰链、杠杆受力分析、运动分析、主参数分析计算； 设置必要的浮动、调节环节。,59,实操应用,2定心夹紧机构 （1）定位夹紧元件按等速位移原理来均分工件定位面的 尺寸误差，实现定心和对中。,锥面定心夹紧心轴,60,实操应用,螺旋定心夹紧机构,61,实操应用,（2）定位夹紧元件按均匀弹性变形原理实现定心夹紧。 如弹性心轴、弹性夹头、液性塑料夹头等。,62,实操应用,弹簧套筒结构,弹簧夹头结构,63,实操应用,3联动夹紧机构： 实现多点同时夹紧，或多个工件同时夹紧； 实现使工件先可靠定位再夹紧，或先锁紧辅助支 承再夹紧。 设计联动夹紧机构应注意问题？,返回,64,实操应用,3.2.4 夹紧机构的动力装置 1气动夹紧装置：采用压缩空气作为夹紧装置的动力源。 特点： 压缩空气具有粘度小，不污染，传送分配方便的优点； 工作压力为，执行件气缸，结 构尺寸较大，有排气嘈声。,65,实操应用,典型气压传动系统,66,实操应用,2液压夹紧装置： 与气动夹紧装置相比有下列优点： （1）工作介质为液压油，工作压力为 液压油缸。 （2）