機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與制造第三章

1、第三章 機(jī)床夾具概論培訓(xùn)學(xué)習(xí)目標(biāo) 第一章 機(jī)床夾具概論 掌握夾緊元件和裝置的夾緊原理和方法，學(xué)會(huì)合理確定夾緊力的技能，并正確選用常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)。目 錄第一節(jié)夾緊裝置的組成和基本要求一、夾緊裝置的組成二、對(duì)夾緊裝置的基本要求第二節(jié)夾緊方式（夾緊力）的確定一、夾緊力方向的選擇二、夾緊力著力點(diǎn)的確定原則三、夾緊力大小和夾緊誤差的分析第三節(jié)常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)一、斜楔夾緊機(jī)構(gòu)二、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)三、偏心夾緊機(jī)構(gòu)四、定心夾緊機(jī)構(gòu)五、聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)六、機(jī)械增力機(jī)構(gòu)七、電磁夾緊裝置第四節(jié)定位和夾緊裝置設(shè)計(jì)示例復(fù)習(xí)思考題第一節(jié) 夾緊裝置的組成和基本要求 一、夾緊裝置的組成 通用的夾緊裝置，最常見(jiàn)的是由螺栓、螺母、墊圈、壓

2、板組成的機(jī)械手動(dòng)夾緊，也有使用液壓、氣壓、電磁等作為動(dòng)力裝置的。（）產(chǎn)生力源部分對(duì)于力源（）夾緊部分即接受和傳遞原始作用力使之變?yōu)閵A緊力并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分。-銑槽氣動(dòng)夾具斜面推桿 滾子 杠桿壓板 定位支承 工件活塞 氣缸 管道圖- 夾緊裝置的組成圖第一節(jié) 夾緊裝置的組成和基本要求 ）“正”就是在夾緊過(guò)程中應(yīng)保持工件原有的正確定位。）“牢”就是夾緊力要可靠、適當(dāng)，既要把工件壓緊夾牢，保證工件 不位移、不抖動(dòng)；又不因夾緊力過(guò)大而使工件表面損傷或變形。）“簡(jiǎn)”就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、容易制造。只有在生產(chǎn)批量較大 的工件時(shí)，才考慮相應(yīng)增加夾具夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度。）“快”就是夾緊機(jī)構(gòu)的操作

3、應(yīng)安全、迅速、方便、省力。二、對(duì)夾緊裝置的基本要求“正、牢、簡(jiǎn)、快” 設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，首先要合理選擇夾緊力的方向，再確定其著力點(diǎn)和大小，并確定夾緊力的傳遞方式和相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，最后選用或設(shè)計(jì)夾緊裝置的具體結(jié)構(gòu)，來(lái)保證實(shí)現(xiàn)上述基本要求。第二節(jié) 夾緊方式（夾緊力）的確定夾緊力是由力的作用方向、著力點(diǎn)和大小三個(gè)要素來(lái)體現(xiàn)的。（）夾緊力應(yīng)盡可能與工件重力、 切削力同向一、夾緊力方向的選擇圖- 夾緊力方向的選擇（）主要夾緊力應(yīng)朝向主要限位基面選擇夾緊力方向時(shí)，應(yīng)考慮下列問(wèn)題。圖- 夾緊力與重力、切削力的關(guān)系一、夾緊力方向的選擇第二節(jié) 夾緊方式（夾緊力）的確定式中 摩擦因數(shù)（其值見(jiàn)表-）按靜力平衡條件得一般工

4、件定位基面與夾具限位基面間的摩擦因數(shù)可取0.100.15，因此0.100.15（710)圖-、三力方向垂直若不計(jì)，則（）著力點(diǎn)必須使夾緊力作用在定位元件所形成的限位支承面內(nèi)，以有助于工件定位二、夾緊力著力點(diǎn)的確定原則第二節(jié) 夾緊方式（夾緊力）的確定（）為防止工件變形，著力點(diǎn)應(yīng)位于工件剛度較大處或變集中的載荷為勻布載荷（）著力點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)接近加工部位夾緊力的著力點(diǎn)靠近加工部位可提高夾緊的剛性，防止或減少工件產(chǎn)生振動(dòng) 圖- 夾緊力著力點(diǎn)的選定第二節(jié) 夾緊方式（夾緊力）的確定（）車(chē)削夾緊力的估算三、夾緊力大小和夾緊誤差的分析. 夾緊力大小的分析圖3-10 車(chē)削加工的夾緊力分析式中 工件與定位元件間的摩擦

5、因數(shù)（見(jiàn)表-）； 、0加工前后的工件直徑（）； 卡爪數(shù)。切削力矩: 0 設(shè)每個(gè)卡爪的夾緊力為（單位：），則三個(gè)卡爪所產(chǎn)生的摩擦阻力矩為00（）銑削夾緊力的分析三、夾緊力大小和夾緊誤差的分析圖3-11 銑削加工的夾緊力（）鉆削加工夾緊力的分析 為簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮工件重力等影響，只考慮使壓板夾緊時(shí)工件與夾具定位面所產(chǎn)生的摩擦阻力矩與外力矩保持平衡，解平衡方程，即可求出夾緊力。圖-12 鉆削加工的夾緊力第二節(jié) 夾緊方式（夾緊力）的確定第二節(jié) 夾緊方式（夾緊力）的確定工件在夾具中的夾緊誤差分析三、夾緊力大小和夾緊誤差的分析 工件在夾具中被夾緊時(shí)，夾緊力通過(guò)工件傳至定位支承件，造成工件的定位基面和夾具的

6、限位基面變形，從而使工件加工面產(chǎn)生形位誤差，此即為夾緊誤差。（）工件的彈性變形圖-13 軸承座的夾緊誤差 是由于定位副的兩個(gè)接觸表面的形狀誤差和表面粗糙度所造成。（）定位副的接觸變形第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)一、斜楔夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)斜楔夾緊機(jī)構(gòu)需要解決三個(gè)問(wèn)題）保證斜楔自鎖的條件是什么?）如何計(jì)算斜楔的夾緊力大小?）如何將原始作用力轉(zhuǎn)化為夾緊力?. 斜面自鎖原理及斜楔自鎖條件圖-15 斜面自鎖原理tanmas（-）式中 靜摩擦因數(shù)（見(jiàn)表-）。massin第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)一、斜楔夾緊機(jī)構(gòu). 斜面自鎖原理及斜楔自鎖條件上式表明：斜面升角小于接觸面間的摩擦角，即是斜面自鎖的條件。tantan則斜面自鎖

7、條件，必須使，即sincos，或sincos即所以（-）mascoscos由式（-），阻止下滑力為第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu). 斜楔夾緊力的分析一、斜楔夾緊機(jī)構(gòu)而 tan tan（）tantan（）（3-5a）式中 原始作用力（）；、分別為斜楔與工件、斜楔 與夾具體的摩擦角； 斜楔升角。用上式計(jì)算時(shí)，當(dāng)30，0.15，則夾緊力誤差不超過(guò)。 tan（）（3-b）圖-16 斜楔受力分析第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)一、斜楔夾緊機(jī)構(gòu)斜楔的擴(kuò)力比與夾緊行程若不計(jì)摩擦力則上式可近似為 由圖-可知，工件所要求的夾緊行程和斜楔位移量有如下關(guān)系:圖-16 斜楔受力分析tan（）-）（-）tantan 或 tan （-）第

8、三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu) 它的主要缺點(diǎn)是夾緊和松開(kāi)工件比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。二、螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)通常由螺釘（或螺柱）、螺母、墊圈、壓板等元件組成。. 單個(gè)螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 圖-17 單個(gè)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)圖-19 快速螺旋夾緊機(jī)構(gòu)為了克服螺旋夾緊費(fèi)時(shí)的缺點(diǎn)，可以使用各種快速接近或快速撤離工件的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu) 這是普遍使用的夾緊機(jī)構(gòu)，表-所示為三種螺旋壓板施力方式的典型結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖、受力分析、夾緊力、作用特點(diǎn)等，在表中可一目了然。它表明，在設(shè)計(jì)此類(lèi)夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意根據(jù)杠桿平衡原理改變力臂的關(guān)系，以求操作省力方便。二、螺旋夾緊機(jī)構(gòu). 典型螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)特殊結(jié)構(gòu)的螺旋壓板機(jī)構(gòu)-22 特

9、殊結(jié)構(gòu)的螺旋壓板第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu) 用偏心件直接夾緊或與其他元件組合而實(shí)現(xiàn)夾緊工件的機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為偏心夾緊機(jī)構(gòu)。三、偏心夾緊機(jī)構(gòu). 圓偏心夾緊原理及其特性圖-25 圓偏心特性圖-24 常見(jiàn)各種圓偏心輪和壓板的夾緊機(jī)構(gòu)第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)四、定心夾緊機(jī)構(gòu) 定心夾緊的特點(diǎn)是定位與夾緊為同一元件，且各元件之間采用等速移動(dòng)（趨近或退離工件），或均勻彈性變形的方式，來(lái)消除定位副制造誤差或定位尺寸誤差對(duì)定心或?qū)χ械牟焕绊?，使這些誤差相對(duì)于所定中心位置，能均勻而對(duì)稱(chēng)地分配在工件的定位基面上。圖-29 定心夾緊機(jī)構(gòu)定心夾緊工作原理（）按定心夾緊元件等速 移動(dòng)原理工作的機(jī)構(gòu)第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)四、定心夾緊

10、機(jī)構(gòu)圖-虎鉗式定心夾緊機(jī)構(gòu)圖（）按定心夾緊元件均勻彈 性變形原理工作的機(jī)構(gòu)特點(diǎn):利用薄壁彈性元件受力后的 均勻彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)定心夾 緊作用。圖-33 彈性?shī)A頭和漲胎夾具體彈性筒夾錐套螺母1) 彈性筒夾定心夾緊機(jī)構(gòu)第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)四、定心夾緊機(jī)構(gòu)2)波紋套定心夾緊機(jī)構(gòu) 這種高精度波紋套心軸適用于直徑大于，公差等級(jí)不低于孔的定位。圖-35 波紋套彈性心軸缺點(diǎn): 由于變形量較小，適用范圍受到限制。第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)四、定心夾緊機(jī)構(gòu)圖-36 膜片卡盤(pán)工作原理圖3) 膜片卡盤(pán)-37 膜片卡盤(pán)結(jié)構(gòu)夾具體 膜片 卡爪 工件（齒輪）滾柱保持器 預(yù)漲環(huán) 頂桿 這種機(jī)構(gòu)夾緊可靠，定心精度高，一般可保證同

11、軸度在0.010.02之內(nèi)，是其他彈簧夾頭或心軸難以達(dá)到的，但夾持范圍較小，故適用于車(chē)、磨齒輪、軸承等工件的精加工工序。第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)圖-38 液性介質(zhì)彈性定心夾緊機(jī)構(gòu)）液性塑料夾頭 ）以油液作傳力介質(zhì)的彈性心軸4) 液性介質(zhì)彈性定心夾緊機(jī)構(gòu)四、定心夾緊機(jī)構(gòu)夾具體加壓螺釘 柱塞 密封圈 薄壁彈性套 止動(dòng)螺釘 螺釘 端蓋 螺塞 10鋼球11、12校準(zhǔn)徑跳和端跳的調(diào)整螺釘 13過(guò)渡盤(pán)第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)四、定心夾緊機(jī)構(gòu)圖-39 所示是薄壁套的幾種典型結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)這類(lèi)定心夾緊機(jī)構(gòu)，主要是確定薄壁套的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、最大變形量以及恰當(dāng)?shù)牟贾猛ǖ赖葐?wèn)題。第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)四、定心夾緊機(jī)構(gòu)圖-

12、40 薄壁套的尺寸關(guān)系表-薄壁套的壁厚（單位：）表-10 薄壁套兩端尺寸、尺寸（單位：）第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)四、定心夾緊機(jī)構(gòu)液性介質(zhì)通道的布置要點(diǎn)： 外漲式夾具一般在主體的中心加工出軸向孔道作為主通道，直徑可與柱塞的直徑相等或略小，表面粗糙度為16，與主通道和環(huán)形槽相通的孔道，一般為條，最好對(duì)稱(chēng)分布，并與主通道形成4575夾角，使介質(zhì)在環(huán)形槽腹腔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)不超過(guò)180。 一般柱塞的直徑取，長(zhǎng)度為 直徑的兩倍; 形狀誤差不大于0.05; 表面粗糙度達(dá)0.2; 與座孔的配合用研配法保證,其配合間隙 在0.01-0.015內(nèi); 對(duì)于油液介質(zhì)，因設(shè)置了形密封圈，配 合間隙在0.02-0.06。圖-41

13、 介質(zhì)通道及柱塞位置的選擇第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)五、聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu) 這種機(jī)構(gòu)是將一個(gè)原始作用力通過(guò)中間遞力機(jī)構(gòu)分散到數(shù)個(gè)夾緊點(diǎn)上對(duì)一個(gè)工件進(jìn)行夾緊。1. 多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)圖-42 兩力同向單件聯(lián)動(dòng)夾緊第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)（）平行夾緊. 多件聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu) 這種夾緊機(jī)構(gòu)，多用于夾緊小型工件，它在銑床夾具中應(yīng)用最為廣泛，是提高生產(chǎn)率的有效措施。五、聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)圖-46 平行夾緊機(jī)構(gòu)第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)五、聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)（）依次連續(xù)夾緊圖-47 依次連續(xù)夾緊的夾具第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)五、聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)（）對(duì)向式多件夾緊（）復(fù)合式多件夾緊圖-48 對(duì)向雙面夾緊雙件這種聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)是上述幾種形式的綜合應(yīng)用

14、.圖-49 交叉平行多件聯(lián)動(dòng)夾緊第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu). 設(shè)計(jì)聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)注意的問(wèn)題）聯(lián)動(dòng)夾緊一般要求有較大的總夾緊力，故機(jī)構(gòu)的剛性非常重要。）對(duì)中間遞力機(jī)構(gòu)中的杠桿應(yīng)力求增力，并避免采用過(guò)多的杠桿。）為保證夾緊可靠和各工件獲得基本一致的夾緊力，聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu) 必須設(shè)置必要的浮動(dòng)環(huán)節(jié)，并使其有足夠的浮動(dòng)量；同時(shí)要適當(dāng) 限制被夾緊工件的數(shù)目。五、聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu) 當(dāng)需要較大夾緊力時(shí)，對(duì)手動(dòng)夾緊裝置，可采用中間增力機(jī)構(gòu)以擴(kuò)大夾緊力。六、機(jī)械增力機(jī)構(gòu)常用的增力機(jī)構(gòu)有： 杠桿、鉸鏈、斜楔式等類(lèi)型； 氣-液傳動(dòng)裝置也兼有增力作用（）式中 、復(fù)合機(jī)構(gòu)中各理想的擴(kuò)力比。增力復(fù)合機(jī)構(gòu)的增力倍

15、數(shù)是各擴(kuò)力部分?jǐn)U力比的連乘積。增力機(jī)構(gòu)的夾緊力計(jì)算公式:優(yōu)點(diǎn): 可減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度;對(duì)氣-液夾具，則可減少動(dòng)力。缺點(diǎn): 可能使整個(gè)夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。(-14)第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)六、機(jī)械增力機(jī)構(gòu). 斜楔 - 滾子增力機(jī)構(gòu)圖-50 帶滾子的斜楔增力機(jī)構(gòu)2. 鉸鏈增力機(jī)構(gòu)圖-51 鉸鏈杠桿增力夾具配氣閥管道氣缸活塞活塞桿鉸鏈杠桿壓板圖第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)圖3-53 單作用雙臂鉸鏈杠桿增力機(jī)構(gòu) 圖- 53 為單作用雙臂鉸鏈杠桿的增力機(jī)構(gòu) 如果 則擴(kuò)力比為:。 設(shè)壓板兩力臂相等，活塞桿拉力為7 則壓板所產(chǎn)生的夾緊力為 72.517500。例題:第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)圖-54為雙作用雙臂鉸鏈杠桿同

16、時(shí)夾緊工件的增力機(jī)構(gòu)，工件以垂直面和一孔在削邊銷(xiāo)上定位，銑削缺口。當(dāng)時(shí)，雙杠桿對(duì)壓板所產(chǎn)生的總作用力，因夾緊壓板的力臂，故夾緊工件總的夾緊力。圖3-54 雙作用雙臂鉸鏈杠桿增力機(jī)構(gòu)例題:第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu)七、電磁夾緊裝置電磁無(wú)心夾具廣泛應(yīng)用于磨削軸承環(huán)溝道的專(zhuān)用夾具。圖-55 電磁無(wú)心夾具支承座（兩塊）支承元件（兩件）磁極鐵心線圈線框出線管接頭過(guò)渡盤(pán)第三節(jié) 常見(jiàn)的夾緊機(jī)構(gòu) 用電磁無(wú)心磨夾具磨削加工時(shí)，加工精度不受機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度的影響，因此可獲得很高的加工精度，如加工以?xún)?nèi)的軸承環(huán)時(shí)，其圓度和壁厚差（相當(dāng)于內(nèi)外圓同軸度誤差）為0.0040.01，甚至可達(dá)0.4。圖-56 電磁無(wú)心磨工作原理七

17、、電磁夾緊裝置第四節(jié) 定位和夾緊裝置設(shè)計(jì)示例 在工件撥叉上銑1611槽。根據(jù)工藝規(guī)程，這是最后一道機(jī)加工工序。其加工要求有：例1 槽寬1611由銑刀保證； 槽深； 槽側(cè)面對(duì)257孔軸線的 垂直度公差為0.08； 孔軸線與面平行，且保 持距離110.2； 槽底與面平行.圖3-57 撥叉圖第四節(jié) 定位和夾緊裝置設(shè)計(jì)示例. 定位方案分析 確定要限制的自由度 選擇定位基面和定位元件。 從加工要求考慮，銑 通槽只需限制五個(gè)自由度（可不必限制），但為了承受切削力，簡(jiǎn)化定位裝置結(jié)構(gòu)，仍采取完全定位方案。圖-58 撥叉定位方案分析分析:方案1方案2方案3第四節(jié) 定位和夾緊裝置設(shè)計(jì)示例方案3比較: 方案3好假如

18、在面處設(shè)置防轉(zhuǎn)銷(xiāo)時(shí)，離25孔軸線距離太近,尺寸公差又較大，故防轉(zhuǎn)效果差，定位精度低。按加工要求，還必須限制。若將擋銷(xiāo)設(shè)置在P位置時(shí)，由于此處離孔軸線較遠(yuǎn)，因而防轉(zhuǎn)效果好，定位精度較高，且能承受切削力所引起的轉(zhuǎn)矩。圖-59 防轉(zhuǎn)擋銷(xiāo)的位置第四節(jié) 定位和夾緊裝置設(shè)計(jì)示例 本工序的定位誤差只需計(jì)算槽側(cè)面與面的距離(110.2)及槽側(cè)面與25 孔軸線的垂直度要求即可。. 定位誤差的分析（）對(duì)尺寸(110.2)的定位誤差（）槽側(cè)面與25孔軸線的垂直度的定位誤差y0.01圖-60 銑撥叉槽時(shí)的定位誤差第四節(jié) 定位和夾緊裝置設(shè)計(jì)示例. 夾緊方案分析 必須首先對(duì)窄長(zhǎng)支承板施加夾緊力，然后才能固定輔助支承。分析

19、1:由于支承板離加工表面較遠(yuǎn)，撥叉夾緊方案分析時(shí)的切削力又大，故需在靠近加工表面處再增加一個(gè)夾緊力.分析2:但由于工件該部位的剛性差，夾緊變形大；若改用螺母與開(kāi)口墊圈夾壓在25孔的左端面，撥叉此處的剛性好，且?jiàn)A緊力更靠近加工表面.圖-61 撥叉夾緊方案分析第四節(jié) 定位和夾緊裝置設(shè)計(jì)示例結(jié)論:撥叉銑槽的裝夾方案應(yīng)如圖-62所示。裝夾時(shí)，先將撥叉放在定位元件、上，再擰緊鉤形壓板，然后使輔助支承接觸工件后擰緊螺釘，最后插上開(kāi)口墊圈和擰緊螺母。圖-62 撥叉的裝夾方案鉤形壓板螺母開(kāi)口墊圈長(zhǎng)圓柱銷(xiāo)輔助支承螺釘窄長(zhǎng)支承板防轉(zhuǎn)擋銷(xiāo)夾具體. 夾緊方案分析復(fù)習(xí)思考題夾緊裝置一般由哪些部分組成?它們的作用是什么?對(duì)夾緊裝置的基本要求有哪些?不良的夾緊裝置將會(huì)產(chǎn)生什么后 果?工件在夾