第講工件在夾具中的夾緊

1、1機械制造工程康嘉杰2第四章 機床夾具原理與設計一、機床夾具概述二、工件在夾具中的定位三、定位誤差分析四、工件在夾具中的夾緊五、各類機床夾具六、現(xiàn)代機床夾具七、機床夾具設計的根本步驟3第四章 機床夾具原理與設計基準：設計基準：工藝基準：定位基準：定位誤差：基準不重合誤差：基準位移誤差：4第四章 機床夾具原理與設計一、機床夾具概述二、工件在夾具中的定位三、定位誤差分析四、工件在夾具中的夾緊五、各類機床夾具六、現(xiàn)代機床夾具七、機床夾具設計的根本步驟裝夾=定位+夾緊使工件獲得正確位置夾具相對刀具占有正確位置工件在夾具中占有正確位置使工件受到外力時，仍保持正確位置第四章 機床夾具原理與設計第四節(jié) 工件

2、在夾具中的夾緊 工件在定位元件上定位后，必須采用一定的裝置將工件壓緊夾牢，使其在加工過程中不會因受切削力、慣性力或離心力等作用力而發(fā)生振動或位移，從而保證加工質(zhì)量和生產(chǎn)平安， 這種裝置稱為夾緊裝置。 機械加工中所使用的夾具一般都必須有夾緊裝置，在大型工件上鉆小孔時，可不單獨設計夾緊裝置。1 夾緊裝置的組成及根本要求1.1 力源裝置力源裝置是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置，所產(chǎn)生的力稱為原始力，其動力可用氣動、液動、電動等。圖中的力源裝置是氣缸。對于手動夾緊來說，力源來自人力。 第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊1.2 中間傳力機構(gòu) 中間傳力機構(gòu)是介于力源和夾緊元件之間傳遞力的機構(gòu)，如圖中的杠桿。在傳遞力的過程中

3、，它能起到如下作用： 改變作用力的方向； 改變作用力的大小，通常是起增力作用； 使夾緊實現(xiàn)自鎖，保證力源提供的原始力消失后，仍能可靠地夾緊工件，這對手動夾緊尤為重要。 第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊1.3 夾緊元件 夾緊元件是最終執(zhí)行元件，與工件直接接觸完成夾緊作用，如圖中的壓板。夾緊裝置的具體組成并非一成不變，須根據(jù)工件的加工要求、安裝方法和生產(chǎn)規(guī)模等條件來確定。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊夾緊裝置的具體組成是多變的，但無論如何變化，都必須滿足如下根本要求： (1) 夾緊時不能破壞工件定位后獲得的正確位置； (2) 夾緊力大小要適宜，既要保證工件在加工過程中不移動、不轉(zhuǎn)動、不振動，又不能使工件產(chǎn)生

4、變形或損傷工件外表； (3) 夾緊動作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、平安； (4) 結(jié)構(gòu)緊湊，易于制造與維修。其自動化程度及復雜程度應與工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應。 第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊2. 夾緊力確實定 設計夾緊機構(gòu)，首先必須合理確定夾緊力的三要素：大小、方向和作用點。2.1 夾緊力方向確實定 確定夾緊力作用方向時，應與工件定位基準的配置及所受外力的作用方向等結(jié)合起來考慮，其確定原那么是： (1) 夾緊力的作用方向應垂直于主要定位基準面。 (2) 夾緊力作用方向應使所需夾緊力最小。 (3) 夾緊力作用方向應使工件變形盡可能小。 第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊(1) 夾緊力的作用方向應垂直于主

5、要定位基準面 圖示工件是以A、B面作為定位基準來鏜孔C，要求保證孔C軸線垂直于A面。為此應選擇A面為主要定位基準，夾緊力FQ作用方向應垂直于A面。這樣，無論A面與B面有多大的垂直度誤差，都能保證孔C軸線與A面垂直。 否那么，假設夾緊力FQ方向垂直于B面，那么因A、B面間有垂直度誤差，使鏜出的孔C軸線不垂直于A面，產(chǎn)生垂直度誤差。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊(2) 夾緊力作用方向應使所需夾緊力最小 這樣可使機構(gòu)輕便、緊湊，工件變形小，對手動夾緊可減輕工人勞動強度。 圖示夾緊力FQ與切削力FP、工件重力W之間三種不同方向的關(guān)系，其中圖 (a)所需夾緊力最小，較為理想； 圖(b)所需夾緊力FQFP+W

6、，要比圖(a)大得多； 圖(c)完全靠摩擦力克服切削力和重力，故夾緊力FQ(FP+W)/ 所以，最理想的夾緊力的作用方向是與重力、切削力方向一致第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊最理想的夾緊力的作用方向是與重力、切削力方向一致第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊(3) 夾緊力作用方向應使工件變形盡可能小 由于工件不同方向上的剛度不一致，因此不同的受力面也會因其受力面積不同而變形各異，夾緊薄壁工件時，尤應注意這種情況。如圖示套筒的夾緊，用三爪自定心卡盤夾緊外圓顯然要比用特制螺母從軸向夾緊工件的變形要大得多。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊2.2 夾緊力作用點確實定 夾緊力作用點確實定對工件的可靠定位、夾緊后的穩(wěn)定和變形

7、有顯著影響，選擇時應依據(jù)以下原那么:第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊(1) 夾緊力的作用點應落在支承元件或幾個支承元件形成的穩(wěn)定受力區(qū)域內(nèi): 圖(a)中夾緊力作用在支承面范圍之外，工件發(fā)生傾斜，因而不合理；而圖(b)那么是合理的。(2) 夾緊力作用點應落在工件剛性好的部位 如下圖，將作用在殼體中部的單點改為在工件外緣處的兩點夾緊，工件的變形大大改善，夾緊也更可靠。此項原那么對剛性差的工件尤為重要。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊(2) 夾緊力作用點應落在工件剛性好的部位 如下圖，將作用在殼體中部的單點改為在工件外緣處的兩點夾緊，工件的變形大大改善，夾緊也更可靠。此項原那么對剛性差的工件尤為重要。第四節(jié) 工

8、件在夾具中的夾緊(3) 夾緊力作用點應盡可能靠近加工面。這可減小切削力對夾緊點的力矩，從而減輕工件振動。 圖(a)中，假設壓板直徑過小，那么對滾齒時的防振不利。 圖(b)中工件形狀特殊，加工面距夾緊力FQ1作用點甚遠，這時應增設輔助支承，并附加夾緊力FQ2，以提高工件夾緊后的剛度第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊2.3 夾緊力的大小 夾緊力的大小可根據(jù)切削力和工件重力的大小、方向和相互位置關(guān)系具體計算。為平安起見，計算出的夾緊力應乘以平安系數(shù)K，故實際夾緊力一般比理論計算值大23倍。 進行夾緊力計算時，通常將夾具和工件看做一剛性系統(tǒng)，以簡化計算。根據(jù)工件在切削力、夾緊力(重型工件要考慮重力，高速時要考

9、慮慣性力)作用下處于靜力平衡，列出靜力平衡方程式，即可算出理論夾緊力。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊一般來說，手動夾緊時不必算出夾緊力確實切值，只有機動夾緊時，才進行夾緊力計算，以便確定動力部件(如氣缸、液壓缸直徑等)的尺寸。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊3. 典型夾緊機構(gòu) 夾緊機構(gòu)是夾緊裝置的重要組成局部，因為無論采用何種動力源裝置，都必須通過夾緊機構(gòu)將原始力轉(zhuǎn)化為夾緊力。各類機床夾具應用的夾緊機構(gòu)多種多樣，以下介紹幾種利用機械摩擦實現(xiàn)夾緊，并可自鎖的典型夾緊機構(gòu)。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊3.1 斜楔夾緊圖為斜楔夾緊的鉆夾具，以原始作用力FP將斜楔推入工件和夾具之間實現(xiàn)夾緊。第四節(jié) 工件在夾具中的

10、夾緊3.1 斜楔夾緊 斜楔夾緊的特點： (1) 有增力作用。升角越小增力作用越大。 (2) 夾緊行程小。設當斜楔水平移動距離為s時，其垂直方向的夾緊行程為h。那么因h/s=tan 及tan1，故hs，且越小，其夾緊行程也越小。 (3) 結(jié)構(gòu)簡單，但操作不方便。 根據(jù)以上特點，斜楔夾緊很少用于手動操作的夾緊裝置，而主要用于機動夾緊且毛坯質(zhì)量較高的場合。有時，為解決增力和夾緊行程間的矛盾，可在動力源不間斷的情況下，增大為1530；也可采用雙升角形式，大升角用于夾緊前的快速行程，小升角用于夾緊中的增力和自鎖。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊3.2 螺旋夾緊 由于螺旋夾緊結(jié)構(gòu)簡單，夾緊可靠，因此在夾具中得到

11、廣泛應用。圖示為最簡單的單螺旋夾緊機構(gòu)。夾具體上裝有螺母，轉(zhuǎn)動螺桿，通過壓塊將工件夾緊。螺母為可換式，以螺釘防止其轉(zhuǎn)動。壓塊可防止螺桿頭部與工件直接接觸，防止夾緊時帶開工件轉(zhuǎn)動，并造成壓痕。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊3.2 螺旋夾緊 螺旋夾緊的擴力比iP=FQ/FP=80，遠比斜楔夾緊力大。同時螺旋夾緊行程不受限制，所以在手動夾緊中應用極廣。但螺旋夾緊動作慢，輔助時間長，效率低，為此出現(xiàn)了許多快速螺旋夾緊機構(gòu)。在實際生產(chǎn)中，螺旋壓板組合夾緊比單螺旋夾緊更為普遍。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊3.3 偏心夾緊 偏心夾緊機構(gòu)是由偏心件作為夾緊元件，直接夾緊或與其他元件組合實現(xiàn)對工件的夾緊。 常用的偏心

12、件有圓偏心和軸偏心兩種。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊3.3 偏心夾緊 圖示為一種常見的偏心輪壓板夾緊機構(gòu)。當順時針轉(zhuǎn)動手柄使偏心輪繞軸轉(zhuǎn)動時， 偏心輪的圓柱面緊壓在墊板上，由于墊板的反作用力，使偏心輪上移，同時抬起壓板右端，而左端下壓夾緊工件。 第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊 由于圓偏心夾緊時的夾緊力小，自鎖性能不是很好，且夾緊行程小，故多用于切削力小，無振動，工件尺寸公差不大的場合，但是圓偏心夾緊機構(gòu)是一種快速夾緊機構(gòu)。3. 3 偏心夾緊第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊3.4 聯(lián)動夾緊機構(gòu) 聯(lián)動夾緊機構(gòu)是利用一個原始作用力實現(xiàn)單件或多件的多點、多向同時夾緊的機構(gòu)。單件聯(lián)動夾緊機構(gòu)多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)與其他動

13、作聯(lián)動夾緊機構(gòu)第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊3.4 聯(lián)動夾緊機構(gòu) (1) 單件聯(lián)動夾緊機構(gòu) a 單件同向聯(lián)動夾緊機構(gòu)第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊 a 單件同向聯(lián)動夾緊機構(gòu)在圖(a)中，通過浮動柱2的水平滑動協(xié)調(diào)浮動壓頭1、3實現(xiàn)對工件的夾緊; 在圖(b)中，通過薄膜氣缸9的活塞桿8帶動浮動盤7和三個鉤形壓板5松、夾工件。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊這種夾緊機構(gòu)的特點是在夾緊點之間，必須設計有浮動元件2、7。b 單件對向聯(lián)動夾緊機構(gòu) 如下圖，當液壓缸中的活塞桿向下移動時，通過雙臂鉸鏈使兩浮動壓板繞鉸鏈相對轉(zhuǎn)動而夾緊工件。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊c 單件互垂力或斜交力聯(lián)動夾緊機構(gòu) 如圖示，在圖(a)中，

14、擰緊螺母4，使之對鉸鏈壓板施壓，從而使搖臂2轉(zhuǎn)動帶動擺動壓塊1、3實現(xiàn)相互垂直兩個方向四點聯(lián)動夾緊工件；在圖(b)中，通過擺動壓塊1實現(xiàn)斜交力兩點聯(lián)動夾緊工件。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊(2) 多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)a. 多件平行聯(lián)動夾緊機構(gòu)第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊a. 多件平行聯(lián)動夾緊機構(gòu)在圖(a)中，由于球面墊圈4和擺動壓塊3的作用，擰緊螺母5可實現(xiàn)同時平行夾緊四個工件；在圖(b)中，擰緊螺母5，使鉸鏈壓板2轉(zhuǎn)動，在液性介質(zhì)8作用下，五個滑柱同時平行夾緊工件。這種夾緊機構(gòu)的特點是夾緊元件必須做成浮動的。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊b. 多件連續(xù)夾緊機構(gòu) 如圖示，擰緊螺釘對移動V形塊依次施壓從而夾

15、緊工件。這種夾緊機構(gòu)的特點是定位夾緊元件合二為一；工件直徑變化引起工件的移動，不會影響加工精度，故只能用在工件加工面與夾緊力方向平行的場合。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊c.對向式多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)如圖示，旋轉(zhuǎn)偏心輪6，迫使壓板1、4同時對向夾緊兩工件。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊d. 復合式多件聯(lián)動夾緊機構(gòu) 它是將上述多件夾緊機構(gòu)組合構(gòu)成的夾緊機構(gòu)。圖示為平行式和對向式組合的復合夾緊機構(gòu)。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊(3) 與其他動作聯(lián)動的夾緊機構(gòu) a. 先定位后夾緊聯(lián)動機構(gòu) 第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊活塞桿9右移，螺釘10與撥桿1脫開，在彈簧2的作用下，推桿3上移，因其斜面作用使活塞4右移推開工件與

16、定位塊7接觸定位。當活塞桿9繼續(xù)右移時，其上斜面作用通過滾子11頂推桿12而頂壓板5夾緊工件。b.夾緊與移動壓板聯(lián)動機構(gòu) 逆時針扳動手柄，先是撥銷1撥動壓板2上的螺釘3，使壓板左移到夾緊位置，繼續(xù)逆時針扳動手柄，偏心輪5頂起壓板夾緊工件。松開時，順時針扳動手柄，偏心輪5的作用先松開工件，繼而撥銷1撥動螺釘4使壓板右移。c. 夾緊與輔助支承聯(lián)動機構(gòu) 轉(zhuǎn)動螺母3壓壓板2，夾緊工件的同時通過鎖銷4鎖緊輔助支承1。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊5. 定心夾緊機構(gòu) a. 螺旋式定心夾緊機構(gòu) 轉(zhuǎn)動有左、右螺紋的雙向螺桿6，V形塊鉗口2、4可等速靠攏中心或等速遠離中心而實現(xiàn)工件定心裝夾。定心精度可由調(diào)節(jié)桿3實現(xiàn)

17、 第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊b. 彈簧筒夾式定心夾緊機構(gòu) 旋轉(zhuǎn)螺母4迫使彈性筒夾2左右移動的同時，因彈性筒夾2上外錐面和錐套3上內(nèi)錐面的作用，使彈性筒夾2縮、脹而定心夾緊和松開工件。b. 彈簧筒夾式定心夾緊機構(gòu) 旋轉(zhuǎn)螺母4迫使錐套3左右移動的同時，因錐套3上外錐體與彈性筒夾2上內(nèi)錐體的作用，使彈性筒夾2脹、縮而定心夾緊和松開工件。c. 波紋套定心夾緊機構(gòu) 旋轉(zhuǎn)螺母1帶動墊圈3左右移動壓緊和松開波紋套2，使其脹、縮而定心夾緊和松開工件。第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊d. 液性塑料定心夾緊機構(gòu) 旋轉(zhuǎn)螺釘5使滑柱4移動而在液性塑料3內(nèi)產(chǎn)生壓力，迫使薄壁套筒2彈性變形而定心夾緊工件；反之，松開工件。 第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊4. 夾緊動力源裝置 現(xiàn)代高效率的夾具多采用機動夾緊，因此夾緊裝置中需要產(chǎn)生機動夾緊力的力源裝置。 如氣動、液壓、電磁、真空等。 第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊4. 1 氣動夾緊第四節(jié) 工件在夾具中的夾緊活塞式氣缸單作用活塞式氣缸雙作用活塞式氣缸優(yōu)點：工作行程較長，作用力大小不受工作行程長度限制；缺點：結(jié)構(gòu)尺寸較大，制造維修困難，壽命短，易漏氣。4. 2 液壓夾緊第四節(jié) 工件在夾具中的夾