第二章 工件的夹紧

• 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。
FJ 1 i FQ tg1 tg ( 2 )
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• 如取Φ1=Φ2=60 , α=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)夹紧行程
• h=stgα S┄斜楔在夹紧工件过程中移动的距离。 • α =6º , h=stg 6º =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 α 。而 α 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α • 较大，以增大夹紧行程，另一 • 段则α较小以实现自锁。
组 成 作 用
基 本 要 求
（1）力源装置 （2）中间传力机构 （3）夹紧元件
1）改变作用力的方向； 2）改变作用力的大小； 3）使夹紧实现自锁。 1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置； 2）夹紧力大小要适当； 稳 牢
3）夹紧动作要迅速、可靠；
4）结构紧凑，易于制造与维修。
快
3
• 第二节、夹紧力的确定
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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： αmax≤Φ1+Φ2 •式中： Φ1--圆偏心轮与工件间的摩擦角。 • Φ2--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： αmax≤Φ1 tg αmax ≤ tg Φ1 因αmax很小， tg αmax ≈ sin αmax sin αmax ≤ ƒ 而
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P 1 • 解: FJ 1 tg 2 tg ( 1 )
• 式中: FJ1┄斜楔对压板的作用力； P1┄螺旋对斜楔的推力； • Φ1,Φ2┄分别为斜楔与夹具体、与压板的摩擦角。 • Φ1= Φ2=tg-1f=tg-10.1=5042ˊ
1 P2 L 2 P 1 d0 ' ' tg ( ) r tg 2 1 2
4
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 应落在定位元件支承 的范围内。 如图 1-56所示。
5
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
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• (三) 夹紧力大小的确定
d0 tg ( 1 ) r 'tg 2 2
图1-64
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• Φ1---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
FQ • 3．螺旋钩形压板所产生的加紧力 FJ 3Lf 1 • 如图1-65所示： H
' 1 tg 1 (1.03tg1 ) ' 1 tg 1 (1.15tg1 )
图1-69
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上图表明，当圆偏心轮从0º 回转到180º 时，其夹紧行程为 •2e。轮周上各点的升角α是不相等的，P点的升角最大，为 αmax 。 过P点分别作O1P，O2P的垂线，便可得到P点的升角。 αmax=∠O1PO2 O1O2 e 2e sin αmax= sin∠O1PO2= O1 P R D 圆偏心轮的工作转角一般小于90º ，因转角太大，不仅操作 费时，也不安全。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： Φx =45º –135º ，升角大，夹紧力小，夹紧行程大 （h≈1.4e）。 2： Φx =90º –180º ，升角由大到小，夹紧力逐渐加大，
l
•l=l1 =100
则： FJ=FJ1=23353.78 (N)
•5、螺旋夹紧的特点
•1）自锁性好， •2）力比大，一般为65~140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。
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（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。
• 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。
tg ( 2)
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• 代入上式， FJtgΦ1>FJtg(α-Φ2) tgΦ1>tg(α-Φ2) • 由于 Φ1 、 Φ2 、 α 都很小， tgΦ1≈Φ1 ， tg(α-Φ2)≈α-Φ2 ； 上式可简化成: • Φ1>α-Φ2 或 α<Φ1+Φ2 • 为了保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取α=60~80。 • 气动或液动装置驱动的斜楔则不需自锁，可取 α=150~300。
第二篇
机床夹具设计
主讲：陶福春
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第二章 工件中的夹紧
在机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用。 为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确 定的加工位置，而不致发生振动和位移，在夹具结构中必须设置一定的 夹紧装置将工件可靠地夹牢。
第一节 夹紧装置组成及基本要求
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图1-67
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 图1-68 •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。
，tg
锁条件是
2e ≤ƒ D
sin αmax =
Φ1=ƒ 代入上式， 2e 所以，圆偏心轮的自 D
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当ƒ=0.1时，
D D ≥14。 ≥20；当ƒ=0.15时， e e
•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+Fjesinθ+ •F2(R-ecos θ) •F1=FNƒ1≈FJ ƒ1, •F2=FJƒ2,可得： •FQL= FJ ƒ1r+ FJ esinθ •+ FJƒ2(R-ecos θ) •设ƒ1= ƒ2
• 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 图1-53 定位基面。如图1-53所示， 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。
图1-54
2．夹紧力计算
单螺杆夹紧时的受力
分析如图1-63所示。 根据静力距平衡条件:
FQ L F2 r ' FRX
d0 2
图1-63
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• F2=FJtgΦ2 FRX= FJtg(α+Φ1) FJ • 代入上式整理得:
FQ L
• 式中: d0┄螺纹中径； α┄螺纹升角； • Φ1┄螺纹处摩擦角； Φ2┄螺杆端部与工件之间的摩擦角； rˊ┄螺杆端部与工件间的当量摩擦半径；如图1-64所示：
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• 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=FJtgΦ1 FRX=FJtg(α+Φ2)
• tg1 tg ( 2 ) • 设Φ1=Φ2=Φ • 当α很小时(α≤100)， • 可用下式作近似计算: FJ
FJ
FQ
FQ
• 3、斜楔自锁条件 • 如图所示，外作用力FQ去掉以后的斜楔 • 受力情况。从图中看出，要自锁，必须： • F1>FRX • 因 F1=FJtgΦ1 FRX=FJtg(α-Φ2)
一、夹紧装置的组成 1、 动力装置┄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：
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三、工件在夹具中的加紧
1.夹紧装置的组成及基本要求
•2：圆偏心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Φx，即工件夹压表面法线与O1O2连线
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间的夹角，回转半径为rx。用Φx，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：
• 5、能改变外作用力的方向。
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• (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
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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。
(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。
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图 1-60
• 2、 斜楔的夹紧力
• • • • • • 如下图1-61所示: FQ┄加在斜楔上的外作用力。 α┄斜楔的升角。 FJ┄斜楔对工件的夹紧力。 Φ1┄斜楔与工件间的摩擦角。 Φ2┄斜楔与夹具体之间的摩擦角。
图1-61