第九章-机床夹具设计原理

(4)工艺性好，使用性好。其结构应尽量简单，便于制造 和维修;尽可能使用标准夹具零部件；操作方便、安全、 省力。
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二、夹紧力的确定
设计夹具的夹紧机构时,所需夹紧力 的确定包括夹紧力的作用点、方向、 大小三要素。
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1. 夹紧力的方向
(1)夹紧力的方向应有助于定位,不应破坏定位
第九章 金属切削机床夹具设计原理
第四讲 工件的夹紧原理
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主要内容
加紧装置的组成和基本要求 夹紧力的确定 典型夹紧机构
斜锲夹紧机构 螺纹夹紧机构 偏心夹紧机构 铰链夹紧机构 定心、对中夹紧机构 联动夹紧机构
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夹紧及其目的
将工件定位后的位置固定下来称为夹紧。 夹紧的目的是保持工件在定位中所获得的正确 位置,使其在外力(夹紧力、切削力、离心力等 外力)作用下，不发生移动和振动。
用几个夹紧力分别作用时,主要夹紧力应朝向主要定位支承面，并注意 夹紧力的动作顺序。如三平面组合定位， W1> W2> W3，W1是主要夹紧 力，朝向主要定位支承面，应最后作用;W2、W3应先作用。
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(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、重力方向一致
图9-35所示为夹紧力与切削力、重力的关系:
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一、夹紧装置的组成及基本要求
1. 夹紧装置的组成
(1)动力装置 夹紧力来源于人力或者某种动力装置。 用人力对工件进行夹紧称为手动夹紧。 用各种动力装置产生夹紧作用力进行夹紧称为机动夹紧。 常用的动力装置有:液压、气动、电磁、电动和真空装 置等。
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(2)夹紧机构
一般把夹紧元件和中间传递机构称为夹紧机构。
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2. 对夹紧装置的基本要求
(1)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。既要保证工件在整个加 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。
(3)夹紧装置的复杂程度与生产类型相适应。工件的生产 批量越大，设计的夹紧装置的功能应越完善，工作效率越 高，进而越复杂。
生产中还经常用类比法(或试验)确定夹紧力。
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估算夹紧力
估算夹紧力时,应找出对夹紧最不利的瞬时状态，略去次 要因素，考虑主要因素在力系中的影响。
通常将夹具和工件看成一个刚性系统，建立切削力、夹 紧力W0、(大型工件)重力、(高速运动工件)惯性力、(高 速旋转工件)离心力、支承力以及摩擦力静力平衡条件， 计算出理论夹紧力W0。则实际夹紧力W为
只有一个夹紧力时,夹紧力应垂直于主要定位支承或 使各定位支承同时受夹紧力作用。
图9-33所示为夹紧力朝向主要定位面的示例。
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图9-34所示是一力两用和使各定位基面同时受夹紧力作用的情况。
图a对第一定位基面施加W1,对第二定位基面施加W2; 图b、c所示施加W3代替W1、W2，使两定位基面同时受到夹紧力的作用。
为此夹紧力的作用点应落在定位元件上或支承范围内，否则夹紧 力与支座反力会构成力矩，夹紧时工件将发生偏转。
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图9-36 夹紧力作用点的位置不正确
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(2)夹紧力的作用点应有利于减小夹紧变形。
夹紧力的作用点应落在工件刚性好的方向和部位,特别是对低刚度工件。
图9-37 夹紧力作用点与夹紧变形的关系
W=(F+G)f 图e夹紧力W与切削力F、重力G反向，夹紧力较大：
W= F+G
由上述分析可知图a、b应优先选用,图c、e次之，图ｄ最差，应 尽量避免使用。上面公式中的f为工件与支承间的摩擦系数。
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2. 夹紧力的作用点
(1)夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定,不引起工 件发生位移或偏转。
减少工件的夹紧变形,可采用增大工件受力面积的措施。如设计特殊 形状夹爪、压角等分散作用夹紧力，增大工件受力面积。
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(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。
不能满足上述要求时,如 图9-38所示在拨叉上铣 槽，由于主要夹紧力的 作用点距工件加工表面 较远，故在靠近加工表 面处设置辅助支承，施 加夹紧力 W，提高 定位 稳定性，承受夹紧力和 切削力等。
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1. 斜楔夹紧机构
斜楔夹紧机构是最 基本夹紧机构,螺旋 夹紧机构、偏心夹 紧机构等均是斜楔 机构的变型。
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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:W=0;
图b夹紧力W与切削力F垂直，夹紧力较小：W=F/f－G；
图c夹紧力W与切削力F成夹角α，夹紧力较大：
W F (co fs si)n G (si n fc o)s
f 图d夹紧力W与切削力F、重力G垂直，夹紧力最大：
1)中间传递机构 它是在动力装置与夹紧元件之间,传 递夹紧力的机构。
其主要作用有: •改变作用力的方向和大小;
•夹紧工件后的自锁性能，保证夹紧可靠，尤其在 手动夹具中。
2)夹紧元件 是执行元件，它直接与工件接触，最终 完成夹紧任务。
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图9-32 液压夹紧的铣床夹具
1－压板 2－铰链臂 3－活塞杆 4－液压缸 5－活塞
图9-38 夹紧力作用点靠近加工表面
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3. 夹紧力的大小
夹紧力的大小必须适当。过小,工件在加工过程中发生 移动，破坏定位;过大，使工件和夹具产生夹紧变形， 影响加工质量。
理论上，夹紧力应与工件受到切削力、离心力、惯性 力及重力等力的作用平衡；实际，夹紧力的大小还与 工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。切削 力在加工过程中是变化的，因此夹紧力只能进行粗略 的估算。
W=KW0
式中 K—安全系数,与加工性质(粗、精加工)、切削特 点(连续、断续切削)、夹紧力来源(手动、机动夹紧)、 刀具情况有关。一般取K=1.5~3;粗加工时，K=2.5~3； 精加工时，K=1.5~2.5。
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三、典型夹紧机构
常用的典型夹紧机构有斜楔夹紧机 构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构 及铰链夹紧机构等。