夹紧机构

机床夹具设计
工件的夹紧
1
机床夹具设计
前面所学的主要内容（定位）：
工件在夹具中的定位 1.零件技术要求分析 2.分析必须要限制哪些自由度（理论应限自由度分析） 3.定位方案设计（组合定位所限自由度分析） 4.定位误差分析
这次课的重点：
1.夹紧的概念、目的 2.夹紧装置的组成和要求 3.夹紧力的大小、方向、作用点 4.减小夹紧变形的措施
图3-28 30
机床夹具设计 二、螺旋夹紧机构
如图3-28 所示，A型的端面是光滑的，用于夹紧已加工表面； B型的端面有齿纹，用于夹紧毛坯面。当要求螺钉只移动不转动时， 可采用图c(GB／T2173—91)所示结构
图1—60 31
机床夹具设计
二、螺旋夹紧机构
由于螺旋可以看作是绕在圆柱体上的 斜楔，因此，螺钉(或螺母)夹紧力的计算 与斜楔相似。
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机床夹具设计 三、偏心夹紧机构
偏s
D 2
e
cos
2
D 2
e
cos 1
e
cos 1
cos
2
心 距
e
s
cos1 cos 2
的
确
定
50
机床夹具设计 三、偏心夹紧机构
（1）由于圆偏心的夹紧力小，自锁性能又不是
适 很好，所以只适用于切削负荷不大，又无很大振
用
动的场合。 （2）为满足自锁条件，其夹紧行程也相应受到
52
机床夹具设计 四、联动夹紧机构 1、单件联动夹紧机构
⑴单件联动夹紧机构
图3.23单件同向联动夹紧机构
53
机床夹具设计 四、联动夹紧机构
(2)单件对向联动夹紧机构
54
机床夹具设计 四、联动夹紧机构
(3)单件互垂力或斜交力联动夹紧机构
图3.25互垂力或斜交力联动夹紧机构
55
机床夹具设计 四、联动夹紧机构 ２、多件联动夹紧机构 (1)多件平行联动夹紧机构
(2)在可能条件下采用机动夹紧，并使各接触面 上所受的单位压力相等。
12
机床夹具设计 (3)提高工件和夹具元件的装夹刚度。
13
机床夹具设计
14
机床夹具设计
15
机床夹具设计
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机床夹具设计
典型夹紧机构
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机床夹具设计
上次课的主要内容：
1.夹紧的目的 2.夹紧装置的组成和要求 3.夹紧力的大小、方向、作用点
这次课的重点：
1.斜楔夹紧机构的作用原理和受力分析 2.斜楔夹紧机构的特点和结构 3.螺旋夹紧机构的特点 4.螺旋压板夹紧机构 5.偏心夹紧机构
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机床夹具设计
一、斜楔夹紧机构
什 么 采用斜楔作为传力元件或夹紧元件 是 的夹紧机构称为斜楔夹紧机构。
斜
楔 夹
如动画。
紧
机
构
19
机床夹具设计 一、斜楔夹紧机构
32
机床夹具设计
二、螺旋夹紧机构
FQ L
F2r '
FRX
d0 2
得
FW
d0 2
tg
FQ L
1 r 'tg2
式中 FW 一一夹紧力(N)；FQ 一一作用力(N)； Lo一一作用力臂(mm)； d 0 一一螺纹中径(mm)； 一一螺纹升角( )； 一一螺纹处
摩擦角( o )； 2一一螺杆端部与工件间的摩擦角( o )；
球面垫圈
36
机床夹具设计 二、螺旋夹紧机构
钩形压板，其结构紧凑，很 适应夹具上安装夹紧机构位 置受到限制的场合
自调式压板，它能适应工件高 度由0-200mm范围内的变化， 其结构简单，使用方便。
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机床夹具设计 二、螺旋夹紧机构
螺旋快速装卸机构
结 构
38
机床夹具设计 二、螺旋夹紧机构
螺旋快速装卸机构
大 小
一般精加工K =1.5~2，粗加工K = 2.5~3。
(2)经验对比法。
7
机床夹具设计
表4-3常见夹紧形式所需的夹紧力计算公式
8
机床夹具设计
9
机床夹具设计
三、减小夹紧变形的方法 (1)分散着力点和增加压紧件接触面积。
10
机床夹具设计
(1)分散着力点和增加压紧件接触面积。
11
机床夹具设计
避免工件在定位、夹紧时的逐个积累误差对加工精
度的影响。
69
机床夹具设计
上次课的主要内容：
1.偏心夹紧机构的原理和特点 2.联动夹紧机构的结构和设计要点
这次课的重点：
1.定心夹紧机构的概念和原理 2.定心夹紧机构的结构 3. 夹紧机构的力源装置
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机床夹具设计
五、定心夹紧机构
（1）当工件被加工面以中心要素(轴线、中心平面
图3.36杠杆作用的定心卡盘 1拉杆；2滑套；3钩形杠杆；4轴销；5夹爪
74
机床夹具设计
(3)楔式定心夹紧机构
75
机床夹具设计
(4)弹簧筒夹式定心夹紧机构
图3.37弹性夹头和弹性心轴 1夹具体；2弹性筒夹；3锥套；4螺母；5心轴
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机床夹具设计
(5) 波纹套定心夹紧机构
慨 等)为工序基准时，为使基准重合以减少定位误差，
念
就须采用定心夹紧机构。 （２）定心夹紧机构具有定心(对中)和夹紧两种功
能 。如卧式车床的三爪自定心卡盘即为最常用的
典型实例。
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机床夹具设计
五、定心夹紧机构
定心夹紧机构按其定心作用原理有两种类型，
结 （１）一种是依靠传动机构使定心夹紧元件同时 构 作等速移动，从而实现定心夹紧．如螺旋式、杠
（1）两个夹紧点之间必须有浮动环节
（2）限制工件数量
（3） 联动夹紧机构的中间传力杠杆应力求增力，
设 以免使驱动力过大；并要避免采用过多的杠杆，力
计 求结构简单紧凑，提高工作效率，保证机构可靠的
要
工作。 （4）设置必要的复位环节，保证复位准确，松夹装
点 卸方便。
（5）要保证联动夹紧机构的系统刚度。
（6）正确处理夹紧力方向和工件加工面之间的关系，
2
机床夹具设计
一、夹紧概述
目
保证工件定位时确定的正确位置,防止工
的
件在切削力、离心力、惯性力、重力等作用 下产生位移和振动。
（1）力源装置：手动装置 气压装置、液压装置气、 液增压装置、电动装置、磁力装置、真空装置
组 （2）中间传力机构
成
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。
（3）夹紧元件
3
机床夹具设计
对
夹 ⑴工件不移动原则；
紧 ⑵工件不变形原则；
装 ⑶工件不振动原则；
置 ⑷安全、省力、方便；
的 基 本
要求(1)主要在粗加工时考虑，要求(2)、 (3)主要在精加工时考虑
要
求
4
机床夹具设计
二、夹紧力的方向和作用点和大小
方
(1)有助于定位稳定，且主要夹紧力应垂直主要定 位面；
杆式、楔式机构等； （２）另一种利用薄壁弹性元件受力后产生均匀 地弹性变形（收缩或扩张），来实现定心夹紧。 如弹簧筒夹、膜片卡盘、波纹套、液性塑料等。
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机床夹具设计
(1)螺旋式定心夹紧机构
图3.34螺旋式定心夹紧机构 1、5－滑座；2、4－V形块钳口；
3－调节杆；6－双向螺杆
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机床夹具设计
(2)杠杆式定心夹紧机构
念
紧机构称为螺旋夹紧机构。
特
结构简单、容易制造，而且自锁性好，夹紧力
点
大，是夹具上用得最多的一种夹紧机构。
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机床夹具设计
二、螺旋夹紧机构
结 构
单个螺旋 夹紧机构
用螺钉直接夹压工件，其表面易 夹伤且在夹紧过程中使工件可能 转动 。动画1 动画2
29
机床夹具设计 二、螺旋夹紧机构
是在螺钉头部装上图3-28所示的摆动压块。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。
图1一62是夹紧状态下螺杆的受力情况。
图 整中 个接, 触面为F上工2，件对计螺算杆时的可摩视擦为力集，中分在布半在径
r r 为 的圆' 周上。 称为' 当量摩擦半径，它
与接触F形1 式有关(见表3一6)。
为螺孔对螺杆的摩擦力，也分布在 整个接触面上，计算时可视为集中在螺纹
中径处 d 0 。 根据力矩平衡条件
（１）优点：偏心夹紧机构操作方便、夹紧 迅速． （２）缺点：是夹紧力和夹紧行程都较小。
应 用
（３）应用：一般用于切削力不大、振动小 、没有离心力影响的加工中
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机床夹具设计
三、偏心夹紧机构
夹 紧 原 理 和 几 何 特 征
46
机床夹具设计
三、偏心夹紧机构
夹
紧
原
理
和
几
何
（a）偏心轮的楔角
（b）偏心轮的位移曲线
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机床夹具设计 一、斜楔夹紧机构
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机床夹具设计
一、斜楔夹紧机构
夹紧力的计算 ∑F（X）=0 → Q=F1+Rx F1=wtgφ1 Rx=wtg(α+φ2)
Q=wtgφ1+wtg(α+φ2)
w
tg1
Q
tg
2
w--斜楔对工件的夹紧力；α--斜楔升角；
Q-- 加在斜楔上的作用力；
Φ1--斜楔与工件间的摩擦角； Φ2--斜楔与夹具体间的摩擦角。
为安全可靠，手动时取α =6～8°，机动时(气动、 液动)可不考虑自锁,取α =15～30°。
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机床夹具设计
一、斜楔夹紧机构
斜 楔 受 力 分 析
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机床夹具设计
一、斜楔Biblioteka Baidu紧机构
斜 楔 的 自 锁 条 件
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机床夹具设计
一、斜楔夹紧机构
斜 楔
增力比
i w
1
Q tg2 tg(1 )
夹
紧 的 行程比
一一螺杆端部与工件间的当量摩擦半径(mm)。
33
机床夹具设计 二、螺旋夹紧机构
螺旋压板 夹紧机构
结 构
它们是利用杠杆原理来实现夹紧作用 的，由于这三种夹紧机构的夹紧点、 支点和原动力作用点之间的相对位置 不同，因此杠杆比各异，夹紧力也不 同。 动画1动画2 动画3 动画4
34
机床夹具设计
35
机床夹具设计
向 (2)有利于减小夹紧力
(3)夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向。
作 (1)夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范
用
围内 (2)应选在工件刚性较好的部位
点 (3)应尽量靠近加工表面。
5
机床夹具设计
(1)计算:根据切削力大小，计算确定,并乘以安全系数K
大 小
6
机床夹具设计
表4-1 安全系数K0~ K4的数值
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机床夹具设计 四、联动夹紧机构
63
机床夹具设计 四、联动夹紧机构
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机床夹具设计 四、联动夹紧机构 3、与其它动作联动的夹紧机构
(1)先定位后夹紧的联动机构
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机床夹具设计 (2)夹紧与移动压板联动机
66
机床夹具设计 (3)夹紧与辅助支承联动机构
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机床夹具设计
68
机床夹具设计
四、联动夹紧机构
56
机床夹具设计 四、联动夹紧机构
57
机床夹具设计 四、联动夹紧机构
58
机床夹具设计 四、联动夹紧机构 (2)多件连续夹紧机构
59
机床夹具设计 四、联动夹紧机构
(3)对称式多件联动夹紧机构
60
机床夹具设计 四、联动夹紧机构
(3)对称式多件联动夹紧机构
61
机床夹具设计 四、联动夹紧机构 (4)复合式多件联动夹紧机构
这次课的重点：
1.偏心夹紧机构的特点 2.偏心夹紧机构的原理 3.联动夹紧机构的结构和设计要点
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机床夹具设计 三、偏心夹紧机构
慨
用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称
念
为偏心夹紧机构
结 图6.33 （a) (b) (c) 构 动画1 动画2 动画3 动画4
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机床夹具设计 三、偏心夹紧机构
优
缺 点 和
特 征
sinαx
＝
sin（180
）
x
e
D 2
α＝arc x
sin(
2e D
sin
x
)
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机床夹具设计
三、偏心夹紧机构
夹
紧
原
理
和
几
何
相当于一个弧形禊，最大夹紧行程2e ,各
特 征
点升角α不是一个常数。最短最长夹紧半 径处α=0º，在他们中间，α=αmax 。
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机床夹具设计 三、偏心夹紧机构
自 锁 条 件
设φ1=φ2=φ，α很小时，
w
Q
tg 2
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机床夹具设计
一、斜楔夹紧机构 自锁条件
F1＞Rx F1=wtgφ1 Rx=wtg(α-φ2) 又α、φ1、φ2很小
tgφ1≈φ1
tg(α-φ2)≈α-φ2
∴φ1＞α-φ2
α＜φ1+φ2
斜楔自锁条件：斜楔的升角小于斜楔与工件、斜 楔与夹具体之间的摩擦角之和。
范 限制，一般用于夹紧行程较小的情况。
围 （3）一般很少直接用于夹紧工作，大多是与其
它夹紧机构联合使用。
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机床夹具设计
四、联动夹紧机构
慨 利用一个原始作用力实现单件或多件的多点、 念 多向同时夹紧的机构，称为联动夹紧机构。
图1 联动夹紧机构 图2 联动夹紧机构
结 单件联动夹紧机构
构
多件联动夹紧机构 与其它动作联动的夹紧机构
结 构
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机床夹具设计
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机床夹具设计 二、螺旋夹紧机构
螺旋快速 装卸机构
结 构
动画1 动画2 动画3 动画4 动画5
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机床夹具设计 二、螺旋夹紧机构
手 柄 的 选 用
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机床夹具设计
上次课的主要内容：
1.斜楔夹紧机构的作用原理和受力分析 2.斜楔夹紧机构的特点和结构 3.螺旋夹紧机构的特点 4.螺旋压板夹紧机构
特
点
优缺点
①优点：结构简单，易于制造，具有良好的自 锁性，并有增力作用。
与应用
②缺点：是增力比小，夹紧行程小，且动作慢 ③应用：在机动夹紧机构中应用较广。
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机床夹具设计
一、斜楔夹紧机构
斜 楔 夹 紧 的 结 构
图1 图2 动画1 动画2 动画3 动画4
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机床夹具设计
二、螺旋夹紧机构
慨
由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹