工件的夹紧16834
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 )
12
• 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
24
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
工件的夹紧
这种装置的螺杆直接与工件接触，容易损害或移动 工件，为减轻螺钉头部对工件的损伤，增大螺钉与 工件的接触面，常采用活动压头，如图4-50所示。
图4-49 螺旋夹紧机构
图4-50 活动压头的类型
3）螺旋压板夹紧机构 在夹紧机构中，结构形式变化最多的、应用最广泛的就是螺旋压板机构。常用的 螺旋压板夹紧机构如图4-51所示。选用时，可根据夹紧力的大小要求、工作高度尺寸的 变化范围、夹具上夹紧机构允许占有的部位和面积进行选择。
斜楔的夹紧行程是指斜楔压紧工件的行程，如 图4-48所示，可知
h S tan
ip
，即夹紧力比外力大三倍。因此，
is
h S
tan
tan 1
1 tan(α +2 )
图4-48 斜楔夹紧机构的行程
由此可见，当 增大，行程h增大，效率提高，但自锁性差，增力性降低。所以， 对于斜楔夹紧的增力性与行程应综合考虑。
现取斜楔作为研究对象进行受力
分析，如图4-47（a）所示
作R1，R2，FR三力的平衡图，夹
紧力为
FJ
tan 1
FR tan(
2 )
由于斜楔、工件、夹具体通常都为金属
件，它们之间的摩擦角基本接近。令
1 2
，且当10
夹紧力可表示为
FJ
FR tan(
2 )
时，
(
(
图a4)-47 斜楔夹紧受力b分) 析
为了减小动力源的 作用力，在夹紧机 构中常采用增力机 构。最常用的增力 机构有：螺旋、杠 杆、斜面、铰链及 其组合。
① 一定 的可浮动
性。
③ 有适 当的增力 性。
② 联动性。
为了实现几个方向 的夹紧力同时作用 或顺序作用，并使 操作简便，设计中 广泛采用各种联动 机构。
数控加工工艺——工件的夹紧与常用夹紧机构
第四节 工件的夹紧二、来自紧装置的组成夹紧装置的组成，如图3-23所示，由以下3部分组成。 1．动力源装置；2．传力机构；3．夹紧元件
1－气缸；2－杠杆；3－压板 图3-23 夹紧装置的组成
第四节 工件的夹紧
三、确定夹紧力的基本原则
第四节 工件的夹紧
(3) 夹紧力的方向应尽量使工件变形减小。
图3-26 套筒夹紧方向选择
第四节 工件的夹紧
2．夹紧力作用点的选择 (1) 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承面内。如图 3-27所示，夹紧力作用在支承面之外，导致工件倾斜和移 动，破坏工件的定位。
图3-27 夹紧力作用点应在支承面内
1．夹紧力的方向 （1）夹紧力的方向应朝向主要定位基面。 如图324(a)所示。
图3-24夹紧力方向示意
第四节 工件的夹紧
(2) 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。如图3-25所示 为工件在夹具中加工时常见的几种受力情况。显然，图325(a)为最合理，如图3-25(f)情况为最差。
图3-25 夹紧力方向与夹紧力大小的关系
第五节 常用夹紧机构
三、螺旋与压板的组合夹紧机构
1－基座；2－钩形压板；3－夹紧螺母；4－双头螺母 5－弹簧；6－固定螺钉；7－螺钉 图3-32 螺旋压板组合夹紧机构
第五节 常用夹紧机构
四、偏心夹紧机构
图3-33 圆偏心夹紧偏
数控加工工艺
第四节 工件的夹紧 第五节 常用夹紧机构
第四节 工件的夹紧
一、对夹紧机构的基本要求
工件夹紧对夹紧机构的基本要求如下。
（1）夹紧过程平稳。夹紧时不破坏工件在定位时 所占据的正确位置。
（2）夹紧作用可靠。夹紧力既要足以防止工件在 加工中的移动和振动，又要使工件不产生变形。夹紧机 构要有自锁作用，即当原始作用力去除后，工件仍能保 持夹紧状态而不松开，安全可靠。
工件的夹紧
4.自锁条件 5.典型螺旋夹紧机构 (1)单个螺旋夹紧机构 该机构结构简单，如用压紧螺钉或螺母夹紧 工件等。
第二节 基本夹紧机构
表3-7 夹紧元件
第二节 基本夹紧机构
表3-7 夹紧元件
第二节 基本夹紧机构
表3-7 夹紧元件
第二节 基本夹紧机构
表3-7 夹紧元件
第二节 基本夹紧机构
5.升角α的选择
二、螺旋夹紧机构 1.螺旋夹紧机构的特点 2.夹紧力计算
图3-8 螺旋夹紧受力图
第二节 基本夹紧机构
表3-6 螺旋副的当量摩擦半径(单位：mm)
第二节 基本夹紧机构
表3-6 螺表3-6 螺旋副的当量摩擦半径(单位：mm)
第二节 基本夹紧机构
图3-10 手柄类型与力矩的关系
第二节 基本夹紧机构
1)根据定位夹紧方案算出所需夹紧力FWK与夹紧机构的组合形式，求
出螺旋所承受的轴向力F；再根据强度条件，算出外螺纹的公称直径。 2)根据d、F和螺旋端面与工件接触的结构形式，由表3-8中的夹紧力 计算公式计算出手柄上所需的力矩M=FQL。 3)按力矩M的大小，由图3-10所示的手柄类型与力矩的关系，选择手 柄的类型和尺寸。
第一节 夹紧装置的设计
5.减小工件的振动对加工表面粗糙度的影响
1)夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。 2)提高工件和夹具元件的装夹刚度。
图3-3 提高装夹刚度 a)铣床夹具 b)局部的辅助夹紧简图 1、2—浮动夹爪 3—主夹紧压板
第一节 夹紧装置的设计
三、夹紧力的估算
夹紧力有多种计算方法。
表3-1 ~
第一节 夹紧装置的设计
表3-2
第一节 夹紧装置的设计
图3-4 铣削加工时所需夹紧力计算
§3-3 工件的夹紧
§3-3 工件的夹紧一、对夹紧装置的基本要求在机械加工过程中，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。
为此对夹紧装置提出下列基本要求：（1）工件不移动原则夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。
（2）工件不变形原则夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。
（3）夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产类型相适应，在保证生产效率的前提下，其结构力求简单，便于制造和维修。
工艺性能好；（4）夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。
（5）夹紧装置应具有良好的自锁性能同，以保证源动力波动或消失后，仍能保持夹紧状态。
（6）工件不振动原则对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。
二、夹紧力的确定1．夹紧力的方向夹紧力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向等有关。
选择时必须遵守以下准则：（1）夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。
（2）夹紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。
为此，夹紧力Fw的方向最好与切削力F、工件的重力G的方向重合（3）夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向。
由于工件在不同方向上刚度是不等的。
不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。
尤其在夹压薄壁零件时，更需注意使夹紧力的方向指向工件刚性最好的方向。
2．夹紧力的作用点夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。
选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。
夹紧力作用点的选择是达到最佳夹紧状态的首要因素。
合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则：（1）夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点对应，使夹紧力作用在支承上。
工件的夹紧--ppt课件
图 3.1 夹紧装置的组成 1－气缸 2－斜楔 3－滚子 4－压板 5－工件
2、夹紧装置的基本要求 ⑴工件不移动原则； ⑵工件不变形原则； ⑶工件不振动原则； ⑷安全、省力、方便； ⑸自动化、复杂化程度与生产纲领相一致。 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
3.2 设计夹紧装置的基本准则
设计和选用夹紧装置的关键是如何 正确施加夹紧力FW，也就是如何确定 夹紧力的大小、方向、作用点。
1、与夹紧力方向有关的准则
图3.2夹紧力的方向应有助于定位
a)错误，b)正确
图3.3夹紧力应指向主要定位基面
b)、c)错误，d)正确
结论：主要夹紧力方向应尽量 垂直主要定位面。
(2)
有利于减小夹紧力的大小
结论：切削力应尽量传给夹具体
(3) 有利减小工件变形
图3.5
b)较a)好
结论：夹紧力的方向应是工件刚 度较高的方向
2、与夹紧力作用点有关的准则
⑴保证定位稳定可靠：图3.6
b)、 c)正确
d)错误
避免 支承 反力 与夹 紧力 构成 力偶
e)、g)正确
f)、h)错误
结论：夹紧力作用点应落在定位元件 支承范围内
＝(0.5F－0.5G)/f －0.5G－0.5F ＝3.33F－3.33G －0.5G－0.5F ＝2.83F－3.83G ；
d) Fw f =F+G→ Fw =( F+G)/f＝6.67F＋6.67G ； 最大 e) (Fw+F)f=G → Fw = G/f－F＝6.67G－F f) Fw =F+G
w
4、其它准则 ⑴定位的夹紧力先动作，夹紧的夹紧力后动 作如图3.10。
任务2 工件的夹紧
正确的夹紧力的作用点
⑵夹紧力作用点的选择 ②夹紧力应作用在刚度较好部位
所示的薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性 好的凸缘上。当箱体没有凸缘时，可在顶部采取多点夹紧以分散夹紧力， 减少夹紧变形。
FJ FJ FJ
(a) (b) 夹紧力作用点应落在刚性较好部位 a) 不合理 b)合理
25
的左端面，拨叉此处的刚性好，
且夹紧力更靠近加工表面(见图2-1b)。 对着长支承板5的夹紧机构采用构型 压板，可使结构紧凑。
图2-1 拨叉上铣槽夹紧方案分析
拔叉铣槽的装夹方案应如图2-2所示。
装夹时，先 将拨叉放在定位 元件4、7、8上， 再拧紧钩形压板1， 然后使辅助支承5 接触工件后拧紧 螺钉6，最后插上 开口垫圈3和拧紧 螺母2。
FJ
FJ
图2-9
钻孔时夹紧力方向与重力、切削力方向的关系
夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小
FG 2
FG 2
图2-10 夹紧力与重力、切削力的关系
⑵夹紧力作用点的选择
①着力点必须使夹紧力作用在定位元件所形成的限位支承范圈内, 以有助于工件定位。
a)
b)
FG F J
F FJ
G
c)
d)
e)
图2-14 夹紧力的作用点位置不正确 a)——正确的着力点；b)、c)、d)、e)——不正确的着力点
工件的夹紧 紧 固 件
紧固件在夹具系统中所占的比例较大，数量约占一半以上， 主要用于连接夹具系统中的各类元件及紧固被加工工件
工件的夹紧
图2-28
螺旋夹紧机构
图2-29
螺旋钩形压板机构
偏心夹紧机构是指用偏心件直接或间接与其他元件组合来实现
工件在夹具中的夹紧-精品文档
(2) 钻套
确定钻头、铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工中发 生偏斜。结构分为固定式、可换式、快换式和特殊。 1）固定式 钻套导向部分高度尺寸H越大刀具的导向性越好 钻模板较薄时采用有肩钻套。 孔径小、精度要求较高时，H取较大值。 于排屑，钻套下端与被加工工件间应留有适当距离h。 2）可换式 3）快换式 用于工件的一次装夹中，顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或 攻螺纹等多个工步加工时，使用不同孔径的钻套来引导刀具。
采用分析计算法计算夹紧力时，实质上是解静力平衡的问 题：
首先以零件作受力体进行受力分析，受力分析时，一般只 考虑切削力和零件夹紧力； 然后建立静力平衡方程，求出理论夹紧力FL；
最后还要考虑到实际加工过程的动态不稳定性，需要将理 论夹紧力再乘上一个安全系数K，就得出零件加工所需要的 实际夹紧力Fj，即 Fj=KFL （K—安全系数）
（2） 镗套
分为固定式镗套和回转式镗套两类。 1）固定式： 外形尺寸较小，且位置精度较高。缺点是易于磨损，多 用于速度较低的场合。 2）回转式镗套
a）内滚式镗套 镗杆相对于导向滑套回转，并连同导向滑套一起相对于镗 套移动。镗套精度较好，但尺寸较大，因此多用于后导向。 b）外滚式镗套 镗刀杆与镗套间只有相对移动而无相对转动。镗套尺寸 较小，应用较多。镗速高。
第三节 工件在夹具中的加紧
1.夹紧装置的组成及要求
组 动力装置 （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。
(３)夹紧力大小的确定原则
夹紧力的大小主要影响零件定位的可靠性、零件的夹紧变 形以及夹紧装置的结构尺寸和复杂性。因此，夹紧力的大小 应当适中。 （1）辅助(定位)夹紧力的大小一般以能保证零件可靠 定位即可。 （2）附加夹紧力应能保证零件局部刚性、避免加紧变 形为基本原则。
工件的夹紧
2.夹紧力的作用点
图1-58
夹紧力作用点应在刚性较好部位
2)夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位。 3)夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变 形，提高定位的稳定性和可靠性。
径向夹紧
轴向夹紧
2.夹紧力的作用点
图1-59
夹紧力作用点应靠近加工表面 1—工件 2—刀具
3、夹紧力大小的确定
锤击夹紧和松开工件，原理是楔紧作用
当要求机构既能自锁，又有较大的夹紧行程时，可采用双 斜面斜楔。
大斜角的一段使滑柱迅速上升，小斜角的一段确保自锁。
⑴夹紧力Fw计算： FQ—夹紧作用力；α—斜楔升角； φ 1、 φ 2摩擦角
图3.13
夹紧力的计算 ∑F（X）=0 → Q=F1+Rx F1=wtgφ1 Rx=wtg(α+φ2) Q=wtgφ1+wtg(α+φ2)
(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
(5) 波纹套定心夹紧机构
图3.38 波纹套定心心轴 1螺母；2波纹套；3垫圈；4工件；5支承圈
(6) 液性塑料定心夹紧机构
图3.39液性塑料定心夹紧机构 1夹具体；2簿壁套筒；3液性塑料； 4滑柱；5螺钉；6限位螺钉
结构简单，操作方便，动作迅速； 自锁性能比较差，增力比较小；常 用于切削平稳而切削力不大的场合。
1垫板
偏心压板夹紧机构 2手柄 3偏心轮 4轴
5压板
偏心轮楔块夹紧机构
圆偏心夹紧机构1
圆偏心夹紧机构2
3.偏心夹紧机构
图 偏心夹紧机构
3.5 定心夹紧机构
定位和夹紧同时实现的夹紧机构。 工作原理：利用“定位—夹紧”元件的等速移 动或均匀弹性变形来实现定心或对中。
工件的夹紧
夹紧力的分析计算 在原始力F 在原始力 的作用 偏心轮转动时， 下，偏心轮转动时，相 当于在夹紧点P 当于在夹紧点 处的斜 楔施加了一个力， 楔施加了一个力，所产 生的夹紧力由斜楔夹紧 力公式可求得： 力公式可求得：
F—原动力； W—夹紧力； L—手柄长度； 原动力； 夹紧力； 手柄长度； 原动力 夹紧力 手柄长度 φ1—偏心轮与工件（或压板）间的摩擦角； 偏心轮与工件（ 偏心轮与工件 或压板）间的摩擦角； φ2—偏心轮与转轴间的摩擦角； 偏心轮与转轴间的摩擦角； 偏心轮与转轴间的摩擦角 r—偏心轮转动中心至夹紧点间的距离； 偏心轮转动中心至夹紧点间的距离； 偏心轮转动中心至夹紧点间的距离
圆偏心机构的结构特点 结构简单，操作方便； 结构简单，操作方便； 行程小，夹紧迅速； 行程小，夹紧迅速； 增力比不大（一般约为10 10）； 增力比不大（一般约为10）； 自锁性不稳定，自锁条件为： 自锁性不稳定，自锁条件为： αx max≤φ1＋φ2 ； 一般用于切削负荷小，无振动的场合； 一般用于切削负荷小，无振动的场合；
错 误
正 确
夹紧力的作用点应使工件在加工过程中受切削 力的影响尽量小； 力的影响尽量小； 夹紧力作 用点应尽可能 靠近被加工表 面，必要时应 在工件刚度差 的部位增加辅 助支承并施加 夹紧力， 夹紧力，以减 少切削力的影 响。
用辅助支承承受夹紧力
2.确定夹紧力的方向 2.确定夹紧力的方向
夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面； 夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面；
3.圆偏心夹紧机构 3.圆偏心夹紧机构
工作原理 偏心圆的几何 中心O 中心 1与其回转中 不在一点， 心O2不在一点，偏 心距为e,偏心圆直径 心距为 偏心圆直径 D1。以半径 0＝R－e，圆心为偏心圆的回转中心 。 半径r － ， 可画一个圆，称为基圆。 可画一个圆，称为基圆。偏心圆相当于基圆与两 个弧形楔组成。 个弧形楔组成。 偏心圆夹紧实际上与斜楔夹紧类似， 偏心圆夹紧实际上与斜楔夹紧类似，只是弧形楔 的升角α 随工作转角γ的变化而不断变化 的变化而不断变化。 γ 的升角 x随工作转角 的变化而不断变化。 的变化范围是0° 值最大， 的变化范围是 °～180°，γ＝90°时，α值最大， ° ＝ ° 值最大 为 αx max＝arcsin(e/R)。 。
第三十四讲 工件在夹具中的夹紧
第三十四讲工件在夹具中的夹紧一、夹紧装置的组成和要求1．夹紧装置的组成工件在夹具中正确定位后，由夹紧装置将工件夹紧。
夹紧装置的组成有：1〕动力装置：产生夹紧动力的装置。
2〕夹紧元件：直接用于夹紧工件的元件。
3〕中间传力机构：将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。
图34－1 夹紧装置的组成1－气缸2－斜楔3－滚子4－压板在有些夹具中，夹紧元件〔例如图34－1中的压板4〕往往就是中间传力机构的一局部，难以区分，统称为夹紧机构。
2．对夹紧装置的要求1〕夹紧过程不得破坏工件在夹具中占有的定位位置。
2〕夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件外表或使工件产生过大的夹紧变形。
3〕操作平安、省力。
4〕结构应尽量简单，便于制造，便于维修。
二、夹紧力确实定1．夹紧力作用点的选择1〕夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的支承面内2〕夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位3〕夹紧力作用点应尽量靠近加工外表，使夹紧稳固可靠图34－2夹紧力作用点的选择1－定位元件2－工件图34－3夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位图34－4 夹紧力的作用点应位于靠近加工外表1－压盖2－基座2．夹紧力作用方向的选择1〕夹紧力的作用方向应垂直于工件的主要定位基面2〕夹紧力的作用方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件的夹紧变形3〕夹紧力作用方向应尽量与工件的切削力、重力等的作用方向一致，这样可以减小夹紧力。
图34－5 夹紧力应垂直于主要定位基面图34－6 夹紧力应与工件刚度最大方向一致3．夹紧力的估算设计夹具，估算夹紧力是一件十分重要的工作。
夹紧力过大会增大工件的夹紧变形，还会无谓地增大夹紧装置，造成浪费；夹紧力过小工件夹不紧，加工中工件的定位位置将被破坏，而且容易引发平安事故。
在确定夹紧力时，可将夹具和工件看成一个整体，将作用在工件上的切削力、夹紧力、重力和惯性力等，根据静力平衡原理列出静力平衡方程式，即可求得夹紧力。