第四章第5节工件的夹紧及夹紧装置 (2)

一般来说，手动夹紧时不必算出夹紧力 的确切值，只有机动夹紧时，才进行夹紧力 计算，以便确定动力部件(如气缸、液压缸直 径等)的尺寸。
典型夹紧机构
夹紧机构是夹紧装置的重要组成部分，因为无论 采用何种动力源装置，都必须通过夹紧机构将原 始力转化为夹紧力。各类机床夹具应用的夹紧机 构多种多样，以下介绍几种常用夹紧机构的典型 结构、工作原理和应用范围。
图3-44 夹紧与移动压板联动机构
(3) 夹紧与辅助支承联动机构。 如图3-45所示，转动螺母3压压板2，夹紧工件 的同时通过锁销4锁紧辅助支承1。 5. 定心夹紧机构
1) 图3-46(a)中工件以外圆定位加工内孔，保证同 轴度。若在套筒中动配合定位，则Δjb=0，Δdb≠0， Δdw=Δdb；若在三爪自动定心卡盘中定位，因三爪 等速向中心的移动，使定位基准没有位移，则 Δdb=0，Δdw=0
三点夹紧 夹紧位置也靠 近工件的外缘， 此处工件 的 刚性也较好
(3) 夹紧力作用点应尽可能靠近加工面。这可减小
切削力对夹紧点的力矩，从而减轻工件振动。图 3-32(a)中，若压板直径过小，则对滚齿时的防振 不利。图3-32(b)中工件形状特殊，加工面距夹紧 力FQ1作用点甚远，这时应增设辅助支承，并附加 夹紧力FQ2，以提高工件夹紧后的刚度。
图3-41 对向式多件联动夹紧机构
(4) 复合式多件联动夹紧机构。 它是将上述多件夹紧机构组合构成的夹紧机构。 图3-42 所示为平行式和对向式组合的复合夹紧机构。
图3—42复合式多件联动夹紧机构
3) (1) 先定位后夹紧联动机构。 如图3-43所示，活塞杆9右移，螺钉10与拨杆1脱开， 在弹簧2的作用下，推杆3上移，因其斜面作用使活塞4右 移推动工件与定位块7接触定位。当活塞杆9继续右移时， 其上斜面作用通过滚子11顶推杆12而顶压板5夹紧工件。
(1) 夹紧时不能破坏工件定位后获得的正确位置；
(2) 夹紧力大小要合适，既要保证工件在加工过 程中不移动、不转动、不振动，又不能使工件产生
(3) 夹紧动作要迅速、可靠，且操作要方便、省
(4) 结构紧凑，易于制造与维修。其自动化程度 及复杂程度应与工件的生产纲领相适应。
3.5.2
设计夹紧机构，首先必须合理确定夹紧力的三
1.
图3-33(a)为斜楔夹紧的钻夹具，以原始作用力将斜楔推入
(1) 有增力作用。升角α
(2) 夹紧行程小。设当斜楔水平移动距离为s时，其垂直方
向的夹紧行程为h。则因h/s=tanα 及tanα≤1
h≤s ，且α越小，
其夹紧行程也越小。
(3) 根据以上特点，斜楔夹紧很少用于手动操作的夹紧装置， 而主要用于机动夹紧且毛坯质量较高的场合。利用斜楔与其
图3-39 多件平行联动夹紧机构
(2) 多件连续夹紧机构。 如图3-40所示，拧紧螺钉对移动V形块依次施压 从而夹紧工件。这种夹紧机构的特点是定位夹紧元件 合二为一；工件直径变化引起工件的移动，不会影响 加工精度，故只能用在工件加工面与夹紧力方向平行 的场合。
图3-40 多件连续夹紧机构
(3) 对向式多件联动夹紧机构。 如图3-41所示，旋转偏心轮6，迫使压板1、4同时 对向夹紧两工件。
的原始夹紧行程增加的倍数等于夹紧力的增力倍
数，即夹紧行程增大多少倍，夹紧力就增加多少
倍。
0.017455 0.052408 0.087489
0.12278 0.15838 0.19438
0.23087 0.26795 0.30573
0.34433
2、选用斜楔夹紧工件时，只要升角 取得合适， 就能实现夹紧机构的自锁。
0.34433
0.087489 0.19438 0.30573
2. 由于螺旋夹紧结构简单，夹紧可靠， 因此在夹具中得到广泛应用。图3-34是最 简单的单螺旋夹紧机构。夹具体上装有螺 母，转动螺杆，通过压块将工件夹紧。螺 母为可换式，以螺钉防止其转动。压块可 避免螺杆头部与工件直接接触，夹紧时带 动工件转动，并造成压痕。螺旋夹紧的扩 力比iP= FQ/FP=80，远比斜楔夹紧力大。 同时螺旋夹紧行程不受限制，所以在手动 夹紧中应用极广。但螺旋夹紧动作慢，辅 助时间长，效率低，为此出现了许多快速 螺旋夹紧机构。在实际生产中，螺旋—压 板组合夹紧比单螺旋夹紧更为普遍。
(1) 夹紧力的作用点应落在 支承元件或几个支承元件形成 的稳定受力区域内。图3-31(a) 中夹紧力作用在支承面范围之 外，工件发生倾斜，因而不合 理；而图3-31(b)则是合理的。
(2) 夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位。如下 图所示，将作用在壳体中部的单点改为在工件外缘处 的两点夹紧，工件的变形大大改善，夹紧也更可靠。 此项原则对刚性差的工件尤为重要。
故斜楔的自锁条件为 1 2
一般钢的摩擦因数 0.1 : 0.15 ，则 1 2 5o : 8o
故 10o : 16o 通常 5o : 7o
Fc tan1 Fc tan 2
摩擦角的正切等于静摩擦因数
tan
0.017455 0.052408 0.12278 0.15838 0.23087 0.26795
若工件夹紧后 Fe,x 力消失，斜楔只受到 Fe2和 Fe1的作 用，其中Fe2 的水平分力Fh2有使斜楔松开的趋势。如 果摩擦力 Ff 1 Fh2 ，就能阻止其松开而自锁，即
Fc tan1 Fc tan 2
因摩擦角1 2 很小，所以
tan 1 1
tan 2 2
（3) 夹紧力作用方向应使工件变形尽可能小。由于工件不 同方向上的刚度不一致，因此不同的受力面也会因其受力面积 不同而变形各异，夹紧薄壁工件时，尤应注意这种情况。如图 －30所示套筒的夹紧，用三爪自定心卡盘夹紧外圆显然要比用
2. 夹紧力作用点的确定 夹紧力作用点的确定对工 件的可靠定位、夹紧后的稳定 和变形有显著影响，选择时应
3. 偏心夹紧机构是由偏心件作为夹紧元件，直接 夹紧或与其他元件组合实现对工件的夹紧。常用的
图3-35是一种常见的偏心轮—压板夹紧机构。 当顺时针转动手柄使偏心轮绕轴转动时， 偏心轮的 圆柱面紧压在垫板上，由于垫板的反作用力，使偏 心轮上移，同时抬起压板右端，而左端下压夹紧工
图3-35 偏心轮—压板夹紧机构
工件的夹紧及夹紧装 置
工件在夹具中的夹紧
工件在定位元件上定位后，必须采用一定的装 置将工件压紧夹牢，使其在加工过程中不会因受切 削力、惯性力或离心力等作用力而发生振动或位移， 从而保证加工质量和生产安全， 这种装置称为夹紧 装置。机械加工中所使用的夹具一般都必须有夹紧 装置，在大型工件上钻小孔时，可不单独设计夹紧
由于圆偏心夹紧时的夹紧力小，自锁性能不是 很好，且夹紧行程小，故多用于切削力小，无振动， 工件尺寸公差不大的场合，但是圆偏心夹紧机构是
4. 联动夹紧机构 联动夹紧机构是利用一个原始作用力实现单件
联动夹紧机构的主要形式及其特点如下所述。
1) (1) 单件同向联动夹紧机构。 如图3-36所示，在图3-36(a)中，通过浮动柱2的滑 动协调浮动压头1、3实现对工件的夹紧; 在图3-36(b) 中，通过薄膜气缸9的活塞杆8带动浮动盘7和三个钩 形压板5松、夹工件。
图3-36 单件同向联动夹紧机构
(2) 单件对向联动夹紧机构。 如图3-37所示，当液压缸中的活塞杆向下移动 时，通过双臂铰链使两浮动压板绕铰链相对转动而
图3-37 单件对向联动夹紧机构
(3) 单件互垂力或斜交力联动夹紧机构。 如图3-38所示，在图3-38(a)中，拧紧螺母4，使 之对铰链压板施压，从而使摇臂2转动带动摆动压块 1、3实现相互垂直两个方向四点联动夹紧工件；在 图3-38(b)中，通过摆动压块1实现斜交力两点联动夹
3. 夹紧力的大小
夹紧力的大小可根据切削力和工件重力的大小、 方向和相互位置关系具体计算。为安全起见，计算 出的夹紧力应乘以安全系数K，故实际夹紧力一般比 理论计算值大2～3倍。
进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看做一 刚性系统，以简化计算。根据工件在切削力、夹紧 力(重型工件要考虑重力，高速时要考虑惯性力)作用 下处于静力平衡，列出静力平衡方程式，即可算出
图3-43 先定位后夹紧联动机构
图3-43 先定位后夹紧联动机构
(2) 夹紧与移动压板联动机构。 如图3-44所示，逆时针扳动手柄，先是拨销1拨 动压板2上的螺钉3，使压板左移到夹紧位置，继续 逆时针扳动手柄，偏心轮5顶起压板夹紧工件。松开 时，顺时针扳动手柄，偏心轮5的作用先松开工件， 继而拨销1拨动螺钉4
斜楔夹紧机构受力分析
夹紧力 Fc 是由作用在斜楔上的外力 Fe,x 产生的。
工件对它的反作用力 Fr1 和由此引起的摩 擦力 Ff1 、夹具体对它的反作用力 Fr2 和 由此引起的摩擦力 Ff 2 。
夹紧时，存在如下关系 考虑X方向上的受力平衡
将上述参数代入上式，可得斜楔所产生的夹紧力
由上式得如下结论
图3-38 单件互垂力或斜交力联动夹紧机构
2) (1) 多件平行联动夹紧机构。 如图3-39所示，在图3-39(a)中，由于球面垫圈4和 摆动压块3的作用，拧紧螺母5可实现同时平行夹紧四 个工件。
图3-39 多件平行联动夹紧机构
2) (1) 多件平行联动夹紧机构。 在图3-39(b)中，拧紧螺母5，使铰链压板2转动， 在液性介质8作用下，五个滑柱同时平行夹紧工件。
3.5.1 图3-27为夹紧装置组成示意图。它主要由以下三
部分组成。
1. 力源装置是产生夹紧作用力的装置，所产生的力
称为原始力，其动力可用气动、液动、电动等。图 3-27中的力源装置是气缸。对于手动夹紧来说，力 源来自人力。
2. 中间传力机构
中间传力机构是介于力源和夹紧元件之间传递力的机构， 如图3-27中的杠杆。在传递力的过程中，它能起到如下作用：