清华大学-机械制造工程学_第5章S2

夹紧力的作用点5
（3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工面，以增加夹紧 的可靠性，防止和减小工件的振动。 工件的形状特殊，加工 面离夹紧力 Q ， 的作用 点甚远，这时需增添辅 助支承，并附加夹紧力 Q2以提高工件夹紧后的 刚度。
夹紧力的方向1
（1）夹紧力的方向应朝向工件的主要定位基准，以保 证工件与定位元件可靠地接触。 图示为工件在支架 上镗孔的简图。 被加工孔与端面 A 有一定 的垂直度要求。若夹紧力 垂直作用于主要定位基准 A 面，则定位稳定可靠， 容易保证孔与端面 A 的垂 直度要求；
对夹紧装置的基本要求
通常情况下，对夹紧装置有以下要求： （ 1 ）夹得稳。在夹紧过程中不破坏工件在定位时所 确定的正确位置。 （ 2 ）夹得好。夹紧应可靠和适当。既要使工件在加 工过程中不产生移动或振动，又要不使工件产生变 形和表面损伤。 （ 3 ）夹得快。夹紧机构应操作安全、迅速、方便、 省力，自动化程度应与工件的生产纲领相适应。
斜楔夹紧机构1
图 （ a ） 为 与 螺 纹 夹 紧 机 构 联 合 使 用 的实 例。
斜楔夹紧机构2
图（b）为用于气动夹具的实例。 斜块夹紧也常用在自动定心夹紧机构中。
斜楔夹紧机构3
图（c）为用于液 压夹具的实例。 斜块夹紧也常用 在自动定心夹紧 机构中。
增力比的确定
（1）图（a）为最简单的斜楔夹紧机构。 夹紧时以P力作用于 斜块的大端。P力可 以由人力产生，但最 常见的是气缸或油缸 产生的推力。
例2 铣削工件的平面2
心轴水平放置时，工件内孔与 心轴上母线单边接触，如图 示。若内孔最大（ D ＋ δD ）， 轴最小（ d-δd ）， 定位基准 O 在最下面，定位基准到定位元 件 O1 的距离最大。其最大变动 量：
例2 铣削工件的平面3
由于心轴水平放置，最小配合 间隙总是出现在心轴的下方， 此时，对一批工件而言，X是一 个大小和方向固定不变的常 量。 此时的定位误差： 加工前调整刀具时，可以消除X
夹紧力的作用点2
图（b）是合理的 夹紧力的作用点应落 在支承元件上
夹紧力的作用点3
（ 2 ）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位 上。 图 a 中的夹紧力的作用点 位于工件刚性较差的部位 上，会使工件变形。
夹紧力的作用点4
图（b）所示，将夹紧力 的作用点设在工件的两 侧，避免了工件的变 形，也使得夹紧较为可 靠。 夹紧力作用点应落在工 件刚性较好的部位上
夹紧力三要素的确定
设计夹紧装置时，首先要合理选择夹紧点、夹紧力 作用方向，正确确定所需夹紧力的大小，然后设计 合适的夹紧机构予以保证。
1. 夹紧力的作用点 2. 夹紧力的方向 3. 夹紧力的大小
夹紧力的作用点
（1）夹紧力的作用点应落在支承元件上或几个支承 元件所形成的平面内。 图（ a ） 所示，夹紧 力Q作用在支承平 面外，会使工件倾 斜或变形。。
增力比的确定4
设 Q 和 F2 的合力为 Q' ， R 和F的合力为R’; φ1 为夹具体与斜块之间 的摩擦角; φ2 为工件与斜块之间的 摩擦角。 夹紧时， P 、 Q' 和 R' 三力 平衡。三力构成如图 （ b ） 所示的 ΔABC ， 由
增力比的确定5
因为：
所以：
夹紧力（设α为斜块的升角。 ）
铣削工件的凹槽－定位误差计算
求尺寸H的定位误差： 因为工件的工序基准与 定位基准（K1）重合， 所以：
K1相对于定位元件不可能有位移，故： 所
铣削工件的凹槽－定位误差计算2
求尺寸B的定位误差： 因为工序基准与定位 基准重合，所以基准 不重合误差为零。 K1与K2面之间存在垂 直度误差 ±Δα ， 需考虑其带来的基准位移误差。 如图所示： 定 位 误 差：
先求12±0.1（mm）的定位误差： 该尺寸的工序基准为工件中心O，定位时，O点 相对于定位元件在上下方 向有变动，但它与工序尺 寸的方向垂直， O 点在工 序尺寸方向上无变动，故
铣槽工序尺寸计算4
再求4.3＋0.05（mm）的定位误差： 工序基准O点在上下方向上的最大变动量为： 将工序基准 O点在上下 方向的最大变动量 Δd' 折算到工序尺寸方向， 即为该尺寸的定位误差 在△AOB中有：
对夹紧装置的基本要求
1.夹紧装置 加工过程中要对工件夹紧 ， 以防止工件在加工过 程中因受到切削力、惯性力以及重力等外力的作 用而发生移动。 夹紧装置是夹具的重要组成部分，它一般可分为 动力装置和夹紧机构两个部分。
夹紧装置
（1）动力装置：产生夹紧力的动力源（原始作用力） 机动夹紧 ： 原始作用力来自气动、液压和电力等动 力源的夹紧； 手动夹紧：原始作用力来自人力的。 （2）夹紧机构：将原始作用力转化为夹紧力，实现夹 紧动作和夹紧效果的机构。
常用典型夹紧机构
1.斜楔夹紧机构 2.螺旋夹紧机构 3.偏心夹紧机构 4.铰链夹紧机构 5.多件夹紧机构
1.斜楔夹紧机构
机床夹具所使用的夹紧机构绝大多数都是利用斜面 楔紧作用的原理来夹紧工件的。 其中最基本的形式就是直接利用有斜面的斜块来夹 紧工件。螺钉、偏心轮等都是斜块的变形。 图所示为几种斜楔夹紧机构；
加工误差不等式
为了得到合格的产品，必须使上述各项加工误差之 总和等于或小于规定的工件的相应公差δ，即：
通常，初步计算时，可粗略地按三项误差平均分 配，各不超过公差的三分之一来考虑。 一般，在考虑单项误差△d时，可用以下不等式判别 是否满足加工精度的要求：
工件的夹紧
5.7.1对夹紧装置的基本要求 5.7.2夹紧力三要素的确定 5.7.3常用典型夹紧机构 5.7.4夹具的动力装置
增力比的确定6
夹紧机构所能产生的夹紧力Q与原始作用力P之比， 称为夹紧机构的增力比，用iQ表示，故增力比：
iQ越大，表示产生同样大小的夹 紧力所需要的原始作用力越 小。即夹紧机构的机械效益越 高。 增力比iQ是衡量夹紧机构性能的
增力比的确定7
对于斜楔夹紧机构
自锁条件1
当用人力作为动力源来夹紧工 件时，原始作用力P不可能在加 工工件时始终作用在斜块上， 而 是 一 旦 夹 紧 工 件 ， P 力就撤 去。 要求机构在失去原始作用力P 后，斜块仍能保持对工件的夹 紧。称其为对夹紧机构的自锁
例2 铣削工件的平面
工件以内孔中心 O 为定位基准，套在心轴中心 O1 + D D0 δ 径 上 ， 加 工 上 平 面 ， 保 证 A±δA 。 工 件 孔 为
0 ， 心轴直径为 d −δ d
，孔和轴的最小配合间
隙为X（最小孔径减最大轴径）。
例2 铣削工件的平面
求：（1）定位心轴水平放置时的定位误差； （2）定位心轴垂直放置时的定位误差。 【解】（1）定位心轴水平放置时，因定位基准与工序 基准重合，故基准不重合误差为零．即 △jb＝0
也可按定位误差的定义进行分析，直接找出工序基 准沿工序尺寸方向上的两个极端位置，求出最大变 动量。 无论用何方法，结论应该是相同的。
定位误差的计算举例
例1. 铣削工件的凹槽 例2 铣削工件的平面 例3 圆柱体上钻直径小孔
n
例4 圆柱体上铣槽工序尺寸
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例1.铣削工件的凹槽
调整法加工。要求保证尺 寸b、H和B。求定位误 差。 【 解 】 尺寸 b 的加工精度是 由铣刀厚度直接保证的， 与定位无关。 尺寸H和B是靠铣刀与定位元件的正确位置关系保证 的，与工件定位有关。
自锁条件2
设斜楔夹紧机构的自锁条件为： 式中：αo为自锁临界角度。其值 可以在斜块自锁的极限条件下的 受力情况中求得。 图（c）所示，机构在自锁情况下 受力平衡，即合力 Q‘ 和 R’ 的大小 相等，方向相反并在一条直线 上； 此时：
自锁条件3
设： 则: 一般，钢和铁的摩擦系数 f ＝ 0.1 ～ 0.15 。 于 是 ， 摩 擦 角：
图（b）情况所需要的夹紧力最大。 夹紧力的方向不同，所需夹紧力的大小也不同。 在设计夹紧机构、考虑夹紧力方向时，应尽量使所 需夹紧力最小。这样可以简化夹紧机构，节省能源 ，便于操作。
夹紧力的大小
直接影响着工件安装的可靠性。应根据夹紧工件所 需要的夹紧力大小来设计夹紧装置。 按工件在加工时的受力（或力矩）平衡条件列出方 程式求解。可简化计算，即设工艺系统是刚性的， 切削过程稳定，按加工过程中对夹紧最不利的状 态，列出工件受力平衡方程式。 对于中、小型零件，只考虑切削力的影响； 对于大型零件，要考虑切削力和重力的影响； 对于作高速旋转的零件，则还要考虑惯性力的影 响。
夹紧力的方向4
图（b）所示，夹紧力Q与 切削力 P 的方向相反，此 时所需夹紧力的大小为：
式中： K 为安全系数，一 般取K=1.5-2。
夹紧力的方向5
如图（c）所示，夹紧力Q与 切削力 P 的方向相垂直，此 时所需夹紧力的大小为：
式中： K 为安全系数； f1 、 f2为摩擦系数。
夹紧力的方向6
增力比的确定2
在P力作用下，斜块楔 于工件和夹具体之间， 使工件得到夹紧。斜块 所产生的夹紧力Q的大 小，可以根据图（a）所 示的受力情况进行分析 计算。
增力比的确定3
将斜块作为脱离体，脱离 体所受的力有：原始作用 力 P ， 工件的反作用力 Q （大小等于斜块给工件的 夹紧力，方向与夹紧力相 反），夹具体的反作用力 R ， 还有 R 及 Q 产生的摩 擦力F1和F2。
例2 铣削工件的平面4
（ 2 ）当定位心轴垂直放置时， 基准不重合误差仍为零，而工 件的定位基准相对于定位元件 在任意方向都可能发生偏移， 即
工件的定位误差：
例3 圆柱体上钻直径小孔
要求保证孔的位置尺寸A±δA/2； 工件外径为D＋δD，用V形块定位。求定位误差。
例3 圆柱体上钻直径小孔2
工序基准的两个极端位置 分别位于 O1 、 O2 处，变动 方向与工序尺寸方向平 行。长度 O1 O2 是定位误 差。求其值。 设A点为固定参考点，在V 形块与工件的切点处作指向圆心的垂线。在 ΔAB2O2 中，
所以 ： 机构自锁条件为：
自锁条件4
为了自锁可靠，一般取 α ＝ 6° ～ 8° 。 可求得增力 比： 斜楔夹紧机构结构简单，增力比较小，夹紧行程 小。 增大升角 α 可加大行程，但自锁性能变差。手动夹 紧和松开时要敲击，用于夹紧力不大的场合。
机械制造工艺
第五章夹具设计基础2
夹具设计基础
5.1 基准 5.2 工件的安装 5.3 夹具概述 5.4 定位原理 5.5 定位方式 5.6 定位误差 5.7 工件的夹紧
定位误差
5.6.1 定位误差的产生 5.6.2 定位误差的计算 5.6.3 保证满足工件加工精度的条件
定位误差的计算
计算定位误差时，可按定位误差的组成计算:
例3 圆柱体上钻直径小孔3
在△AB1O1中，
同理，还可以得出另外两种典型加工的定位误差计 算式。
例3 圆柱体上钻直径小孔4
工件以 V 形块定位，被加工 小孔位置的工序基准为上母 线，则 ：
例3 圆柱体上钻直径小孔5
工件以V形块定位，被加工 小 孔 位 置 的 工 序 基准为下 母线，则：
工件以V形块定位时，定位误差的大小与工序基准的 位置和V形块的夹角α有关。
夹紧力的方向2
若夹紧力朝向基准 B 面，则由于受工件 A 面和 B 面垂直度误差 的影响，难以保证加 工要求。
夹紧力的方向3
（ 2 ）夹紧力的方向应利于减小所需要的夹紧力的大 小。 图（ a ） 所示，夹紧力 Q 与切 削力P的方向一致，都指向定 位基准面，这时，为了防止 工件在钻削扭矩的作用下发 生转动，可加较小的夹紧 力。
例4 圆柱体上铣槽工序尺寸
例.在圆柱体上铣槽,求该工序尺寸的定位误差。
铣槽工序尺寸计算2
【 解 】 铣槽工序要保证的尺寸有 12±0.1 （ mm ）， 4.3+0.05（mm）和夹角10° 。 夹 角 10° 完 全 由铣刀上角度 保证，与定位 无关。 其余两个尺寸 与定位有关。
铣槽工序尺寸计算3
铣槽工序尺寸计算5
BO的最大变动量（即工序基准沿工序尺寸方向的 最大变动量Δd）与AO的最大变动量（Δd'）有：
保证满足工件加工精度的条件
1.工件在夹具中加工时加工误差的组成 （1）定位误差Δd： （ 2 ） 对定误差 Δdd ： 指由夹具定位元件与夹具在机 床上的安装基准关系间的误差、夹具在机床上的安 装基准与机床关系间的误差及刀具与夹具定位元件 关系间的误差所引起的加工误差。 （ 3 ）其他加工误差 Δqt ： 除了上述误差以外的所有 其他因素所引起的加工误差。如工艺系统受力变 形、受热变形、磨损等影响所引起的加工误差。