夹紧力参考资料

附件1：

3.2.2 夹紧力作用点

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。由于夹紧力作用点的位置和数目直接影响工件定位后的可靠性和夹紧后的变形，应依据以下原则：

1.夹紧力作用点应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内

如图3-6(a)所示，夹紧力作用在支承面范围之外，会使工件倾斜或移动，而如图3-6(b)所示，夹紧力作用在支承面范围之内则是合理的。

(a)不合理(b)合理

图3-6 夹紧力作用点应在支承面内

2.夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位上

如图3-7所示，将作用在壳体中部的单点改成在工件外缘处的两点夹紧，工件的变形大为改善，且夹紧也更可靠。该原则对刚度差的工件尤其重要。

(a)不合理(b)合理

图3-7 夹紧力作用点应在刚性较好部位

3.夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以减小切削力对工件造成的翻转力矩

必要时应在工件刚性差的部位增加辅助支承并施加夹紧力，以免振动和变形。如图3-8所示，支承a尽量靠近被加工表面，同时给予夹紧力Q2。这样翻转力矩小又增加了工件的刚性R，既保证了定位夹紧的可靠性，又减小了振动和变形。

图3-8 夹紧力作用点应靠近加工表面

3.2.3 夹紧力大小

夹紧力的大小主要影响工件定位的可靠性、工件夹紧变形以及夹紧装置的结构尺寸和复杂性，夹紧力大小要适当，过大了会使工件变形，过小了则在加工时工件会松动，造成报废甚至发生事故。

1.夹紧力的大小确定方法

在实际设计中确定夹紧力大小的方法有两种：经验类比法和分析计算法。

经验类比法如手动夹紧时，可凭人力来控制夹紧力的大小，一般不需要算出所需夹紧力的确切数值，只是必要时进行概略的估算。

采用分析计算法，一般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，即可算出理论夹紧力/Q ，再乘以安全系数K ，作为所需的实际夹紧力Q 。

K 的取值范围一般为1.5～3，粗加工时为2.5～3，精加工时为1.5～2。

夹紧力的计算可根据图3-4中的几种情况来进行。现分析其中的三种情况：

1）切削力完全作用在支承上。

这时可不增加夹紧力或增加少量的夹紧力，如在拉削套筒、盘类零件的孔时就可不增加夹紧力。

2）切削力与夹紧力的方向垂直。

夹紧力的情况如图3-4（b ）所示，切削力F 的计算公式为：

()121Gf f f Q F ++= （3-1） 式中，f 1为工件已加工定位面与定位元件之间的摩擦系数，一般取0.10～0.15；f 2为夹紧元件与工件夹紧表面之间的摩擦系数，一般取0.2～0.25。

不计工件重力，并考虑安全系数，则由式（3-1）变形可得夹紧力为：

（3-2） 3）切削力与夹紧力的方向相反。

夹紧力的情况如图3-4（f ）所示：此时需要夹紧力最大为：

G KF Q += （3-3）

2.计算夹紧力的典型实例

1）车削加工时的夹紧力计算

如图3-9所示，工件夹于三爪卡盘上，每爪的夹紧力为Q。车削时，工件所受的切削力F分为F x、F y、F z三个分力。

图3-9 车削时的夹紧力计算

由于工件夹于三爪卡盘上，三个夹紧力Q要克服工件切削时的轴向移动和绕轴线的转

动，轴向移动分力为F x D的截面

F：

处，故根据力矩平衡关系可得直径为D处的力/

Z

则合力F为

则可得工件与卡爪间处夹紧力值：

式中，n为卡爪数；f为工件与卡爪间的摩擦系数。

2）钻削加工时的夹紧力计算

钻孔时产生轴向力和扭矩，轴向力可以帮助夹紧。如图3-10（a）所示为用压板压紧工件时钻孔，考虑最不利的情况，钻削扭矩全部由夹紧力Q克服，这时由力矩平衡关系可得：

KM⋅

=

⋅

Q

f

L

式中，M为钻削扭矩（N·m）。

如图3-10（b）所示为用三爪卡盘夹紧工件时钻孔，这时钻削扭矩和轴向力全部由三个爪的夹紧力承受，由静力学平衡关系可知：

式中，F 为钻削时的轴向力（N ）；D 为需要加工孔的直径（mm ）。

（a ）用压板压紧工件时钻孔 （b ）用三爪卡盘夹紧工件时钻孔

图3-10 钻孔时的夹紧力计算

3）铣削加工时的夹紧力计算

如图3-11所示为在卧式铣床上用圆柱铣刀铣削工件上的一个平面，工件由侧面上的两处进行夹紧。图中表示了一个刀齿正在切削的情况，其径向力F r 和周向力F T 的合力为F 这时合力F 会使工件绕O 点翻转，其力矩为FL ，而阻止它的反力矩是两个夹紧力Q 1、Q 2产生的摩擦力矩。

图3-11 铣削时的夹紧力计算

()()22121211l f f Q l f f Q K L F +++=⋅⋅ 若两处夹紧力相等21F F F ==

()()2121l l f f Q K L F ++=⋅⋅

【小提示】若有几个刀齿同时切削，可逐个刀齿进行计算。由于加工中的切削力随刀具的磨钝、工件材料的性质和余量不均匀等因素而变化，而且切削力的公式是在一定的条件下求得的，使用时虽然根据实际的加工情况给予修正，但是很难计算准确，所以在实际生产中一般很少通过计算的方法求的夹紧力，而是通过类比的方法估算夹紧力大小。对于关键的重要夹具，则往往通过试验的方法测定所需的夹紧力。

夹紧力三要素的确定是一个综合性问题，必须全面考虑工件的结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧机构。