夹紧与分度对定机构的设计

第3单元夹紧与分度对定机构的设计3.1夹紧机构的组成及设计原则和要点3.2斜楔夹紧机构3.3螺旋夹紧机构3.4凸轮夹紧机构3.5联动夹紧机构3.6定心夹紧机构3.7分度对定机构3.1夹紧机构的组成及设计原则和要点3.1.1夹紧机构的组成工件定位后，将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不变的机构，称为夹紧机构。夹紧机构一般由三个部分组成，即动力源、传力机构和夹紧元件。本书主要讲述手动夹紧机构。1.动力源动力源是产生夹紧作用力的装置，分为手动夹紧力源和机动夹紧力源两大类。手动夹紧的动力源来自人力，即依靠操作者的手工操作施加力量。机动夹紧的力源来自气动、液压、气液联动、电磁、真空等动力施加的力量。2.传力机构3.1夹紧机构的组成及设计原则和要点传力机构是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的装置。传力机构的作用是改变作用力的大小和作用力的方向，并具有使夹紧元件在夹紧状态下保持可靠的自锁性能。传力机构的具体形式有许多种，如斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、铰链夹紧机构、杠杆夹紧机构、定心夹紧机构等。3.夹紧元件夹紧元件是直接与工件接触并完成夹紧作用的执行元件。3.1.2夹紧机构的设计原则夹紧机构在加工过程中的夹紧效果会直接影响工件的加工精度、加工表面质量和生产效率。在夹紧机构的设计中，应遵循以下原则。1.工件要可靠固定3.1夹紧机构的组成及设计原则和要点在夹紧过程中，不能改变工件定位的正确位置。夹紧后，工件不能因加工过程中的各种因素而发生变动。2.工件不发生变形夹紧机构产生的夹紧力大小要适中，既要保证可靠地夹紧，又不要使工件在夹紧过程中发生变形现象。3.工件不产生振动夹紧机构的设计要充分考虑工件的刚性，特别是断续切削的加工，要在可能产生振动的部位尽可能增加辅助支承，并使夹紧部位尽量靠近加工表面。4.保证生产效率夹紧机构的操作要方便、省力、使用性能好。在结构设计上要注意缩短辅助操作时间，提高生产效率。3.1夹紧机构的组成及设计原则和要点5.经济实用在保证可靠安全夹紧的前提下，夹紧装置的设计要便于制造和维护，尽可能地降低制造成本。3.1.3夹紧机构的设计要点设计夹紧机构时，其设计要点在于夹紧力的确定。夹紧力的确定包括夹紧力的方向、夹紧力的作用点和夹紧力的大小三个要素。1.夹紧力的方向(1)夹紧力的方向应利于定位稳定，主夹紧力应垂直并面向主要定位基准。(2)夹紧力的方向应利于避免工件变形，将受力面选在刚性较好的部位。3.1夹紧机构的组成及设计原则和要点(3)夹紧力的方向应利于夹紧操作，尽可能与切削力、重力等各种力的方向重合。2.夹紧力的作用点(1)夹紧力的作用点应放置在定位元件的支承范围内，尽可能使夹紧点与支承点对应。(2)夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位，尽可能地减少工件的变形。(3)夹紧力的作用点应靠近加工表面，尽可能降低加工中的振动现象，提高工件定位的稳定性。3.夹紧力的大小3.1夹紧机构的组成及设计原则和要点夹紧力的大小要适当，在保证夹紧可靠的前提下，尽可能减小夹紧力。从理论上讲，夹紧力的大小应与加工中产生的作用力（或力矩）相平衡。由于夹紧力的大小与工艺系统的刚度、设备环境、夹紧力的传递效率等因素相关，计算起来十分复杂，在实际设计中，通常采用估算法、类比法和试验法来确定。3.2斜楔夹紧机构3.2.1滑动式斜楔夹紧机构1.单面滑动式斜楔夹紧机构单面滑动式斜楔夹紧机构如图3⁃1所示。从图中可以看出，该机构主要的元件为圆柱斜楔、摆动压爪和带有滑道的夹具体。其夹紧过程是，将工件放置在夹具体的钳口处，并与右侧挡口面接触；正向旋转紧固螺钉，推动圆柱斜楔左移，在斜面所产生的作用力下使摆动压爪上端夹紧工件。当反向旋转紧固螺钉时，在弹簧的作用下，使摆动压爪逆时针转动，推动圆柱斜楔右移，工件呈放松状态，即可将工件取下。该机构比较简洁，结构紧凑，操作省力，使用可靠。3.2斜楔夹紧机构图3-1单面滑动式斜楔夹紧机构2.双面滑动式斜楔夹紧机构3.2斜楔夹紧机构双面滑动式斜楔夹紧机构如图3⁃2所示。从图中可以看出，该机构主要的元件为斜楔压块和带有斜面的夹具体。其夹紧过程是，将工件放置在夹具体的底部平面上，并与左侧挡块接触；拧紧螺母使斜楔压块向下移动，产生向下的作用力，将工件夹紧。当松开螺母时，可将斜楔压块右移，工件呈放松状态，即可将工件取下。该机构十分简洁，使用的元件很少，操作方便。图3-2双面滑动式斜楔夹紧机构3.2斜楔夹紧机构3.2.2滚动式斜楔夹紧机构1.单面滚动式斜楔夹紧机构单面滚动式斜楔夹紧机构如图3⁃3所示。从图中可以看出，该机构主要的元件为圆柱斜楔、摆动压爪、滚轮和带有滚道的夹具体。其夹紧过程是，将工件放置在夹具体的钳口处，并与左侧挡口面接触。正向旋转紧固螺钉，推动圆柱斜楔右移；在斜面所产生的作用力下使滚轮转动，并带动摆动压爪逆时针旋转，从而使压爪上端夹紧工件。当反向旋转紧固螺钉时，在重力作用下，摆动压爪顺时针转动，推动圆柱斜楔左移，工件呈放松状态，即可将工件取下。该机构的结构比较紧凑，运动自如，操作十分省力。3.2斜楔夹紧机构图3-3单面滚动式斜楔夹紧机构2.多面滚动式斜楔夹紧机构3.2斜楔夹紧机构图3-4多面滚动式斜楔夹紧机构3.2.3柱塞式斜楔夹紧机构3.2斜楔夹紧机构1.滑动柱塞式斜楔夹紧机构滑动柱塞式斜楔夹紧机构如图3⁃5所示。从图中可以看出，该机构主要的元件为柱塞横楔、拉杆楔、弹簧和带有纵横两个方向滑道的夹具体。其夹紧过程是，将工件放置在定位轴中。正向转动紧固螺母，使柱塞横楔右移；在其斜面所产生的作用力下，使拉杆楔下移，从而通过开口垫圈将工件夹紧。当反向转动紧固螺母时，在弹簧的作用下，使拉杆楔上移，工件呈放松状态，即可将工件取下。该机构将定位元件和夹紧元件组合在一起，结构紧凑，占用空间较小，操作比较方便。3.2斜楔夹紧机构图3-5滑动柱塞式斜楔夹紧机构2.滚动柱塞式斜楔夹紧机构3.2斜楔夹紧机构滚动柱塞式斜楔夹紧机构如图3⁃6所示。从图中可以看出，该机构与滑动柱塞式斜楔夹紧机构基本相同，主要元件只增加了滚轮。其夹紧过程也基本相同，将工件放置在定位轴中。正向转动紧固螺母，使柱塞横楔右移；在其斜面所产生的作用力下，推动滚轮下移，而滚轮又带动拉杆楔下移，再通过开口垫圈将工件夹紧。当反向转动紧固螺母时，在弹簧的作用下，使拉杆楔上移，工件呈放松状态，即可将工件取下。对比滑动柱塞式斜楔夹紧机构，虽然增加了滚轮元件，但体积并未增大多少，结构仍然比较紧凑，且由于采用滚动拉紧方式，操作起来更为省力和灵活。3.2斜楔夹紧机构图3-6滚动柱塞式斜楔夹紧机构3.3螺旋夹紧机构3.3.1直接夹紧式螺旋夹紧机构直接夹紧式是最简单的螺旋夹紧机构形式。其优点是结构简单、使用的元件最少，占用空间小。缺点是螺旋夹紧和松开工件所耗费的时间较长，操作麻烦，通常只在加工批量不大或复杂工件的装夹中使用。直接夹紧式螺旋夹紧机构按其夹紧方式的不同，又可分为压紧式和拉紧式两种结构形式。1.直接压紧式螺旋夹紧机构当定位和夹紧分离时，通常采用直接压紧式螺旋夹紧机构，如图3⁃7所示。该机构的特点是旋紧紧固螺钉，由螺旋斜面产生的向下作用力在螺钉端面处压向工件表面，从而使工件夹紧。当旋松紧固螺钉时，螺钉的下端面与工件表面分离，工件呈放松状态，即可将工件取下。3.3螺旋夹紧机构图3-7直接压紧式螺旋夹紧机构2.直接拉紧式螺旋夹紧机构3.3螺旋夹紧机构当定位和夹紧合为一体时，通常采用直接拉紧式螺旋夹紧机构，如图3⁃8所示。该机构的特点是旋紧紧固螺母，拉动定位轴钉向上移动，在定位轴钉轴肩和垫圈间产生一个夹紧力，使工件夹紧。当旋松紧固螺母时，定位轴钉向下移动（定位轴钉与夹具体之间应用导向键固定住），工件呈放松状态，即可将工件取下。图3-8直接拉紧式螺旋夹紧机构3.3螺旋夹紧机构3.3.2移动压板式螺旋夹紧机构移动压板式螺旋夹紧机构是将压板作为主要夹紧元件，且压板在施力方向上垂直移动。当旋紧螺母（或螺栓）时，由螺旋面产生的力会施加到压板上，使其压紧工件。该机构结构比较简单，夹紧可靠，操作方便，应用十分普遍。移动压板式螺旋夹紧机构按压板受力部位的不同，又可分为支点式和内嵌式两种压板结构形式。1.支点式移动压板螺旋夹紧机构3.3螺旋夹紧机构支点式移动压板螺旋夹紧机构的夹紧力比较大，但占用空间也比较大，其结构如图3⁃9所示。该机构的特点是旋紧螺母，通过垫圈将螺旋斜面产生的作用力传递到压板上。由于支柱顶点限制了压板的向下移动，使压板逆时针转动，并在工件的夹紧点处产生一个向下的压力，从而使工件夹紧。当旋松螺母时，在弹簧的作用下压板顺时针转动，将压板的前端抬起，工件呈放松状态，即可将工件取下。图3-9支点式移动压板螺旋夹紧机构3.3螺旋夹紧机构2.内嵌式移动压板螺旋夹紧机构内嵌式移动压板螺旋夹紧机构占用空间小，结构紧凑，但其夹紧力要小一些，其结构如图3⁃10所示。该机构的特点是旋紧螺母时，由螺旋斜面所产生的作用力直接压向压板，并在工件的夹紧点处将工件夹紧。当旋松螺母时，在弹簧的作用下使压板抬起，工件呈放松状态，即可将工件取下。图3-10内嵌式移动压板螺旋夹紧机构3.3螺旋夹紧机构3.3.3铰链压板式螺旋夹紧机构铰链压板式螺旋夹紧机构也是将压板作为主要夹紧元件，但对压板的施加力是一个以铰链中心为旋转点的力矩。当旋紧螺母（或螺栓）时，由螺旋面产生的力矩会使压板与工件的接触点生成切线力，从而使工件夹紧。此类夹紧机构的具体形式多种多样，夹紧可靠，应用灵活。虽然其结构相对复杂，占用空间较大，但却能适应各种复杂工件的加工需要，因而应用更为普遍。下面介绍四种比较典型的铰链压板螺旋夹紧机构，分别是遮盖式铰链压板螺旋夹紧机构、杠杆式铰链压板螺旋夹紧机构、翻转式铰链压板夹紧机构和联动式铰链压板螺旋夹紧机构。1.遮盖式铰链压板螺旋夹紧机构3.3螺旋夹紧机构遮盖式铰链压板螺旋夹紧机构的夹紧力较大，能够承受强力切削的作用力，有效地减轻加工过程可能产生的振动，且装夹牢固可靠。但因其装夹操作比较费时、费力，且结构占用的空间较大，只适合大型工件、切削力较大、定位精度要求不是很高的加工场合。遮盖式铰链压板螺旋夹紧机构如图3⁃11所示。图3-11遮盖式铰链压板螺旋夹紧机构3.3螺旋夹紧机构2.杠杆式铰链压板螺旋夹紧机构杠杆式铰链压板螺旋夹紧机构的结构简单、紧凑，操作灵活，但其夹紧力受到一定限制，只适合于小型工件的装夹。杠杆式铰链压板螺旋夹紧机构如图3⁃12所示。图3-12杠杆式铰链压板螺旋夹紧机构3.3螺旋夹紧机构3.翻转式铰链压板螺旋夹紧机构翻转式铰链压板螺旋夹紧机构的结构紧凑、体积较小，夹紧力适中，装卸工件比较方便，在夹具设计中应用的比较普遍。翻转式铰链压板螺旋夹紧机构如图3⁃13所示。图3-13翻转式铰链压板螺旋夹紧机构3.3螺旋夹紧机构4.联动式铰链压板螺旋夹紧机构联动式铰链压板螺旋夹紧机构中装有两个压板，可以同时完成对工件垂直和水平两个方向的夹紧。由于具有同时实现两个方向的夹紧功能，且操作非常方便，比较适合大批量工件的加工要求。但因其结构所占空间较大，夹紧部位有限，只适用于体积不大的小型工件的加工。联动式铰链压板螺旋夹紧机构如图3⁃14所示。图3-14联动式铰链压板螺旋夹紧机构3.3螺旋夹紧机构3.3.4可拆卸压板式螺旋夹紧机构可拆卸压板式螺旋夹紧机构的最大特点是压板设计成可拆卸的形式，在夹紧方式和工作原理上与直接夹紧式螺旋夹紧机构并没有什么不同。将机构中的压板设计成可拆卸形式，主要是方便工件在夹具中的装夹和拆卸。对比直接夹紧式螺旋夹紧机构，在工件的装夹操作中更为快捷、省时。有时对特殊的工件而言，因其结构的限制必须设计成可拆卸的压板形式。可拆卸压板螺旋夹紧机构有很多不同的结构形式，这里只介绍两种形式的可拆卸压板式螺旋夹紧机构，即直拆式压板螺旋夹紧机构和旋拆式压板螺旋夹紧机构。1.直拆式压板螺旋夹紧机构3.3螺旋夹紧机构直拆式压板螺旋夹紧机构的结构简单，操作比较方便，如图3⁃15所示。图3-15直拆式压板螺旋夹紧机构2.旋拆式压板螺旋夹紧机构3.3螺旋夹紧机构旋拆式压板螺旋夹紧机构占用空间较小，操作也很方便，但