工件的夹紧

机械制造基础——第8章本章目的•学会正确确定夹紧力的大小、方向、作用点•知道常见夹紧机构的种类、特点、应用场合与设计要点本次课目的•能正确确定夹紧力的方向、作用点和大小•重点：方向、作用点的确定1.夹紧装置的组成和基本要求工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置夹紧装置的组成动力源装置产生夹紧作用力的装置传力机构直接与工件接触完成夹紧作用的元件夹紧元件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。作用夹紧装置的组成设计夹具应考虑的问题夹紧力传力方式夹紧机构大小、方向、作用点手动、液力、电力等增力、快速、机动等夹紧装置的设计原则工件不移动原则夹紧过程中，应不改变定位后所占据的正确位置工件不变形原则夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件产生加工精度不允许的变形工件不振动原则对刚性差的工件，或进行断续切削，提高支承零件和夹紧零件的刚性，避免工件和夹紧系统的振动安全可靠原则夹紧传力机构夹紧行程应足够，操作方便、安全，劳动强度低，生产效率高经济实用原则夹紧装置的自动化和复杂程度与生产纲领相适应，有良好的工艺性和经济性2、夹紧力的确定夹紧力方向的确定应指向各定位元件，尽可能垂直于主定位基准，在工件刚度最大方向上将工件夹紧有助于定位，不破坏其准确性和可靠性应考虑接触面积的影响，使工件变形尽可能小应使夹紧力尽可能小，减轻劳动强度、提高生产效率1）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小3）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小夹紧力作用点的选择夹紧力作用点是指夹紧元件与工件接触的一小块面积应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内应选在工件刚性较好的部位应尽可能靠近被加工表面，以减少切削力翻转力矩的影响，减少振动1）夹紧力应作用在刚度较好部位2）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面夹紧力作用点的选择1－夹具体2－工件3－定位支承夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件形成的支承面内夹紧力作用点的选择1－夹具体2－工件3－定位支承现场讨论指出以下夹紧方案的不妥之处并提出改进意见夹紧力大小的确定要足够防止加工时松动使工件受压变形小，刚性差的工件应均匀加压机动夹紧时应计算夹紧力的大小，以理论夹紧力乘以安全系数K粗加工取K＝2.5~3精加工取K＝1.5~2夹紧力三要素的确定，是一个综合性问题，必须考虑工件的结构特点、加工工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素2、夹紧力大小的估算假设：切削过程平稳，切削力大小恒定；系统为绝对刚性忽略：只考虑切削力和切削力矩的影响，只考虑最危险的状况分析：在切削力和切削力矩的作用下，工件的运动趋势如何？夹紧力如何去平衡？计算：列出平衡方程式，解出所需夹紧力的理论值FJ理A已知：在φ40轴端钻孔φ10，vc=28m/minf=0.15mm/r，工件材料：45,（σb=600MPa）•1、计算钻孔扭矩•M=6.4N•m=6400N•mm•在M的作用下，工件有转动的趋势•靠夹紧力产生的摩擦力矩与之平衡以工件为受力体进行分析FfFfFfFf4FfR=M----①4NμR=M----②列出平衡方程式：2、以上V形块为受力体进行受力分析列出静力平衡方程式：2Nsin（α/2）=WK解方程，得代入式②，得）（2/sin2KWNNRMW1131201.0245sin64002)2/sinK（NNWK3、取安全系数2.5，得所需的夹紧力=2828N•增加辅助支承和辅助夹紧点高支座镗孔辅助夹紧减小夹紧变形的措施•分散着力点分散着力点薄壁套的夹紧变形及改善•利用对称变形•增加压紧件接触面积采用浮动压块和垫环减少工件夹紧变形对于极薄特形工件，可采用冻结式夹具：将工件定位于一随行的型腔里，然后浇灌低熔点金属，待其固结后一起加工；加工完成后，再加热熔解取出工件（低熔点金属的浇灌及熔解分离，都是在生产线上进行的）•其他措施3、基本夹紧机构本节目的1、知道常见的夹紧机构种类、工作原理；2、知道基本夹紧机构的工作特性：增力比、夹紧行程和自锁条件；3、知道基本夹紧机构的设计要点，会进行必要的设计计算；4、知道各种夹紧机构的特点和应用场合。斜楔夹紧机构增力比：QJFFi夹紧行程h=Stanα工作原理利用楔块的斜面将楔块的推力转变为夹紧力，从而夹紧工件自锁条件：α≤φ1+φ2夹紧力的大小）（21tantanQJFF斜楔受力分析夹紧时的受力状态以斜楔为研究对象，夹紧时根据静力平衡原理，有FQ=F1+FRXF1=FJtanΦ1FRX=FJtan(α＋Φ2)FJ=FQ/[tanΦ1＋tan(α＋Φ2)]设Φ1=Φ2=Φ，当α≤10°，可用下式近似计算FJ=FQ/(tanα＋2Φ)夹紧力FQ去除，斜楔受到F1、FRX作用，要能自锁，必须满足下式F1＞FRXF1=FJtanΦ1FRX=FJtan(α－Φ2)tanΦ1＞tan(α－Φ2)即Φ1＞(α－Φ2)或α＜Φ1＋Φ2一般Φ1=Φ2=Φ=5～7°，故当α＜10～14°时自锁，一般取α=6～8°自锁条件分析：夹紧后的受力状态选取斜角α设计要点楔块夹紧工件后应能自锁，α≤φ1+φ2为自锁条件一般钢铁的摩擦系数为0.1~0.15，取φ1=φ2=5.7~8.5°，故α≤11~17°为了安全可靠，取α=6~8°机动夹紧：α取大些（10°~14°）不需自锁：α取30°斜楔夹紧机构动画1动画2动画3夹持特点结构简单，有增力作用。一般扩力比Q/F≈3楔块夹紧行程小，增大行程会使自锁性能变差操作不便，夹紧和松开均需敲击楔块材料：通常用20钢渗碳，淬硬58~62HRC偏心轮、凸轮、螺钉为楔块的变种又想增力比大且自锁，又想夹紧行程大：双斜角斜楔：α大用于获得大行程，α小用于获得大夹紧力和自锁注意：确保夹紧时处于α小段螺旋夹紧机构工作原理类似楔块夹持特点结构简单，增力大夹紧可靠，能保证自锁夹紧动作慢，适合手动夹紧采用螺旋直接夹紧，或者采用螺旋与其它元件组合实现夹紧工作的机构。统称为螺旋夹紧机构。类似楔块夹紧力的大小螺旋夹紧的构造螺钉、压块、手柄等简单螺旋夹紧机构快速螺旋夹紧机构开口垫圈快卸螺杆旋转快卸螺旋压板夹紧机构螺旋压板夹紧机构设计要点：确定夹紧螺栓的公称直径d偏心夹紧机构工作原理利用转动中心与几何中心偏移的圆盘或轴作为夹紧元件夹持特点结构简单，制造方便夹紧迅速，操作灵活行程小，增力小，自锁能力差适合夹紧力小、振动小的场合一般不直接夹工件利用偏心轮的扩力和自锁性能来实现夹紧作用的机构，称为偏心夹紧机构。偏心轮的工作特性D/e≥14~20能输出的最大夹紧行程hmax=2ehmax自锁条件20~14eD设计要点1、根据夹紧行程要求确定偏心距e最小夹紧行程hmin=δ+Δ∴至少取2eδ+Δδ：工件尺寸公差；Δ：装卸工件预留间隙2、偏心轮直径取D=14e~20e3、手柄长取L=(2~2.5)D4、偏心轮材料：20钢或20Cr；表面渗碳淬火55~60HRC，磨光、发蓝确定偏心量e和偏心轮直径D圆偏心轮的结构形式铰链夹紧机构属增力夹紧机构，机构简单，增力倍数大，一般不自锁。应用：多用于机动夹紧。设计注意：留行程储备角αc≥5°基本类型单臂单作用双臂单作用双臂双作用带导柱无导柱结构图定心夹紧机构在工件定位时，常将工件的定心定位和夹紧结合在一起，这种机构称为定心夹紧机构定心夹紧机构的特点定位和夹紧是同一元件，定位+夹紧同时进行体现定位基准为中心要素能将工件定位基准的误差对称地分布使ΔY=0工作原理•利用工作元件等速趋近工件，使工件定位基面的误差被均分在周围，从而使其中心位置保持不变。分类•利用传动机构实现等速趋近斜面杠杆齿轮齿条特点：夹紧力大，夹紧行程大，定心精度低。利用弹性元件的均匀弹性变形实现等速趋近弹簧筒夹液性塑料弹性膜片特点：夹紧力小，夹紧行程小，定心精度高应用：粗、半精加工应用：半精、精加工螺旋式、偏心式、斜面（锥面）定心夹紧机构利用斜面作用自动定心卡盘利用齿轮齿条利用杠杆作用弹簧夹头的结构鼓膜夹具液性塑料定心夹具弹性定心夹紧机构联动夹紧机构有时需要同时有几个点对工件进行夹紧有时需要同时夹紧几个工件有时除夹紧动作外，还需要松开或固紧辅助支承一个动力源输出多个夹紧点多点夹紧浮动压头浮动夹紧机构（四点双向浮动、平行式多点夹紧、多点浮动）多件多位（联动）夹紧机构夹紧与移动压板联动夹紧与锁紧辅助支承联动夹紧与其他动作联动先定位后夹紧联动机构设计多位夹紧机构应注意的问题夹紧元件必须为浮动、可调节的联动零件，以保证同时均匀夹紧和同时松开夹紧力方向应与定位方式和加工方法相适应应保证每一工件都有足够的夹紧力夹紧元件和传力零件应有足够的刚性，保证传力均匀浮动机构多位夹紧机构的合理设计用液性塑料自动调节夹紧力夹紧机构的设计要求夹紧机构是指能实现以一定的夹紧力夹紧工件选定夹紧点的功能的完整结构主要包括与工件接触的压板、支承件和施力机构对夹紧机构通常有如下要求可浮动可用球面垫圈、球面支承及间隙联接销实现双件联动机构实现相互垂直作用力的联动机构可联动可实现几个方向的夹紧力同时作用或顺序作用顺序作用的联动机构杠杆机构的常见情况几种斜面增力机构可增力常用的有螺旋、杠杆、斜面、铰链及其组合铰链杠杆增力机构可自锁当去掉动力源的作用之后，仍能保持对工件的夹紧状态，称为夹紧机构的自锁常用的自锁机构有螺旋、斜面及偏心机构等夹紧动力源装置夹具的动力源有手动、气压、液压、电动、电磁、弹力、离心力、真空吸力等选择动力源时通常应遵循两条原则经济合理与夹紧机构相适应手动动力源选用手动动力源的夹紧系统一定要具有可靠的自锁性能以及较小的原始作用力多用于螺栓螺母施力机构和偏心施力机构的夹紧系统设计时应选用较大的裕度系数气压夹紧装置传动的组成气动动力源包括三个部分：第一部分为气源，第二部分为控制部分，第三部分为执行部分液压动力源液压夹紧是利用液压油为工作介质来传力的一种装置液压夹紧的传动系统与普通气压系统类似它与气动夹紧比较，具有夹紧力稳定、吸收振动能力强等优点，但结构比较复杂、制造成本高，因此适用于大量生产气液组合动力源气-液组合夹紧的动力源为压缩空气，但要使用特殊的增压器，比气动夹紧装置复杂其工作原理如图所示气-液组合夹紧工作原理电动电磁动力源电动扳手和电磁吸盘都属于硬特性动力源在流水作业线采用电动扳手代替手动，可提高生产效率、减轻劳动强度电磁吸盘主要用于要求夹紧力稳定的精加工夹具中