夹紧原理与典型的夹紧1

FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology夹紧原理与典型的夹紧机构夹紧―――把工件放置在夹具中，压紧夹牢。夹紧的作用―――保持工件在夹具中由定位所获得的正确加工位置，使工件在加工时不至于由于切削力等外力作用而破坏已取得的正确定位。重要概念：定位与夹紧在夹具设计中是两个非常重要的概念,两者既有紧密联系,缺一不可,但在概念上又有严格区别:定位的作用是确定工件在夹具中相对于刀具处于一个正确的加工位置,而夹紧的作用是保证工件在加工过程中始终保持由定位所确定的正确加工位置,夹紧不能代替定位。FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology夹紧装置的组成及基本要求组成（1）力源装置（2）夹紧元件（3）中间传力机构作用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。基本要求1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置；稳2）夹紧力大小要适当；牢3）夹紧操作要迅速、安全、方便、省力；快4）结构紧凑，易于制造与维修。FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology应考虑的问题：1.夹紧力（三要素：大小、方向、作用点）？2.夹紧机构（增力、快速、机动等）？3.力源装置（手动、气动、液动、电动等）？FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology夹紧力的方向①夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好，保证工件定位准确可靠夹紧力三要素设计原则FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology4A0.02A间隙配合刚性心轴FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology②夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、重力等的方向一致，以减小夹紧力。夹紧力的方向W（夹紧力）F（切削力）G（重力）b)c)图2－34夹紧力的方向对夹紧力大小的影响W（夹紧力）G（重力）F（切削力）d)F（切削力）W（夹紧力）G（重力）W（夹紧力）G（重力）F（切削力）a)ZWGfFGFW图:夹紧力的方向对夹紧力大小的影响fGFW/)(FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology③夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形。由于工件在不同方向上刚性不同，因此对工件在不同方向施加夹紧力时所产生的变形也不同。夹紧力的方向动画FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology①力的作用点的位置应能保持工件的正确定位而不发生位移或偏转。作用点的位置应正对着支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，使夹紧力均匀分布在接触面上。夹紧力的作用点FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology②夹紧力的作用点应位于工件刚性较大处。且作用点应有足够的数目，这样可使工件的变形量最小。夹紧力的作用点FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology③夹紧力的作用点应尽量靠近工件被加工表面。这样可使切削力对该作用点的力矩减小，同时减小工件的振动。若加工面远离夹紧作用点，可增加辅助支承并附加夹紧力以防止工件在加工中产生位置变动、变形或振动。夹紧力的作用点FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology式中：――理论计算的夹紧力；――安全系数，一般取1.5～3.0（粗加工时，K=2.5~3.0;精加工时，K＝1.5～2.0）对工件所施加的夹紧力，要适当。夹紧力过大，会引起工件变形；夹紧力过小，易破坏定位。进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看作一刚性系统，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。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。夹紧力的大小0WKW0WKFundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology常用夹紧机构斜楔夹紧机构偏心夹紧机构定心：位于中心、对中用偏心件直接或间接夹紧工件的机构。螺旋夹紧机构特点：夹紧力小，费时→组合单螺旋夹紧机构螺旋压板夹紧机构特点：动作慢，费时特点：夹紧力可靠，应用广泛定心夹紧机构夹紧机构FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology楔块夹紧装置主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。楔块夹紧常与杠杆、压板、螺旋等组合使用。常用的典型夹紧机构FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology动画动画1FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology0X)tan(tan21QJFF0sin)sin(1122RRQFFF0Y0)cos(cos2211RRFF)cos(cos2211RRJFFF)cos(/cos/2211JRJRFFFF楔块夹紧受力的计算当α↓时，夹紧力↑，自锁性能↑，但水平行程↑，升程↓，操作时间↑。h/s=tanα，故h远小于s；FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology(2)楔块的自锁条件当原始力撤除后，楔块在摩擦力的作用下仍然不会松开工件的现象称为自锁。楔块在力FR1、FR2作用下平衡，此时摩擦力的方向与楔块松开的趋势相反，自锁的条件应该是：21若φ1＝φ2＝φ，f＝0.1～0.15，μ=tgφ,摩擦角φ≈5°45′～8°32′,则α≤11.5°～17°。为安全起见一般取10°～15°或更小些。(3)传力系数夹紧力与原始力之比称传力系数，以iP表示则有：12tantan1QJpFFi摩擦角φ取5～7°，α取8°，一般ip=2.8～3.3FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology特点：•结构简单，有增力作用。一般扩力比≈3。•楔块夹紧行程小，增大行程会使自锁性能变差,(如双斜面楔块）；要能自锁，•操作不便，夹紧和松开均需敲击,夹紧力小，需与机械、汽动、液压机构联动，主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。•楔块材料：通常用20钢渗碳，淬硬58~62HRC•偏心轮、凸轮、螺旋为楔块的变种FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology螺旋夹紧装置是从楔块夹紧装置转化而来的，相当于把楔块绕在圆柱体上，转动螺旋时即可夹紧工件。螺旋夹紧装置标准浮动压块1--夹紧手柄；2--螺纹衬套；3--防转螺钉4--夹具体；5--浮动压块；6--工件FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology螺旋夹紧装置a.移动压板b.转动压板c.翻转压板FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnologyFundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology211tantanrrLFFQJ中工件处于夹紧状态时，根据力的平衡、力矩的平衡可算得夹紧力：式中α——螺旋升角，一般为α=2°～4°；φ1——螺母与螺杆间的摩擦角；φ2——工件与螺杆头部(或压块)间的摩擦角；r中——螺旋中径的一半r1——摩擦力矩计算半径。其数值与螺杆头部或压块的形状有关，螺杆夹紧力计算FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology楔块夹紧装置的自锁条件为α≤11.5°～17°，而螺旋夹紧装置的螺旋升角(a＝2°～4°)很小，故自锁性能好。传力系数为：211tantanrrLip中因为螺旋升角小于楔块升角，而L大于r中和r1，所以螺旋夹紧装置的传力系数远比楔块夹紧装置的大。螺旋夹紧的自锁性能和传力系数FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology特点：(1)夹紧结构简单，夹紧可靠，自锁性能好，在夹具中得到广泛应用；(2)夹紧力比斜楔夹紧力大，增力比大，螺旋夹紧行程不受限制，所以在手动夹紧中应用极广；(3)螺旋夹紧动作慢，辅助时间长，效率低，在实际生产中，螺旋压板组合夹紧比单螺旋夹紧应用更为普遍。(4)通常采用各种形式的快速夹紧机构FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology偏心夹紧装置是将楔块包在圆盘上，旋转圆盘使工件得以夹紧。偏心夹紧装置FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnologymax2arcsinDep圆偏心夹紧原理)sin2arcsin(Dex090圆偏心轮直径为D，几何中心为O1，回转中心为O，偏心距为e，虚线圆为基圆，其直径为D－2e，φ为圆盘转角。FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnologyP点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁，故自锁条件式中：Φ1、Φ2－－材料的摩擦角。αp－－P点压力角自锁条件：D/e≥14～20D/e叫偏心轮的偏心特性，表示偏心轮的工作可靠性。圆偏心夹紧的自锁条件,2arcsinmaxDep21maxp2e/D≤μ(偏心轮与工件的摩擦系数)D/e≥2/μ一般μ=0.1～0.15FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology圆偏心夹紧力计算圆偏心夹紧实际上是斜楔夹紧的一种变形，假设一升角为α的楔块：21tantanLFFQJ圆偏心夹紧的传力系数圆偏心最大升角αp＝8.13°,而螺旋升角为2°～4°,又因在一般情况下ρ＞r中，因此圆偏心夹紧的传力系数远小于螺旋夹紧的传力系数。21tantanLiPFundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology特点：1.夹紧迅速方便；2.夹紧力、行程小；增力比不大，自锁性不稳定；3.用于切削力小、振动小及工件尺寸公差不大的场合。FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology在切削加工中，若工件是以中心线或对称面为工序基准，为使C定＝0，可采用一种保证工件准确定心或对中的装置，使工件的定位和夹紧过程同时完成，而定位元件与夹紧元件合二为一。这种装置称为定心夹紧装置。定心夹紧装置的原理在定心夹紧装置中，利用等速移动或均匀的弹性变形，使定位夹紧元件或工件定位基准的尺寸制造误差均匀分布在工件定位面上，保证工件的中心或对称位置不变。定心夹紧机构FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology定心夹紧机构FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology①定位夹紧元件等速移动的装置。1234567(a)1、2--移动V形块；3--左右螺纹的螺杆；4--紧定螺钉；5--调节螺钉；6--固定螺钉；7--叉座左右螺旋定心夹紧装置斜楔定心夹紧装置QAAA-A321(b)图6.50等速移动式定心夹紧装置(b)1--拉杆；2--滑块；3--斜楔定心夹紧机构定心精度不高夹紧力和夹紧行程较大，常用于粗加工和半精加工FundamentalsofMechanicalManufacturingTechnology②定位夹紧元件均匀弹性变形的装置dh7654321(c)图6