15-3 工件在夾具中的夾緊

1、第三節(jié) 工件在夾具中的夾緊 第十五章 機(jī)床夾具1共52頁一、夾緊裝置的組成和根本要求 1、夾緊裝置的組成 力源裝置：產(chǎn)生夾緊力的裝置 夾緊元件：壓緊工件的元件 中間遞力機(jī)構(gòu)：介于、之間的機(jī)構(gòu)，其作用： 1) 改變夾緊作用力的方向，上例變水平力為垂直力； 2) 改變夾緊作用力的大小，上例斜楔具有增力作用； 3) 保證平安自鎖，上例斜楔具有自鎖性。 2共52頁圖 3.1 夾緊裝置的組成1氣缸 2斜楔 3滾子 4壓板 5工件3共52頁2、夾緊裝置的根本要求工件不移動(dòng)原那么；工件不變形原那么；工件不振動(dòng)原那么；平安、省力、方便；自動(dòng)化、復(fù)雜化程度與生產(chǎn)綱領(lǐng)相一致。 要求(1)主要在粗加工時(shí)考慮，要求(

2、2)、(3)主要在精加工時(shí)考慮 4共52頁二、設(shè)計(jì)夾緊裝置的根本準(zhǔn)那么 設(shè)計(jì)和選用夾緊裝置的關(guān)鍵是如何正確施加夾緊力FW，也就是如何確定夾緊力的大小、方向、作用點(diǎn)。5共52頁1、與夾緊力方向有關(guān)的準(zhǔn)那么 圖3.2夾緊力的方向應(yīng)有助于定位 a)錯(cuò)誤，b)正確 6共52頁1夾緊力作用方向不應(yīng)破壞工件的定位圖3.3夾緊力應(yīng)指向主要定位基面 b)、c)錯(cuò)誤，d)正確 7共52頁鏜孔：加工要求孔中心線垂直A面，因此以A面為主要定位基面，并使夾緊力垂直于A面。假設(shè)使夾緊力指向B面，如圖(b、c)所示，那么由于A與B面間存在垂直度偏差就無法滿足加工要求。當(dāng)夾緊力垂直指向A面有困難而必須指向B面時(shí)，那么必須提

3、高A與B面間的垂直度精度。結(jié)論：夾緊力作用方向不應(yīng)破壞工件的定位。 工件在夾緊力作用下，應(yīng)確保其定位基面緊貼在定位元件的工作外表上。因此，當(dāng)工件用幾個(gè)外表定位時(shí)，在各相應(yīng)方向都應(yīng)施加一定的夾緊力，這對承受較大切削力的大型工件的加工尤其重要。但對工件尺寸較小，切削力不大的情況，往往只需在一個(gè)方向上施加夾緊力，通常夾緊力應(yīng)垂直指向主要定位支承外表。8共52頁(2) 夾緊力作用方向應(yīng)使所需夾緊力盡可能小圖3.4夾緊力方向與夾緊力大小的關(guān)系 FW 夾緊力；F切削力；G工件自重9共52頁a) F、F 、G三力同向，且指向夾具體； Fw 最小b) F=(G+ Fw )f f為摩擦系數(shù) Fw =F/fG；c

4、) F1G1=( Fw+G2+F2)f Fw =(F1G1)/fG2F210共52頁d) Fw f =F+G Fw =( F+G)/fe) (Fw+F)f=G Fw = G/fF f) Fw =F+G 11共52頁12共52頁 圖中，(a)、(b)所示工件安裝既方便又穩(wěn)定，特別是圖(a)，其切削力F與工件重力G均朝向主要支承外表，因而所需夾緊力Fw為最小。在鉆床上的加工多屬這種情況，此時(shí)的夾緊力Fw只要防止加工時(shí)工件轉(zhuǎn)動(dòng)及振動(dòng)即可。 但(c)、(d)、(e)、(f)所示的情況就較差，特別是(d)所示情況所需夾緊力為最大，一般應(yīng)盡量防止。共52頁13結(jié)論： 切削力應(yīng)盡量傳給夾具體 (3) 夾緊力

5、作用方向應(yīng)使工件的夾緊變形盡量小圖3.5 加工薄壁套筒的兩種夾緊方式 14共52頁b)較a)好結(jié)論：夾緊力的方向應(yīng)是工件剛 度較高的方向 15共52頁2、與夾緊力作用點(diǎn)有關(guān)的準(zhǔn)那么 保證定位穩(wěn)定可靠：圖3.6 b)、 c)正確 d)錯(cuò)誤 16共52頁 e)、g)正確 f)、h)錯(cuò)誤 防止支承反力與夾緊力構(gòu)成力偶17共52頁結(jié)論：夾緊力的作用點(diǎn)必須作用在定位元件的支承外表上或作用在幾個(gè)定位元件所形成的穩(wěn)定受力區(qū)域內(nèi)。18共52頁當(dāng)夾緊力作用點(diǎn)無法遵循這一原那么且工件剛性又較差時(shí)，應(yīng)在夾緊力作用點(diǎn)相對應(yīng)的位置上增設(shè)輔助支承以平衡夾緊力，防止工件產(chǎn)生過大的變形。 有利減小變形 a)作用點(diǎn)位于工件剛性

6、較好部位 b)變集中作用為分散作用 19共52頁a) c)正確，b) d) e)錯(cuò)誤 20共52頁共52頁21結(jié)論：夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)作用在工件剛性較好的部位上。 對于薄壁易變形工件應(yīng)采用多點(diǎn)夾緊或使夾緊力均勻分布，以減少工件的夾緊變形。(3) 有利減小振動(dòng) 作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近工件加工部位 c)合理；b) d)不合理。 22共52頁當(dāng)作用點(diǎn)只能遠(yuǎn)離加工面，可增設(shè)輔助支承 圖3.9增設(shè)輔助支承和輔助夾緊力 23共52頁1-工件2-輔助支承3-銑刀共52頁24結(jié)論：夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工外表。 這樣可以減小切削力對夾緊點(diǎn)的作用力矩，從而減小工件加工的振動(dòng)。 對有的工件由于結(jié)構(gòu)形狀所限，加工外表與夾緊

7、力作用點(diǎn)的距離較遠(yuǎn)且剛性又較差時(shí)，應(yīng)在加工外表附近增加輔助支承及對應(yīng)的附加夾緊力。25共52頁3、與夾緊力大小有關(guān)的準(zhǔn)那么 夾緊力過小 夾緊不可靠 工件產(chǎn)生移動(dòng)， 破壞定位夾緊力過大 變形增大 夾緊誤差增大共52頁26夾緊力大小確定理論夾緊力：Fw根據(jù)切削力F(刀具課講) 按靜力平衡求得；實(shí)際夾緊力：Fwk =KFw K為平安系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般粗加工時(shí)取3；精加工時(shí)取1 .5 2 。 在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，夾緊力的大小可根據(jù)同類夾具的實(shí)際使用情況，用類比法進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，也可用分析計(jì)算方法近似估算。分析計(jì)算方法：先求理論夾緊力再求實(shí)際夾緊力。三、根本夾緊機(jī)構(gòu) 27共52頁 夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇是夾緊

8、裝置設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。 首先根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)形狀、加工方法、生產(chǎn)規(guī)模等因素確定夾緊機(jī)構(gòu)的形式，而后再進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。 本節(jié)主要介紹常用的幾種根本夾緊機(jī)構(gòu)斜楔夾緊、螺旋夾緊、定心夾緊等設(shè)計(jì)的根本問題。 1、斜楔夾緊機(jī)構(gòu) 錘擊夾緊和松開工件，原理是楔緊作用 3.12 斜楔夾緊機(jī)構(gòu)1斜楔 2工件 3夾具體28共52頁共52頁29 這種直接應(yīng)用斜楔的手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但由于操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，故在實(shí)際中應(yīng)用并不多。 而用斜楔與其他機(jī)構(gòu)組合的以及用斜楔作為增力機(jī)構(gòu)的夾緊機(jī)構(gòu)在氣動(dòng)夾具中應(yīng)用是很廣泛的。 圖為應(yīng)用斜楔的氣動(dòng)銑床夾具。圓柱形工件1用兩短V形塊2、4及支承釘5定位，工件夾緊那么是由活

9、塞帶動(dòng)斜楔7通過滾子6拉動(dòng)滑柱8經(jīng)壓板3實(shí)現(xiàn)的。共52頁302、螺旋夾緊和螺旋壓板機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單緊湊，通用性好，增力倍數(shù)大，自 鎖性能好，且便于制造，所以在手動(dòng)夾緊裝 置中應(yīng)用最為廣泛。但由于夾緊、松開費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，所以在高效夾具中應(yīng)用較少。共52頁31(1) 單螺旋夾緊結(jié)構(gòu)形式單螺旋夾緊有兩種根本形式，如下圖。其中圖(a)為螺釘夾緊，圖(b)為螺母夾緊。共52頁32為了防止夾緊螺釘旋轉(zhuǎn)時(shí)帶開工件轉(zhuǎn)動(dòng)，或防止工件外表被壓傷及減少夾緊變形等，螺釘足部可裝上浮動(dòng)壓塊。共52頁33為克服螺旋夾緊動(dòng)作慢的缺點(diǎn)，提高夾緊效率，可采用各種快卸措施。螺旋夾緊常采用如下圖的快卸墊圈。圖(b)為帶缺口的轉(zhuǎn)動(dòng)

10、墊圈，只要稍松螺母，即可轉(zhuǎn)開墊圈裝卸工件。圖(a)為開口墊圈，只要稍微松開螺母即可從側(cè)面取下開口墊圈，工件便可通過螺母進(jìn)行裝卸。共52頁34夾緊力的計(jì)算 螺旋可視為繞在圓柱體上的斜楔，從斜楔夾緊力的計(jì)算公式可以直接導(dǎo)出螺旋夾緊力的計(jì)算公式。FW：沿螺旋軸線作用的夾緊力(N)；Q：作用在板手上的力(N)；L：作用力的力臂(mm)；d0：螺紋中徑(mm)； ：螺紋升角()；1 ：螺紋副的當(dāng)量摩擦角()；2 ：螺桿(或螺母)端部與工件(或壓塊)的摩擦角()；r ：螺桿(或螺母)端部與工件(或壓塊)的當(dāng)量摩擦半徑(mm)。共52頁35 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)從手冊中先選定螺紋直徑及搬手長度，然后

11、再進(jìn)行夾緊力的驗(yàn)算。表15-1中列出了各種直徑螺栓所允許的夾緊力和為到達(dá)此夾緊力時(shí)施加在螺母上所需的扭矩。 為了簡化計(jì)算，允許夾緊力是按其所能承受的拉力強(qiáng)度來計(jì)算的。共52頁36表15-1 各種直徑螺栓所允許的夾緊力和為到達(dá)此夾緊力時(shí)施加在螺母上所需的扭矩共52頁37(2) 螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu) 螺旋壓板是單螺旋與杠桿的組合夾緊機(jī)構(gòu)。 它可以增大單螺旋的夾緊力，或改變夾緊力的作用方向，或者是增大夾緊行程。 螺旋壓板在手動(dòng)夾緊中應(yīng)用非常廣泛，常見有如下幾種典型結(jié)構(gòu)。 圖(a)所示為移動(dòng)式螺旋壓板，壓板上開有長圓孔，以便松開工件時(shí)壓板可以后撤，便于裝卸工件。圖(a)是減力的螺旋壓板，它可以增大夾緊行程

12、。共52頁38 圖(b)所示為移動(dòng)式螺旋壓板，壓板上開有長圓孔，以便松開工件時(shí)壓板可以后撤，便于裝卸工件。 圖(b)改變了夾緊力的作用方向，當(dāng)適當(dāng)調(diào)整杠桿的力臂，同樣可以實(shí)現(xiàn)增力或增大夾緊行程的作用。共52頁39 圖(C)所示為鉸鏈壓板，這是一種增力的并可以翻轉(zhuǎn)便于裝卸工件的螺旋壓板。為彌補(bǔ)由于壓板傾斜而造成的與工件接觸不良，應(yīng)在壓板中部裝上浮動(dòng)壓塊。共52頁40 圖(d)所示為回轉(zhuǎn)壓板，它并不起增力或擴(kuò)大夾緊行程的作用，但由于壓板可繞一端支點(diǎn)軸旋轉(zhuǎn)，便于裝卸工件。共52頁413、偏心夾緊機(jī)構(gòu) 偏心夾緊機(jī)構(gòu)靠偏心輪回轉(zhuǎn)時(shí)回轉(zhuǎn)半徑變大而產(chǎn)生夾緊作用，其原理和斜楔工作時(shí)斜面高度由小變大而產(chǎn)生的楔緊

13、作用是一樣的。實(shí)際上，可將偏心輪視為一楔角變化的斜楔。共52頁42圖中所示為三種簡單的偏心夾緊機(jī)構(gòu)。其中圖(a)直接利用偏心輪夾緊工件，圖(b)和圖(c)為偏心壓板夾緊機(jī)構(gòu)。共52頁434、鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu) 鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)是一種增力機(jī)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)簡單，增力倍數(shù)大，摩擦損失小，故在氣動(dòng)夾具中用得較為廣泛。 下頁圖中所示為鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)的五種根本類型，包括： 單臂鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)(型)； 雙臂單向作用的鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)(型)； 雙臂單向作用帶移動(dòng)柱塞的鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)(型)； 雙臂雙向作用的鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)(型)； 雙臂雙向作用帶移動(dòng)柱塞的鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)(形)。共52頁44圖(a)為單臂鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)(型)1- 鉸鏈臂3-

14、氣缸共52頁45圖(b)為雙臂單向作用的鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)(型)，圖(c)為雙臂單向作用帶移動(dòng)柱塞的鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)(型)1- 鉸鏈臂；2- 柱塞；3- 氣缸共52頁46圖(d)為雙臂雙向作用的鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)(型)圖(e)為雙臂雙向作用帶移動(dòng)柱塞的鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)(形)1- 鉸鏈臂；2- 柱塞；3- 氣缸共52頁475、定心夾緊機(jī)構(gòu) 定心夾緊機(jī)構(gòu)是一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)對工件定心定位和夾緊的夾緊機(jī)構(gòu)，即在夾緊過程中，能使工件相對于某一軸線或某一對稱面保持對稱性。 定心夾緊機(jī)構(gòu)按其工作原理可分為兩大類：(1) 以等速移動(dòng)原理工作的定心夾緊機(jī)構(gòu)；(2) 以均勻彈性變形原理工作的定心夾緊機(jī)構(gòu)。共52頁48(1) 以等速移動(dòng)原

15、理工作的定心夾緊機(jī)構(gòu) 擰動(dòng)螺母2時(shí)，由于斜面A、B的作用，使兩組活塊1同時(shí)等距外伸，直到每組3個(gè)活塊均與工件孔壁接觸，使工件得到定心夾緊。反向擰動(dòng)螺母，在彈簧力的作用下，活塊縮回，工件被松開。圖15-38所示為斜楔式定心夾緊心軸。共52頁49圖15-39為一螺旋定心夾緊機(jī)構(gòu)。螺桿3的兩端分別有螺距相等的左、右螺紋，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，通過左、右螺紋帶動(dòng)2個(gè)V形塊1和2同步向中心移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工件的定心夾緊。叉形件7可用來調(diào)整對稱中心的位置。共52頁50(2) 以均勻彈性變形原理工作的定心夾緊機(jī)構(gòu)如：彈簧夾頭、薄膜卡盤、液塑定心夾緊機(jī)構(gòu)、碟形彈簧定心夾緊機(jī)構(gòu)、折紋薄壁套定心夾緊機(jī)構(gòu)等。 圖15-40為一種常用的彈簧夾頭結(jié)構(gòu)。 圖中3為夾緊元件彈簧套筒，它是一個(gè)帶錐面的薄壁彈性套，帶錐面的一端開有三個(gè)或四個(gè)軸向槽。它有三個(gè)根本局部：一是夾爪A；二是包括夾爪在內(nèi)的彈性局部B,稱為簧瓣；三是導(dǎo)向局