工件夾緊及對定

1、第三章工件的夾緊及對定3-1夾緊裝置的組成及設(shè)計(jì)原則組成夾緊裝置的種類很多，但其結(jié)構(gòu)均由兩部分組成。動力裝置一一產(chǎn)生夾緊力機(jī)械加工過程中，要保證工件不離開定位時占據(jù)的正確位置，就必須有足夠的夾緊力來平衡切削力、慣性力、離心力及重力對工件的影響。夾緊力的來源，一是人力；二是某種動力裝置。常用的動力裝置有：液壓裝置、氣壓裝置、電磁裝置、電動裝置、氣一液聯(lián)動裝置和真空裝置等。夾緊機(jī)構(gòu)傳遞夾緊力要使動力裝置所產(chǎn)生的力或人力正確地作用到工件上，需有適當(dāng)?shù)膫鬟f機(jī)構(gòu)。在工件夾緊過程中起力的傳遞作用的機(jī)構(gòu)，稱為夾緊機(jī)構(gòu)。夾緊機(jī)構(gòu)在傳遞力的過程中，能根據(jù)需要改變力的大小、方向和作用點(diǎn)。手動夾具的夾緊機(jī)構(gòu)還應(yīng)具有

2、良好的自鎖性能，以保證人力的作用停止后，仍能可靠地夾緊工件。圖149液壓夾緊銃床夾具1一壓板2一鉸鏈臂3一活塞桿4一液壓缸5一活塞圖151是液壓夾緊的銑床夾具。其中，液壓缸4、活塞5、活塞桿3等組成了液壓動力裝置，鉸鏈臂2和壓板1等組成了鉸鏈壓板夾緊機(jī)構(gòu)。夾緊裝置的設(shè)計(jì)原則1）夾緊過程中，不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。2）夾緊力的大小適當(dāng)，一批工件的夾緊力要穩(wěn)定不變。既要保證工件在整個加工過程中的位置穩(wěn)定不變，振動小，又要使工件不產(chǎn)生過大的慶緊變形。夾緊力穩(wěn)定可減小夾緊誤差。3）夾緊裝置的復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。工件生產(chǎn)批量愈大，允許設(shè)計(jì)愈復(fù)雜、效率愈高的夾緊裝置。4）工藝性好，使

3、用性好。其結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，便于制造和維修。夾緊裝置的操作應(yīng)當(dāng)方便、安全、省力。夾緊力的確定確定夾緊力的方向、作用點(diǎn)和大小時，要分析工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工要求、切削力和其它外力作用工件的情況，以及定位元件的結(jié)構(gòu)和布置方式。1、夾緊力的方向和作用點(diǎn)的確定1）夾緊力應(yīng)朝向主要限位面。對工件只施加一個夾緊力，或施加幾個方向相同的夾緊力時，夾緊力的方向應(yīng)盡可能朝向主要限位面。如圖I50a所示，工件被鏜的孔與左端面有一定的垂直度要求，因此，b)圖150夾緊力朝向主要限位面工件以孔的左端面與定位元件的A面接觸，限制三個自由度；以底面與B面接觸，限制兩個自由度；夾緊力朝向主要限位面A。這樣做，有利于保證孔與左端

4、面的垂直度要求。如果夾緊力改朝B面，則由于工件左端面與底面的夾角誤差，夾緊時將破壞工件的定位，影響孔與左端面的垂直度要求。再如圖150b所示，夾緊力朝向主要限位面一一V形塊的V形面，使工件的裝夾穩(wěn)定可靠。如果夾緊力改朝B面，則由于工件圓柱面與端面的垂直度誤差，夾緊時，工件的圓柱面可能離開V形塊的V形面。這不僅破壞了定位，影響加工要求，而且加工時工件容易振動。對工件施加幾個方向不同的夾緊力時，朝向主要限位面的夾緊力應(yīng)是主要夾緊力。夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)。如圖151所示，夾緊力的作用點(diǎn)落到了定位元件的支承范圍之外，夾緊時將破壞工件的定位，因而是錯誤的。b)a)圖151夾緊力作用點(diǎn)

5、的位置不正確夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的方向和部位。這一原則對剛性差的工件特別重要。a)b)e)圖I52夾緊力作用點(diǎn)與夾緊變形的關(guān)系如圖I52a所示，薄壁套的軸向剛性比徑向好，用卡爪徑向夾緊，工件變形大，若沿軸向施加夾緊力，變形就會小得多。夾緊圖152b所示薄壁箱體時，夾緊力不應(yīng)作用在箱體的頂面，而應(yīng)作用在剛性好的凸邊上。箱體沒有凸邊時，可如圖I52c那樣，將單u：點(diǎn)夾緊改為三點(diǎn)夾緊，使著力點(diǎn)落在剛性較好的箱壁上，并降低了著力點(diǎn)的壓強(qiáng)，減小了工件的II夾緊變形。rr的作用點(diǎn)距加工表面較遠(yuǎn)，故在靠近加工表面的地方設(shè)置了輔助支承。增加了夾緊力FJ。這樣,丿I4）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)靠近工件的加工表

6、面。如圖153所示，在撥叉上銑槽。由于主要夾緊力件的振動不僅提高了工件的裝夾剛性，還可減少加工時工圖I53夾緊力作用點(diǎn)靠近加工表面2、夾緊力大小的估算加工過程中，工件受到切削力、離心力、慣性力及重力的作用。理論上，夾緊力的作用應(yīng)與上述力（矩）的作用平衡；而實(shí)際上，夾緊力的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機(jī)構(gòu)的傳遞效率等有關(guān)。而且，切削力的大小在加工過程中是變化的，因此，夾緊力的計(jì)算是個很復(fù)雜的問題，只能進(jìn)行粗略的估算。估算時應(yīng)找出對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需的夾緊力。并只考慮主要因素在力系中的影響，略去次要因素在力系中的影響。估算步驟如下：1）建立理論夾緊力Fj理與主要最大切削力Fp的

7、靜平衡方程：2）實(shí)際需要的夾緊力Fj需，應(yīng)考慮安全系數(shù)（見表I8），F(xiàn)j需=KFj理3）校核夾緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的夾緊力Fj是否滿足條件：FjFj需由于是小型工例如，圖I54為銑削加工示意圖，試估算所需的夾緊力件，工件重力略去不計(jì)。因?yàn)閴喊迨腔顒拥?，壓板對工件的摩擦力也略去不?jì)。不設(shè)置止推銷時，對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)是銑刀切入全深、切削力Fp達(dá)到最大時，工件可能沿Fp的方向移動，需用夾緊力Fji、Fj2產(chǎn)生的摩擦力Fi、F2與之平衡，建立靜平衡方程FiF2=FPFiF2=FPFJ1f1FJ2fFP設(shè)FjiJ理則2fFj理二FpFp2f加上安全系數(shù)，每塊壓板需給工件的夾緊力（N）為KFP2f式中Fp最大

8、切削力（N）；Fj每塊壓板的夾緊力（N）f工件與定位元件間的摩擦因數(shù);K安全系數(shù)。圖154，銑削時夾緊力的估算設(shè)置止推銷后，工件不可能斜向移動了，對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)是銑刀切入全深、切削力達(dá)到最大時，工件繞0點(diǎn)轉(zhuǎn)動，形成切削力矩FpL，需用夾緊力Fji、Fj2產(chǎn)生的摩擦力矩FiLi、F2L2與之平衡，建立靜平衡方程如下f1l1+f2l2=fplFjifiLiFj2f?L2二FpLFji=Fj2=Fj理Fj理fLiL2=FpLFj理FpLfLiL2加上安全系數(shù)，每塊壓板需給工件的夾緊力（N）是Fj需FPLKfL1L2(116)式中L切削力作用方向至擋銷的距離；Li、L2兩支承釘至擋銷的距離。安

9、全系數(shù)可按下式計(jì)算K0K1K2K3（117）各種因素的安全系數(shù)見表1&通常情況下K=1.52.5。當(dāng)夾緊力與切削力方向相反時K=2.53。各種典型切削方式所需夾緊力的靜平衡方程式可參看“夾具手冊”。表1-8各種因素的安全系數(shù)考慮因素系數(shù)值K。-基本安全系數(shù)（考慮工件材質(zhì)、余量是否均勻）1.21.5K1-加工性質(zhì)系數(shù)粗加工1.2精加工1.0K2-刀具鈍化系數(shù)1.11.3K3-切削特點(diǎn)系數(shù)連續(xù)切削1.0斷續(xù)切削1.21.8基本夾緊機(jī)構(gòu)夾緊機(jī)構(gòu)的種類雖然很多，但其結(jié)構(gòu)大都以斜楔夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)和偏心夾緊機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，這三種夾緊機(jī)構(gòu)合稱為基本夾緊機(jī)構(gòu)斜楔夾緊機(jī)構(gòu)圖I一55為幾種用斜楔夾緊機(jī)構(gòu)夾緊工

10、件的實(shí)例。、4亠1:圖155斜楔夾緊機(jī)構(gòu)1一夾具體2一斜楔3一工件圖155a是在工件上鉆互相垂直的8mm5mn兩組孔。工件裝入后,錘擊斜楔大頭，夾緊工件。加工完畢后，錘擊斜楔小頭，松開工件。由于用斜楔直接夾緊工件的夾緊力較小，且操作費(fèi)時，所以，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用不多，多數(shù)情況下是將斜楔與其它機(jī)構(gòu)聯(lián)合起來使用。圖I55b是將斜楔與滑柱合成一種夾緊機(jī)構(gòu)，一般用氣壓或液壓驅(qū)動。圖I55c是由端面斜楔與壓板組合而成的夾緊機(jī)構(gòu)。1斜楔的夾緊力圖156a是在外力FQ作用下斜楔的受力情況。建立靜平衡方程式F1Frx=Fq而R二Fjtg|Frx=FjtgC=2)所以Fj:Fq(118)tg1tg(2)式中Fj斜楔

11、對工件的夾緊力(N);-斜楔升角（）;Fq-加在斜楔上的作用力（N）1-斜楔與工件間的摩擦角（);2-斜楔與夾具體間的摩擦角()。設(shè)1:=2=：,當(dāng)：很小時（一10），可用下式作近似計(jì)算Fj=Fqtg(：2:)(119)2斜楔自鎖條件a）b）c圖155斜楔受力分析圖156b是作用力Fq撤去后斜楔的受力情況。從圖中可以看出，要自鎖，必須滿足下式F1Frx因Fl=Fjtg1Frx=Fjtg(：-)代入上式FjtgiFjtgX2)tg1tg(：-:2)由于i、2、：都很小，tg1：1,tg(：-2)，上式可簡化為：-%或:圖159快速螺旋夾緊機(jī)構(gòu)1一夾緊軸2、4、5一手柄3一擺動壓塊由于螺旋可以看作

12、是繞在圓柱體上的斜楔，因此，螺釘（或螺母）夾緊力的計(jì)算與斜楔相似。圖1一60是夾緊狀態(tài)下螺桿的受力情況。圖中，F(xiàn)2為工件對螺桿的摩擦力，分布在整個接觸面上，計(jì)算時可視為集中在半徑為r的圓周上。r稱為當(dāng)量摩擦半徑，它與接觸形式有關(guān)（見表1一9）。Fi為螺孔對螺桿的摩擦力,也分布在整個接觸面上，計(jì)算時可視為集中在螺紋申徑d0處。根據(jù)力矩平衡條件FqL=F2rFqL=F2rFrxdo2FjFj(1-22)FqLd-tgv亠“-rtg式中Fj一一夾緊力（N）;Fq一一作用力（N）;L一一作用力臂（mm）;do螺紋中徑（mm）；:螺紋升角（）;-1螺紋處摩擦角（）;2一一螺桿端部與工件間的摩擦角（）；r

13、一一螺桿端部與工件間的當(dāng)量摩擦半徑（mm圖160螺桿受力分析圖160螺桿受力分析a)b)c)d)圖1-61螺旋壓板結(jié)構(gòu)2.螺旋壓板機(jī)構(gòu)夾緊機(jī)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)型式變化最多的是螺旋壓板機(jī)構(gòu)。圖機(jī)構(gòu)的四種典型結(jié)構(gòu)。圖1一61a、b為移動壓板，圖1一61c、d為回轉(zhuǎn)壓板。圖1一62是螺旋鉤形壓板機(jī)構(gòu)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便。當(dāng)鉤形壓板妨礙工件裝卸時，可采用圖1一63所示的自動回轉(zhuǎn)鉤形壓板，它避免了用手轉(zhuǎn)動鉤形壓板的麻煩。鉤形壓板回轉(zhuǎn)時的行程和升程可按下面的公式計(jì)算:ds=360s_二dtg一：360tg11一63是螺旋壓板圖162或h二KdK(123)360tgP式中s一一壓板回轉(zhuǎn)時沿圓柱轉(zhuǎn)過的弧長(行

14、程)(mm)；h一一壓板回轉(zhuǎn)時的升程(mm)一一壓板的回轉(zhuǎn)角度()-壓板螺旋槽的螺旋角，一般取2=3040圖164螺旋鉤形壓板；d壓板導(dǎo)向圓柱的直徑；K一一壓板升程系數(shù)（表I一10）。65c)自動回轉(zhuǎn)鉤形壓板螺旋鉤形壓板所產(chǎn)生的夾緊力（N）Fq（1-24）i-H式中Fq一一作用力（N）；H一一鉤形壓板的高度（mm）;L一一壓板軸線至夾緊點(diǎn)的距離（mm）,f摩擦因數(shù)，一般取f=0.10.15。偏心夾緊機(jī)構(gòu)用偏心件直接或間接夾緊工件的機(jī)構(gòu)，稱為偏心夾緊機(jī)構(gòu).常用的偏心件是圓偏心輪和偏心軸，圖1-64是偏心夾緊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例。圖1-64a、b用的是圓偏心輪，圖1-64C用的是偏心軸，圖166-d用的

15、是偏心叉。偏心夾緊機(jī)構(gòu)操作方便、夾緊迅速，缺點(diǎn)是夾緊力和夾緊行程都較小，一般用于切削力不大、振動小、夾壓面公差小的加工中c)d)圖164圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)b)1.圓偏心輪的工作原理圖165是圓偏心輪直接夾緊工件的原理圖。圖中，01是圓偏心輪的幾何中心，R是它的幾何半徑。2是偏心輪的回轉(zhuǎn)中心，012。2是偏心距。若02以為圓心，為半徑畫圓(點(diǎn)劃線圓)，便把偏心輪分成了三個部分。R圖I一65圓偏心輪的工作原理其中，虛線部分是個“基圓盤”，半徑，r=R-e;另兩部分是兩個相同的弧形楔。當(dāng)偏心輪繞回轉(zhuǎn)中心02順時針方向轉(zhuǎn)動時，相當(dāng)于一個弧形楔逐漸楔入“基圓盤”與工件之間，從而夾緊工件。2.圓偏心輪的夾緊行

16、程及工作段如圖1-68a所示，當(dāng)圓偏心輪繞回轉(zhuǎn)中心02轉(zhuǎn)動時，設(shè)輪周上任意點(diǎn)x的回轉(zhuǎn)角為，即工件夾壓表面法線與012。2連線間的夾角；回轉(zhuǎn)半徑為rx。用二、rx為坐標(biāo)軸建立直角坐標(biāo)系，再將輪周上各點(diǎn)的回轉(zhuǎn)角與回轉(zhuǎn)半徑一一對應(yīng)地記入此坐標(biāo)系中，便得到了圓偏心輪上弧形楔的展開圖，如圖I一68b所示。a)圖I一66圓偏心輪的回轉(zhuǎn)角p、升角9真及弧形楔展開圖圖168表明，當(dāng)圓偏心輪從0回轉(zhuǎn)到180時，其夾緊行程為2e。圖168還表明，輪周上各點(diǎn)的升角ax是不等的，V-90時的升角p最大max)升角ax為工件夾壓表面的法線與回轉(zhuǎn)半徑的夾角。在三角形O2Mx中tgxtgxO2MO2M=esinrx,Mx=

17、H=-ecosx(125)2式中H一夾緊高度。所以esin冬esin冬Decos2(126)當(dāng)屯=o、1800時sinx=0，:-xmin=0；當(dāng)二x=900時,2ecosvx=0,sinvx=1,、x-p-max=arctg,即pDtg-max2e(127)圓偏心輪的工作轉(zhuǎn)角一般小于90，因?yàn)檗D(zhuǎn)角太大，不僅操作費(fèi)時，也不安全。工作轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的那段輪周稱為圓偏心輪的工作段。常用的工作段是j=451350或屯=9001800在二x=45135范圍內(nèi)，升角大，升角變化小，夾緊力較小而穩(wěn)定，并且夾緊行程大（h1.4e）。在二x=9001800范圍內(nèi)，升角由大到小，夾緊力逐漸增大，但夾緊行程較?。╤=

18、e）。3.圓偏心輪偏心量e的確定如圖I一68所示，設(shè)圓偏心輪工作段為AB根據(jù)式（1-28）在A點(diǎn)的夾緊高度HA=*-ecosrA，在B點(diǎn)的夾緊高度Hb二-ecosTB，夾緊行程hAB=Hb-Ha=ecoss-cos%,所以hABhABe=coscosb(1-28)式中，夾緊行程為：hAB二SS2S3，S,裝卸工件所需的間隙，一般取s0.3mm夾緊裝置的彈性變形量，一般取S2=0.050.15mm一一夾緊行程儲備量，一般取S3=0.10.3mm-一一工件夾壓表面至定位面的尺寸公差。4.圓偏心輪的自鎖條件由于圓偏心輪夾緊工件的實(shí)質(zhì)是弧形楔夾緊工件，因此，圓偏心輪的自鎖條件應(yīng)與斜楔的自鎖條件相同，即mzx2式中:max一一圓偏心輪的最大升角;1一一圓偏心輪與工件間的摩擦角;2一一圓偏心輪與回轉(zhuǎn)銷2一一圓偏心輪與回轉(zhuǎn)銷之間的摩擦角。由于回轉(zhuǎn)銷的直徑較小，圓偏心輪與回轉(zhuǎn)銷之間的摩擦力矩不大，為使自鎖可靠，將其忽略不計(jì)，上式便簡化為mzx乞：1或者tg：max空tg：1圖167圓偏心輪受力分析因tg1=f，代入上式2e所以，偏心輪的自鎖條件是:當(dāng)f=0.