第五章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理續(xù)(賈)

⑴中心偏移：銷、或套筒垂直放置如圖：x、y兩個(gè)方向定位誤差2．用定位銷、心軸定位內(nèi)圓表面和用套筒定位外圓表面這兩種情況都是由于配合間隙引起的定位誤差，這會(huì)產(chǎn)生中心偏移和中心偏轉(zhuǎn)。中心圓當(dāng)定位銷、或套筒水平放時(shí)，由于重力等作用，高點(diǎn)接觸定位誤差：

銷小孔大銷大孔?、浦行钠D(zhuǎn)3.錐心軸定位當(dāng)工件孔有孔徑誤差時(shí)基準(zhǔn)位移誤差：當(dāng)心軸有直徑誤差時(shí)公差⑴位移誤差對(duì)銷1來(lái)說(shuō)最小間隙各個(gè)方向?qū)︿N2來(lái)說(shuō)，由于不限x方向自由度，即由銷1決定。y方向：⑵轉(zhuǎn)角：轉(zhuǎn)角為一般α轉(zhuǎn)角：可取例：如圖5.V形鐵定位①下母線為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)（如鍵槽等）此時(shí)由于基準(zhǔn)不重合（Q→A、C）產(chǎn)生基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差，設(shè)調(diào)整是按標(biāo)準(zhǔn)工件調(diào)整，工件直徑為d，現(xiàn)工件直徑為d+δ，則產(chǎn)生的定位誤差為其中∴120°90°60°當(dāng)直徑公差帶入后→得誤差分布范圍②中心線為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)如端鍵槽此時(shí)定位誤差α=120°，60°，90°③設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為上母線此時(shí)定位誤差∴α=120°，90°，60°K3>K2>K1第五節(jié)

工件的夾緊定位后，必須用夾緊機(jī)構(gòu)將工件夾緊，以保證工件在加工過(guò)程中不致因切削力、慣性力、離心力或重力等外力作用而產(chǎn)生位置偏移或振動(dòng)，保持確定位置加工。一、夾緊機(jī)構(gòu)的組成：1.夾緊元件——直接夾緊工件的元件

2.動(dòng)力裝置——夾緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生夾緊力的動(dòng)力源，如氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓裝置等。采用手動(dòng)夾緊時(shí)無(wú)此部分

3.中間傳力機(jī)構(gòu)——在動(dòng)力源和夾緊元件之間的傳力機(jī)構(gòu)。夾緊元件傳力機(jī)構(gòu)一般混在一起，夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一般指這兩部分設(shè)計(jì)，它變作用力為夾緊力。根據(jù)要求改變力的大小、方向及自鎖等。二、夾緊機(jī)構(gòu)的基本要求與設(shè)計(jì)原則

1.夾緊時(shí)不應(yīng)破壞工件定位精度，保證工件可靠地與定位元件接觸，不破壞定位。如圖：左半部不對(duì)，夾緊時(shí)工件向上抬起，右半部對(duì)2.在保證可靠夾緊的前提下，夾緊力不應(yīng)過(guò)大，以免壓傷工件表面或使工件變形，夾緊力的反作用力不應(yīng)使夾具產(chǎn)生影響加工精度的變形。1－夾具體；2－定位板；3－壓板車(chē)床夾具夾緊機(jī)構(gòu)布局3.夾緊機(jī)構(gòu)(特別是手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu))應(yīng)具有自鎖功能和足夠行程，保證加工時(shí)夾緊機(jī)構(gòu)安全可靠，包括夾緊元件與夾具體的強(qiáng)度和剛度等。強(qiáng)度鐵→鋼軸

4.在保證足夠剛度和強(qiáng)度的條件下，夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作迅速、操作方便省力。5.夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度、自由化程度應(yīng)與生產(chǎn)要求及條件相適應(yīng)，注意經(jīng)濟(jì)效果。三、夾緊力的確定所需夾緊力的確定應(yīng)考慮夾緊力的方向、作用點(diǎn)和大小?！獖A緊力的三要求1、夾緊力的方向夾緊力的方向與工件定位基準(zhǔn)配置情況以及工件所受外力的作用方向等因素有關(guān)。確定時(shí)應(yīng)考慮：

①夾緊力的方向應(yīng)保證定位準(zhǔn)確可靠，而不破壞定位，即保證在夾緊作用下使工件與定位元件接觸，方向一般垂直于定位面。②夾緊力的作用方向應(yīng)使所需夾緊力盡可能的小，以減輕疲勞強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，夾緊機(jī)構(gòu)緊湊，工件變形小。一般與重力、切削力一致，如鉆孔。α<90°2、夾緊力的作用點(diǎn)作用點(diǎn)指夾緊元件與工件接觸的一小塊面積。選擇時(shí)應(yīng)注意：①夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)能保持工件定位穩(wěn)定而不致引起工件位移或偏移。夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)在定位元件上或幾個(gè)定位元件形成的穩(wěn)定受力區(qū)域內(nèi)。②夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)使工件的夾緊變形盡可能的小，不影響精度。③夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近工件被加工表面，以提高加工部位的夾緊剛性，防止或減少工件振動(dòng)。可加輔助支承3、夾緊力大小的選擇夾緊力大小應(yīng)適當(dāng):大→工件壓傷、變形，夾具剛性要增加，以致笨重小→不能抵抗切削力、重力、慣性力，破壞定位

確定方法：①類比法——工廠參照在相似工作條件下經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的同類夾具進(jìn)行確定.②計(jì)算分析法：實(shí)質(zhì)上是一個(gè)解精力平衡的問(wèn)題，即利用切削原理公式求出切削力大小、方向、作用點(diǎn)（并必須考慮重力、慣性力），并確定支承反力、摩擦力以及夾緊力的作用點(diǎn)、方向等，按最不利的情況列出力的平衡方程，解出夾緊力的大小，然后乘一定系數(shù)K，得實(shí)際夾緊力因?qū)嶋H加工中存在一系列問(wèn)題，如毛坯變化、切削表面的連續(xù)性、刀具幾何參數(shù)等，一般取總安全系數(shù)K=1.5～2.5～3K1——一般安全系數(shù)，考慮可靠性和因工件材料及余量不均等引起的切削力變化，K1=1.5～2K2——加工性質(zhì)系數(shù)，粗加工K2=1.2，精加工K2=1K3——刀具鈍化系數(shù)，一般K3=1.1～1.3K4——斷續(xù)切削系數(shù)，斷續(xù)K4=1.2，連續(xù)K4=1注意摩擦系數(shù)f,不同表面不一樣，查表

如圖加工過(guò)程中，切削力的作用點(diǎn)、大小、方向變化，按最不利情況，剛開(kāi)始加工時(shí)，在切削力作用下，繞0點(diǎn)看翻轉(zhuǎn)。摩擦力矩為具體各種加工方法查相關(guān)手冊(cè)《切削原理》第六節(jié)夾緊機(jī)構(gòu)一、斜楔夾緊機(jī)構(gòu)手動(dòng)可改→氣動(dòng)、液壓、導(dǎo)輪1、夾緊力的計(jì)算2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：⑴斜楔具有自鎖性——外力Q消失后，夾緊構(gòu)在摩擦力作用下，仍能保持夾緊狀態(tài)而不松開(kāi)。一般約6o，→手動(dòng)可靠氣動(dòng)、液壓時(shí)，α可大些，15o～30o。⑵具有改變壓力方向的特點(diǎn)⑶具有增力作用增力系數(shù)3左右⑷夾緊行程小，行程h，移動(dòng)S

α

↓行程小α

↑自鎖差3、適用范圍由于機(jī)構(gòu)操作不便，工作效率低，增力系數(shù)不大，僅在小型鉆床、銑床上用，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常用其他裝置組合用。二、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)形式2、夾緊力計(jì)算如圖方牙螺紋，對(duì)螺桿原始作用力Q，手柄長(zhǎng)L，垂直于螺桿端面的反作用力W（夾緊力）及摩擦力F2→分布于整個(gè)接觸面，計(jì)算時(shí)視為集中一個(gè)半徑為r'的圓上，摩擦元r'

→當(dāng)量摩擦半徑，螺母對(duì)螺桿作用力有：垂直于螺旋面的正壓力R及摩擦力F1

，其合力為R

1，此力分布于整個(gè)螺旋面上，計(jì)算時(shí)按中徑計(jì)算，根據(jù)力矩平衡對(duì)其他螺紋，只要將φ1換成φ1′即可。對(duì)于三角羅紋，對(duì)于梯形羅紋，增力系數(shù)大三、偏心夾緊機(jī)構(gòu)偏心夾緊機(jī)構(gòu)指用偏心輪或凸輪來(lái)實(shí)現(xiàn)夾緊的一種夾緊機(jī)構(gòu)。使用的偏心有圓偏心和曲線偏心（凸輪）。曲線偏心的工作輪廓曲線多為阿基米德螺線，具有升角變化均勻等，但制造復(fù)雜，應(yīng)用少。而圓偏心為固盤(pán)裝，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。僅講圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)。

如圖01是圓偏心輪的幾何中心，R是半徑，0是回轉(zhuǎn)中心，R0是“基元”半徑（最小回轉(zhuǎn)半徑），偏心距，當(dāng)圓盤(pán)繞0順時(shí)針回轉(zhuǎn)時(shí)，圓上各點(diǎn)到0的距離（回轉(zhuǎn)半徑）不斷增加，相當(dāng)于一個(gè)繞在基元上的弧形楔不斷向前楔緊于“基元”與工件之間，從而使工件夾緊。2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圓偏心輪上各點(diǎn)升角是隨著相應(yīng)回轉(zhuǎn)角而變化的。如圖：圓偏心的任一點(diǎn)升角αx，它是工件受壓表面aa與受壓點(diǎn)x處回轉(zhuǎn)半徑ρ的法線的bb的夾角，也等于，由幾何關(guān)系得當(dāng)r=0時(shí)，αx=0，當(dāng)達(dá)到極值時(shí)，也取得最大值?！藭r(shí)⊥0x，為極大值對(duì)于一般偏心輪當(dāng)r連續(xù)增大時(shí)r↑，↓當(dāng)r=180o時(shí)，αx=0如圖把弧形楔展開(kāi)可得曲線，各點(diǎn)曲率是變化的，說(shuō)明升角αx變化，P點(diǎn)附近的升角最大，但變化最小，這一點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)偏心輪，保證自鎖，計(jì)算夾緊力和選擇工作弧段等都很重要。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了方便，一般近似認(rèn)為r=90o時(shí)的夾緊點(diǎn)就是P點(diǎn)，即r=90o時(shí)，αx達(dá)最大值，此時(shí)即②圓偏心的自鎖條件和圓偏心的特性參數(shù)圓偏心必須保證自鎖，要自鎖，與前述斜楔夾緊機(jī)構(gòu)相同——圓偏心與工件間的摩擦角——偏心孔與回轉(zhuǎn)軸間的摩擦角一般為了安全起見(jiàn)，不考慮回轉(zhuǎn)軸的摩擦，則有，即故有：或當(dāng)f1=0.1時(shí)，當(dāng)f1=0.15時(shí)，的比值稱為圓偏心的特征參數(shù)或偏心率。3、圓偏心輪的設(shè)計(jì)主要確定下列參數(shù)：偏心量e，偏心輪半徑R，手柄長(zhǎng)度及工件弧度。①偏心量e

e取決于夾緊行程的大小，若用其整個(gè)半圓弧時(shí)，總行程為2e，但需轉(zhuǎn)180o，操作不便，且空間有限，一般取的一段作為工作弧段。所產(chǎn)生的行程：式中：hB、hC——B、C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的h值；γB、γC——B、C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的γ角。偏心夾緊原理顯然，hBC應(yīng)大于被夾緊處工件尺寸的公差δ?？紤]到安裝工件所必須的間隙、機(jī)構(gòu)和工件的夾緊變形、偏心輪的制造誤差和磨損量的補(bǔ)償以及必要的行程儲(chǔ)備量，一般可?。?）偏心輪半徑R偏心量e確定后，偏心輪半徑R主要取決于自鎖條件，即去掉手柄上的作用力后，偏心輪仍能繼續(xù)夾緊工作，而不會(huì)自行松夾。根據(jù)前面對(duì)α角的分析，若在αP最大的P點(diǎn)偏心輪能自鎖，則毫無(wú)疑問(wèn)在其它點(diǎn)上更能自鎖。由機(jī)械原理可知，在P點(diǎn)的自鎖條件是，為偏心輪與工件間的摩擦角。這里為了簡(jiǎn)化，忽略了回轉(zhuǎn)軸與軸頸間的摩擦力，因而得出的自鎖條件更為可靠。

將代入中即得:若取偏心輪與工件之間的摩擦系數(shù)則；若取，則，。叫做偏心輪的偏心特性，表示偏心輪工作的可靠性。此值大，自鎖性能好，但結(jié)構(gòu)尺寸也大，手冊(cè)上一般推薦。與工件對(duì)偏心輪的摩擦力F1的合力；N為回轉(zhuǎn)軸對(duì)偏心輪的反作用力，它與軸頸的摩擦圓（半徑為ρ）相切。偏心輪在此三力作用下處于平衡狀態(tài)。分別對(duì)O2取力矩，則可得力矩平衡方程式如下：

（3）偏心輪的夾緊力（或手柄長(zhǎng)度）。偏心輪夾緊時(shí)的受力分析如圖所示。Q為所用在手柄上的力；W'為工件法反向力W（也就是夾緊工件的力）偏心輪受力分析由于，所以，，取代入根據(jù)W、Q→L④工作弧段的選擇：原則上整個(gè)弧段都可用，但在p點(diǎn)左右升角顯然較大，但變化較小，所以?shī)A緊力比較穩(wěn)定，同時(shí)在這一范圍內(nèi)曲線的升程較大，即夾緊行程較大，所以大多數(shù)偏心輪都是p點(diǎn)從前30o～45o，到后30o～45o之間。如下圖偏心夾緊優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、操作方便迅速

缺點(diǎn)：行程小、夾緊力小，自鎖性不好，振動(dòng)時(shí)易松開(kāi)。用于尺寸變化不大，振動(dòng)小，切削力不大的場(chǎng)合。銑撥叉夾具四、鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：是一種增力機(jī)構(gòu)，常與氣缸、油缸聯(lián)動(dòng)以擴(kuò)大夾緊力，動(dòng)作迅速，容易改變力的傳遞方向壓板張開(kāi)量大。缺點(diǎn)：自鎖性能差雙向作用的鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)五、定心夾緊機(jī)構(gòu)三爪卡墊、彈性?shī)A頭等。六、聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)有些夾緊同時(shí)從工件幾個(gè)點(diǎn)夾緊，有些夾具同時(shí)加工幾個(gè)工件同時(shí)夾緊，有的夾具要先使工件定位后→輔助支承鎖緊→夾緊。1、常見(jiàn)的聯(lián)動(dòng)夾緊方式：①多點(diǎn)夾緊聯(lián)動(dòng)A圖②多件夾緊聯(lián)動(dòng)彎軸瓦分型面B圖

③先定位后夾緊聯(lián)動(dòng)C圖④夾緊與其他動(dòng)作聯(lián)動(dòng)如夾緊與鎖緊輔助支承聯(lián)動(dòng)D圖A圖多點(diǎn)夾緊聯(lián)動(dòng)銑平面夾具B圖多件聯(lián)動(dòng)夾緊平磨夾具C圖先定位后夾緊聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)壓板夾緊和移動(dòng)聯(lián)動(dòng)夾緊與鎖緊輔助支承聯(lián)動(dòng)2、設(shè)計(jì)聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題①由于聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作和受力情況都比較復(fù)雜，所以應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和受力分析，以確保設(shè)計(jì)意圖的實(shí)現(xiàn)。②注意設(shè)計(jì)必要的浮動(dòng)環(huán)節(jié)及浮動(dòng)程度，以保證夾緊均衡、運(yùn)動(dòng)不發(fā)生干涉。③要保證所有壓板都能松夾，以便裝卸工件。④環(huán)節(jié)多，要注意剛性，以免剛性不足而夾不緊。⑤不要太復(fù)雜，否則會(huì)降低可靠性，制造困難。第七節(jié)

夾具的動(dòng)力裝置一、動(dòng)力裝置的作用當(dāng)切削力較大或夾具較大時(shí)，夾緊力就必須較大，從而原始作用力也很大，因此為減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，保證安全生產(chǎn)，采用動(dòng)力裝置產(chǎn)生原始力。夾具常用的動(dòng)力裝置為：氣壓、液壓、氣液聯(lián)合、電動(dòng)、電磁、真空等。二、氣壓加緊——采用壓縮空氣1、*2特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：

①壓縮空氣可由壓縮空氣站通過(guò)管道集中供應(yīng)，使用、操縱方便；

②氣壓動(dòng)作快，夾緊效率高?？諝饬魉僭诠艿乐袨?80m/s；

③減輕體力勞動(dòng)，夾緊時(shí)工人只要操縱閥門(mén)，比較輕便；缺點(diǎn)：

④壓縮空氣有彈性，夾緊剛度不高，對(duì)于重型零件加工，當(dāng)切削力太大時(shí)不宜采用，當(dāng)作用力不夠時(shí)，可以和斜楔、杠桿等機(jī)構(gòu)結(jié)合；

⑤壓縮空氣單位壓力不如液壓油壓力高，一般空氣站為0.8MPa，損失度為0.4~0.6MPa，因此氣壓夾緊裝置的空間大，布置不好；

⑥工作后壓縮空氣排放時(shí)噪聲很大，形成污染。尖叫聲2、*1氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)及其元件壓縮空氣使用前應(yīng)經(jīng)過(guò)分水濾氣器，進(jìn)行濾清和去除水分，以免銹蝕元件，阻塞通道；經(jīng)過(guò)油霧器使壓縮空氣中有油霧以潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)部件，要經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥，以保證工作壓力穩(wěn)定。這稱三大件。如圖氣動(dòng)夾緊及其輔助裝置系統(tǒng)圖3、氣缸形式①活塞式氣缸按工作方向分：?jiǎn)巫饔茫▎蜗颍╇p作用（雙向）按氣缸運(yùn)動(dòng)：固定式、擺動(dòng)式、回轉(zhuǎn)式

②薄膜式氣缸

固定式擺動(dòng)式回轉(zhuǎn)式三、液壓夾緊特點(diǎn)：（與氣壓比）1、液壓的壓力較高，可達(dá)6MPa，特別是油缸小，設(shè)計(jì)時(shí)布局方便，不需要增加機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；2、液體不可壓縮，夾緊剛度大，夾緊可靠，動(dòng)作比較平穩(wěn)；3、液壓夾緊在液壓機(jī)床上實(shí)現(xiàn)比較方便，否則需增設(shè)油泵站，提供高壓油