《第4章 机床夹具设计(3)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章 机床夹具设计(3)（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,机床夹具设计（3）,机械制造装备设计,Mechanical Manufacture Equipment Design,2,4.2 夹紧装置的设计包括：夹紧力的确定夹紧机构设计夹紧动力装置选择,4 机床夹具设计,3,4.2 夹紧装置的设计,4.2.1 夹紧装置的组成及基本要求 夹紧的目的将工件定位后的位置固定下来，保持工件在定位 中所获得的正确位置，使其在外力作用下，不发生位置变动。一、夹紧装置的组成 原始作用力中间递力机构夹紧元件工件1动力源 产生原始作用力的部分。 夹紧力的来源： 人力手动夹紧 某种动力装置机动夹紧常用的动力装置：液压装置（液压油缸）、气压装置（气缸）、电磁装置、电动装置、
2、气一液联合装置和真空装置等。,4,4.2 夹紧装置的设计,2夹紧机构 接受和传递原始作用力，使其变为夹紧力并执行夹紧任务的部分。包括两部分：(1)中间递力机构把原始作用力传递给夹紧元件。作用:改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，保证夹紧的可靠性（尤其在手动夹具中）。(2)夹紧元件（执行元件）直接与工件接触，最终完成夹紧任务。,5,4.2 夹紧装置的设计,图示为采用液压夹紧的铣床夹具：,6,4.2 夹紧装置的设计,二、对夹紧装置的基本要求1确切保证工件定位后占据的正确位置 有助于定位，不应破坏定位。2夹紧力的大小要适当、稳定 既要保证工件在加工过程中的位置稳定不变，振动小，又
3、要使工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减小夹紧误差。3夹紧装置的复杂程度与生产类型相适应4夹紧装置必须可靠 手动夹紧须自锁、机动夹紧有联锁保护、夹紧行程足够等。5工艺性好 结构简单，便于制造和维修；多用标准零部件；操作方便、安全、省力,7,4.2 夹紧装置的设计,4.2.2 夹紧力的确定 夹紧力的确定包括确定夹紧力的作用点、方向、大小三方面内容。 一、夹紧力的方向1夹紧力的方向应有助于定位，而不应破坏定位。(1)只有一个夹紧力时，夹紧力应垂直于主要定位基面或使各定位基面同时受到夹紧力的作用。,8,4.2 夹紧装置的设计,例1：夹紧力朝向主要定位面（A面）有利于保证孔与左端面的垂直度要求,9
4、,4.2 夹紧装置的设计,例2：一力两用，使各定位基面同时受到夹紧力作用。图（a）所示，可对第一定位基面施加，对第二定位基面施加；图（）、（）所示，施加代替、，使两定位基面同时受到夹紧力的作用。,10,4.2 夹紧装置的设计,(2)用几个夹紧力分别作用时，朝向主要定位面的夹紧力应是主要夹紧力，此时还应注意几个夹紧力的动作顺序。如三基面组合定位， ，是主要夹紧力，朝向主要定位面，应最后作用，2、3是帮助定位的，应首先作用。 莱动单缸机机体镗曲轴孔、气缸孔工序所用夹具,11,4.2 夹紧装置的设计,2夹紧力的方向应方便装夹和有利于减小夹紧力最好与切削力F、重力G方向一致。 图（a）夹紧力W与重力G
5、、切削力F方向一致，可以不夹紧或用很小的夹紧力： ； 图（b）夹紧力W与切削力F垂直，夹紧力较小：,12,4.2 夹紧装置的设计,图（c）夹紧力W与切削力F、重力G反向，夹紧力较大： 图（d）夹紧力W与切削力F、重力G垂直，夹紧力最大：,13,4.2 夹紧装置的设计,3夹紧力方向应与工件刚度高的方向一致，以减小夹紧变形。图5-28 薄壁套筒的夹紧径向夹紧 轴向夹紧：,14,4.2 夹紧装置的设计,二、夹紧力的作用点1应能保持工件定位稳定，而不致引起工件发生位移或偏转夹紧力的作用点应落在定位元件上或支承范围内。,15,4.2 夹紧装置的设计,2夹紧力的作用点应有助于减小夹紧变形(1)夹紧力的作用
6、点应落在工件刚性好的方向和部位，特别对低刚度工件。如下图所示几种工件的夹紧：,16,4.2 夹紧装置的设计,(2)设计特殊形状的夹爪、压脚等分散作用夹紧力，增大工件受力面积。 图5-31：,17,4.2 夹紧装置的设计,3夹紧力的作用点应尽量靠近工件加工表面 提高定位稳定性和夹紧可靠性，减小加工中的振动，特别是对低刚度工件。 不能满足上述要求时，可以增设辅助支承，以提高定位稳定性、承受夹紧力和切削力等。如图所示：,18,4.2 夹紧装置的设计,（）,（）,19,4.2 夹紧装置的设计,4夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形导向、定位支架与夹紧支架分开 图5-33：,20,4.2 夹
7、紧装置的设计,三、夹紧力的大小夹紧力的大小必须适当:过小，加工过程中发生移动或振动，破坏定位；过大，使工件和夹具产生夹紧变形，影响加工质量。夹紧力确定方法：实验法、估算法。估算时，应找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需要的夹紧力，并考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。估算夹紧力通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算。估算步骤如下：,21,4.2 夹紧装置的设计,1计算切削力2求出理论夹紧力W根据加工过程中，工件受到切削力F（按对夹紧最不利的加工条件确定）、夹紧力W、大型工件的重力、高速运动的工件的惯性力、高速旋转的工件的离心力、支承反力及摩擦力的作用处于静力平衡
8、状态 求出理论夹紧力W。,22,4.2 夹紧装置的设计,3求出实际夹紧力W W=KWK安全系数，与加工性质（粗、精加工）、切削特点（连续、断续切削）、夹紧力来源（手动、机动夹紧）、刀具情况有关：一般取K1.53。粗加工时 K2.53；精加工时 K1.52.5。各种典型切削方式所需夹紧力的静平衡方程式可参考机床夹具手册。夹紧力需准确的场合类比法确定夹紧力或通过试验确定夹紧力。,23,4.2 夹紧装置的设计,例：图所示为铣削加工夹紧力的估算,小型工件，工件的重力 略去不计；压板活动，压板对工件 的摩擦力略去不计；铣削时，切削力的作用 点、方向和大小都是变 化的，应按最危险情况 考虑。,24,4.2
9、 夹紧装置的设计,对夹紧最不利的瞬时状态是铣刀切入全深、切削力达到最大时，工件绕O点转动，形成切削力矩 ，需用夹紧力产生的摩擦力矩 、 与之平衡： 设 则夹紧工件的实际夹紧力,25,4.2 夹紧装置的设计,4.2.3 常用的夹紧机构夹紧机构的种类虽然很多，但其结构大都以斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构为基础，这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。一、斜楔夹紧机构,26,4.2 夹紧装置的设计,斜楔夹紧原理利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件，即利用斜面的楔紧作用夹紧工件。 由于用斜楔直接夹紧工件的夹紧力较小，且操作费时，故实际生产中多数情况下是将斜楔与其它机构联合起来使用。,27,4.2
10、 夹紧装置的设计,1斜楔的夹紧力 图5-36 斜楔的受力分析：,28,4.2 夹紧装置的设计,建立静平衡方程式 W斜楔对工件的夹紧力； 斜楔升角（）； Q 加在斜楔上的原始作用力（N）； 斜楔与工件或夹具体间的摩擦角（）。,29,4.2 夹紧装置的设计,2斜楔的自锁在加工过程中加在斜楔上的原始作用力不能始终保持时，需要斜楔具有自锁性能。 斜楔的自锁条件是：若 则为保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取 ；用液压或气压驱动的斜楔，可取 。,30,4.2 夹紧装置的设计,3斜楔的扩力比（增力比）与夹紧行程(1)扩力比：夹紧力W与原始作用力Q之比称为扩力比或增力系数，用 表示，即： 若 ， ，则 。由此可
11、见，斜楔具有扩力作用， 越小， 越大。,31,4.2 夹紧装置的设计,(2)夹紧行程：由于S受到斜楔长度的限制，要增大夹紧行程，就得增大升角，这样会降低自锁性能。若需机构既能自锁又要有较大的夹紧行程，可采用双升角斜楔：大升角 一段使滑柱迅速上升，小升角 一段确保自锁。,32,4.2 夹紧装置的设计,4斜楔夹紧的特点 斜楔夹紧机构既可手动夹紧，也可用于机动夹紧，但由于用斜楔直接夹紧工件的夹紧力较小，且操作费时，实际生产中单独应用不多，多数情况下是将斜楔与其它机构联合使用多用于机动夹紧装置中，如莱动为液压 + 斜楔。另外，可在与斜楔接触的部位增设滚子来减小摩擦，从而增大扩力比。,33,4.2 夹紧
12、装置的设计,二、螺旋夹紧机构1.结构(1)简单螺旋夹紧机构直接用螺钉或螺母夹紧工件的机构，称为简单螺旋夹紧机构。常见的简单螺旋夹紧机构：,34,4.2 夹紧装置的设计,使用开口垫圈的快速螺旋夹紧机构：,（2）快速夹紧机构克服简单螺旋夹紧机构夹紧动作慢、装卸工件费时的缺点。各种快速螺旋夹紧机构如图所示：,35,4.2 夹紧装置的设计,采用快卸螺母的快速螺旋夹紧机构：,36,4.2 夹紧装置的设计,采用特殊螺旋（直槽与螺旋槽相连）的快速螺旋夹紧机构：,37,4.2 夹紧装置的设计,带摆动垫块的快速螺旋夹紧机构：,38,4.2 夹紧装置的设计,2.夹紧力计算图5-38 螺杆受力图：,39,4.2 夹
13、紧装置的设计,平衡方程式： W螺杆对工件的夹紧力； 斜楔升角（）；Q 加在螺杆上的原始作用力（N）； 螺杆端部与工件间的摩擦角（）；,40,4.2 夹紧装置的设计,螺纹处的摩擦角（）； 螺纹中径； 当量摩擦半径，与螺杆端面形状有关。（表5-4） 对于三角形螺纹、梯形螺纹，把 （当量摩擦角）即可。,41,4.2 夹紧装置的设计,3.螺旋压板夹紧机构 夹紧机构中，结构形式变化最多的是螺旋压板夹紧机构。常见的螺旋压板夹紧机构：,（a）,（b）,移动压板：,42,4.2 夹紧装置的设计,（c）,（d）,回转压板：,43,4.2 夹紧装置的设计,结构紧凑，使用方便。有关设计计算可查阅“夹具设计手册”。 螺旋夹紧机构的特点：螺旋夹紧机构具有结构简单、制造容易、自锁性能好、夹紧可靠、夹紧力和夹紧行程大的特点，是手动夹紧中用得最多的一种夹紧机构。,螺旋钩形压板机构：,44,4.2 夹紧装置的设计,三、偏心夹紧机构 利用偏心件回转时半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件。 特殊斜楔偏心夹紧的楔角是变化的变楔角斜楔：,
