機床夾具設(shè)計-第三章(2013mqc)課件

1、機床夾具設(shè)計 第三章第三章 工件在夾具中夾緊 3-1裝夾裝置的組成及設(shè)計要求 一、夾緊裝置的組成 夾緊裝置由動力源和夾緊機構(gòu)兩部分組成（一）動力源 夾具中產(chǎn)生原始作用力的部分稱動力源。 手動夾緊：用人的體力對工件進行夾緊 機動夾緊：用氣動、液壓、氣液聯(lián)動等代替人力的夾緊（二）夾緊機構(gòu) 接受傳替原始作用力并使之轉(zhuǎn)變?yōu)閵A緊力的裝置工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的裝置，稱為夾緊裝置夾緊機構(gòu)包括中間傳力機構(gòu)和夾緊元件1）中間傳力機構(gòu)：傳遞力的機構(gòu) 其作用包括：改變作用力的方向；改變作用力的大小；具有一定的自鎖性能，以保證夾緊可靠。2）夾緊元件：直接與工件接觸完成夾緊作用的元件。

2、夾緊力包括夾緊力的大小、方向和作用點三個要素一夾緊力方向的確定 夾緊力應(yīng)指向各定位元件，盡可能使之垂直于主要定位基準，應(yīng)在工件剛度最大的方向上將工件夾緊。 夾緊力方向應(yīng)有利于減小夾緊力，減輕工人勞動強度。 有助于定位，不破壞定位的準確性和可靠性。 應(yīng)考慮接觸面積的影響，使工件夾緊變形盡可能小。 3-2夾緊力的確定夾緊力應(yīng)垂直于主定位面 當幾個支承面需同時施力時,可分別加力,也可以一力兩用夾緊力方向應(yīng)有利于減小夾緊力(d)受力狀況最差夾緊力方向應(yīng)有助于定位銑銷力計算由此可見,靠摩擦力承擔切削力所需的夾緊力比較大該零件很小，如果不考慮工件重力 為減小夾緊力，可以在正對切削力F的作用方向，設(shè)置一支承

3、元件。這種支承不用作定位，而是用來防止工件在加工中移動。 在鉆床上鉆孔時，為減小夾緊力，應(yīng)使主定位面處于水平位置，使夾緊力重力和切削力同向。夾緊力的作用點，應(yīng)使工件的夾緊變形盡可能小。一般應(yīng)選在工件剛性較好的部位 a)錯誤 b)正確 為減小夾緊變形,可以增加夾緊面積 夾緊力作用點應(yīng)盡可能靠近被加工表面，提高定位的穩(wěn)定性和可靠性，減少振動當作用點遠離加工面時，可增設(shè)輔助支承 三.夾緊力的大小 夾緊力大小必須適當，過小夾不住工件，過大剛產(chǎn)生變形。 力要足夠，防止加工時松動 使工件受壓變形小，剛性差的工件應(yīng)均勻加壓 機動夾緊時應(yīng)計算夾緊力的大小，以理論夾緊力乘以安全系數(shù)K 夾緊力三要素的確定，是一個

4、綜合性問題，必須考慮工件的結(jié)構(gòu)特點、加工工藝方法、定位元件的結(jié)構(gòu)和布置等多種因素。3-3 夾緊機構(gòu)設(shè)計 一、斜楔夾緊機構(gòu) （一）工作原理 利用楔塊的斜面將楔塊的推力轉(zhuǎn)變?yōu)閵A緊力，從而夾緊工件。是夾緊機構(gòu)中最基本的形式之一，偏心夾緊機構(gòu)、螺旋夾緊機構(gòu)為斜楔夾緊機構(gòu)的變種。錘擊夾緊和松開工件（二）夾緊力計算一般鋼鐵的摩擦系數(shù)為0.10.15，取1 =2 = 46，故610 斜楔受外力Q作用產(chǎn)生的夾緊力W可通過力的平衡條件求出.(三)結(jié)構(gòu)特點1、斜楔的自鎖性斜楔的斜度一般為1：10，其斜度大小主要是根據(jù)滿足斜楔的自鎖條件來確定。夾緊機構(gòu)一般都有自鎖要求.自鎖是指在外作用力Q消除以后,在純摩擦力作用下

5、仍保持夾緊狀態(tài)3、斜楔的增力作用斜楔的夾緊力與原始作用力之比稱為增力比，即： 在不考慮摩擦影響時，理想增力比為 ： 2 斜楔改變夾緊力的方向 當外加一個夾緊作用力Q，則斜楔產(chǎn)生一個與Q力方向垂直的夾緊力W。a越小時，增力比越大。 氣動或液壓中，常用斜楔作為擴力機構(gòu)。4、斜楔夾緊行程小 工件所要求的夾緊行程h與斜楔相應(yīng)移動的距離s之比稱為行程比is。 a越小，自鎖性越好，但夾緊行程也越小；反之，當a越大，則自鎖性越差，而夾緊行程卻能增大。夾緊行程與其自鎖性能是相互矛盾的,選擇時應(yīng)綜合考慮.為保證自鎖,又增大夾緊行程,可采用雙升角斜楔5 斜楔夾緊效率低 因斜楔與夾具體及工件間是滑動摩擦，故效率較低

6、。為了提高效率，可采用帶滾子的斜楔夾緊機構(gòu)，但自鎖性能降低。一般用于機動夾緊。斜楔夾緊結(jié)構(gòu)總結(jié)（1）斜楔具有自鎖性；（2）斜楔能改變夾緊作用力的方向；（3）斜楔具有擴力作用；（4）斜楔的夾緊行程很??；（5）斜楔夾緊效率低。(四)適用范圍（1）毛坯質(zhì)量較高；（2）主要用于機動夾緊裝置;（3）在手動夾緊中,因費時費力,很少采用. 二、螺旋夾緊機構(gòu)(一)作用原理 采用螺桿作中間傳力元件的夾緊機構(gòu)統(tǒng)稱為螺旋夾緊機構(gòu)。 螺旋夾緊機構(gòu)中所用的螺旋，實際上相當于把斜楔繞在圓柱體上，因此它的夾緊作用原理與斜楔是一樣的。 簡單螺旋夾緊機構(gòu)(二)結(jié)構(gòu)特點壓塊結(jié)構(gòu)螺旋夾緊結(jié)構(gòu)特點（1）結(jié)構(gòu)簡單；（2）擴力比大；（3

7、）自鎖性能好；（4）行程不受限制；（5）夾緊動作慢。 (三)夾緊力計算 螺旋夾緊機構(gòu)的夾緊力計算與斜楔相似，螺旋升角即為楔角。如沿螺旋中徑展開，則螺旋相當于一個斜楔作用在工件與螺母之間。(四)適用范圍 螺旋夾緊機構(gòu)因結(jié)構(gòu)簡單、擴力比大、自鎖性能好、且行程不受限制；廣泛用于手動夾具。 為克服效率低的缺點,有各種快速夾緊機構(gòu)常見螺旋壓板夾緊機構(gòu)增大夾緊行程改變力的方向增力夾具實例鉤形壓板螺旋夾緊機構(gòu) 該夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊,生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛,特別是在結(jié)構(gòu)受限和機動夾緊的場合.三、圓偏心夾緊機構(gòu) 偏心夾緊機構(gòu)是一種快速夾緊機構(gòu)，工作效率高，應(yīng)用廣泛。 兩種型式：圓偏心和曲線偏心。 1)曲線偏心采用阿基米德

8、螺旋線或?qū)?shù)螺旋線作為輪廓曲線，升角變化均勻，但制造復(fù)雜，應(yīng)用較少。 2)圓偏心則因結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，所以在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用 (一)作用原理 利用回轉(zhuǎn)中心與幾何中心偏移的圓盤作夾緊元件。 O1是偏心圓幾何中心，r是偏心圓半徑；O是偏心圓回轉(zhuǎn)中心，rO是最小回轉(zhuǎn)半徑；兩中心間的距離e稱為偏心距。(二)結(jié)構(gòu)特點 1.偏心圓上各點的升角是變化的 偏心圓的升角a，它是工件上受壓面與受壓點處偏心圓回轉(zhuǎn)半徑的垂線之間的夾角。式中 e 偏心距； 偏心輪回轉(zhuǎn)角度；r 偏心輪半徑， 升角隨偏心圓的回轉(zhuǎn)角變化，當為90度時，tg =0， =0，此時升角最小。當 =0時，升角最大由于a一般很小，可取tga=a2.偏

9、心圓的自鎖條件不考慮偏心輪與轉(zhuǎn)軸的摩擦角，要保證自鎖，則jamax圓偏心的自鎖條件為d/e14-20設(shè)計時，一般根據(jù)和e確定偏心圓的直徑 3圓偏心的夾緊行程 當偏心距e一定時，圓偏心的夾緊行程S，是隨其回轉(zhuǎn)角變化而變化的。夾緊行程，等于回轉(zhuǎn)中心O到工件被夾緊表面的垂直距離與最小回轉(zhuǎn)半徑ro之差，即 在 90 范圍內(nèi)變化，則其S也相應(yīng)由O到2e范圍內(nèi)變化。下圖表示了圓偏心夾緊行程的變化范圍。4. 圓偏心的有效工作區(qū)域 圓偏心的回轉(zhuǎn)角理論上為 90 ，但實際上不能全部利用。標準圓偏心的有效工作區(qū)域一般為90 ，其位置有二種(1)以0 為起點取 30 45 范圍作為工作區(qū)域。在這一區(qū)域內(nèi)，各點的升角

10、變化較小，近似于常值，工作較為穩(wěn)定。但其升角較大，自鎖性能較差。 (2)取為-15 75 范圍作為工作區(qū)域。在這段區(qū)城內(nèi)，升角變化比上述第一種為大，但升角數(shù)值較小，夾緊自鎖性能較好。(三)夾緊力的計算 由于偏心圓上各點升角不同，因此夾緊力也不相同它隨著角變化而變化。（四）圓偏心的結(jié)構(gòu)形式(五)適用范圍 1、由于圓偏心的夾緊力小，自鎖性能又不是很好，所以只適用于切削負荷不大，又無很大振動的場合。 2、為滿足自鎖條件，其夾緊行程也相應(yīng)受到限制，一般用于夾緊行程較小的情況 3、一般很少直接用于夾緊工作，大多是與其它夾緊機構(gòu)聯(lián)合使用。四、鉸鏈夾緊機構(gòu) (一)作用原理 鉸鏈夾緊機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單、擴力比大、

11、摩擦損失小且容易改變作用力方向。但自鎖性差，故適用于多點或多件夾緊，在機動夾具中廣泛應(yīng)用 。（二）夾緊力的計算 右圖為單臂鉸鏈夾緊機構(gòu)的鉸鏈臂的受力分析圖。（三）夾緊行程和相應(yīng)的鉸鏈臂傾斜角根據(jù)h、h1、h2可求出相應(yīng)的鉸鏈傾斜角為：h1裝卸工件的夾緊空行程，h10.5h2表面位置變化量, h20.3h3求行程的儲備量,h30.5（四）氣缸的工作行程 氣缸工作行程xo,可按 求得。（五）自鎖條件 鉸鏈臂的傾斜角小于4（對單臂鉸鏈機構(gòu)來說）。但這個角度與夾緊行程的最小儲備量相矛盾，因此一般不用這個自鎖條件，而靠其他機構(gòu)來實現(xiàn)自鎖。（六）結(jié)構(gòu)特點 1、結(jié)構(gòu)簡單; 2、擴力比大； 3、摩擦損失小。（

12、七）適用范圍適用于多點、多件夾緊，在氣動夾緊中廣泛應(yīng)用。五、定心、對中夾緊機構(gòu) 定心、對中夾緊機構(gòu)是一種具有定心和夾緊兩種功能的特殊夾緊機構(gòu)，其定位和夾緊在工件被夾緊的過程中同時實現(xiàn).用于要求準確定心和對中的場合. 夾具上與工件定位基準相接觸的元件，既是定位元件，也是夾緊元件。例：如圖在工件上加工槽，要求保證對工件中心面的對稱度。若采用固定雙支承平面定位則存在基準不重合誤差一種是依靠傳動機構(gòu)使定心夾緊元件等速移動，從而實現(xiàn)定心夾緊，如螺旋式、杠桿式、楔式機構(gòu)等； 另一種是利用薄壁彈性元件受力后產(chǎn)生均勻的彈性變形（收縮或擴張），來實現(xiàn)定心夾緊，如彈簧筒夾、膜片卡盤、波紋套、液性塑料等。定心夾緊機

13、構(gòu)按其定心作用原理有兩種類型：（一）按定位夾緊元件等速位移原理實現(xiàn)定心對中夾緊螺旋式定心夾緊機構(gòu)1、5滑座；2、4V形塊鉗口；3調(diào)節(jié)桿；6雙向螺桿 1、螺旋式定心夾緊機構(gòu)機動楔式夾爪自動定心機構(gòu) 1-夾爪；2-本體；3-彈簧卡圈；4-拉桿；5-工件 2、楔式定心夾緊機構(gòu) 杠桿作用的定心卡盤 1拉桿；2滑套；3鉤形杠桿；4軸銷；5夾爪 3、杠桿式定心夾緊機構(gòu) 4、偏心式對中夾緊機構(gòu)彈性夾頭和彈性心軸 1夾具體；2彈性筒夾；3錐套；4螺母；5心軸 1、 彈簧夾頭定心夾緊機構(gòu)適用范圍：彈簧夾頭的變形不宜過大，一般適用于精加工和半精加工工序。其夾頭應(yīng)選用強度高、彈性好、耐磨性好、熱處理變形小的材料。（

14、二）按定位夾緊元件均勻彈性變形原理實現(xiàn)定心夾緊有軸向定位時時，夾頭與工件有相對運動，產(chǎn)生摩擦阻力無軸向定位時時，無摩擦阻力夾頭的結(jié)構(gòu)與受力分析適用范圍： 由于彈簧夾頭的變形不宜過大，所以其夾緊力不大，其定心精度在0.02至0.05之間。一般用于精加工或半精加工工序，定位基準的尺寸變化范圍在0.1至0.5mm內(nèi)。材料要求： 彈性好，強度高，耐磨性好，常用優(yōu)質(zhì)工具鋼。T8A或合金鋼（65Mn,9CrSi）硬度HRC52-62 波紋套定心心軸 1-螺母；2-波紋套；3-墊圈；4-工件；5-支承圈 2、波紋套定心夾緊機構(gòu) 3、液性塑料定心夾緊機構(gòu) 主要用于工件以內(nèi)孔或外圓定位并要求達到較高的定心精度的

15、情況。液性塑料在常溫下呈凍膠狀，加熱澆注到夾具中，加熱前，夾具體要預(yù)熱，塑料在干油中加熱到140-150度，要有壓入通道和排氣孔。由于塑料易老化，需定期更換。由于夾緊力小，只適用于精加工工序。 六、聯(lián)動夾緊機構(gòu)原理：利用一個原始作用力實現(xiàn)單件或多件的多點、多向同時夾緊的機構(gòu)。單件同向聯(lián)動夾緊機構(gòu) （一）單件聯(lián)動夾緊機構(gòu)單件對向聯(lián)動夾緊機構(gòu)單件互垂力或斜交力聯(lián)動夾緊機構(gòu) 互垂力或斜交力聯(lián)動夾緊機構(gòu) （二）多件聯(lián)動夾緊機構(gòu) 多件平行聯(lián)動夾緊機構(gòu)一個原始作用力,同時夾緊多個工件1、平行夾緊 多件夾緊必須采用浮動環(huán)節(jié)，是由于被夾緊的工件尺寸有誤差，如果采用剛性壓板則各工件所受的夾緊力就有可能不一致，甚

16、至有些工件夾不住。 夾緊元件必須做成能浮動或自動調(diào)節(jié)，以便補償工件的相應(yīng)尺寸偏差。2、對向夾緊和復(fù)合夾緊 對向夾緊通過浮動夾緊機構(gòu)產(chǎn)生兩個方向相反、大小相等但比原始作用力大的夾緊力，并同時將各工件夾緊。復(fù)合夾緊，多為平行和對向夾緊的綜合 對稱式多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)復(fù)合式多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)3、依次連續(xù)夾緊機構(gòu) 以工件本身為浮動件，不需另設(shè)置元件就可實現(xiàn)連續(xù)多件夾緊，缺點是工件定位基準的位置誤差逐個積累。（三）與其它動作聯(lián)動的夾緊機構(gòu) 先定位后夾緊的聯(lián)動機構(gòu)設(shè)計多位夾緊機構(gòu)應(yīng)注意的問題:夾緊元件必須為浮動、可調(diào)節(jié)的聯(lián)動零件，以保證同時均勻夾緊和同時松開；夾緊力方向應(yīng)與定位方式和加工方法相適應(yīng)；應(yīng)保證每一

17、工件都有足夠的夾緊力；夾緊元件和傳力零件應(yīng)有足夠的剛性，保證傳力均勻。3-4 夾緊動力裝置設(shè)計 高效率夾具，大多采用機動夾緊方式，如：氣動、液動、電動等。以氣動夾緊應(yīng)用最廣泛.一、氣動夾緊 動力源為壓縮空氣,通常為4-6個大氣壓，一般按4個計算。 氣動夾緊包括三部分：氣源、控制部分、執(zhí)行部分。 (一)氣動系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 典型的氣動傳動系統(tǒng)，由氣源、氣缸或氣室、油霧器(霧化器)、減壓閥、單向閥、分配閥、調(diào)速閥、壓力表等元件組成。 氣動系統(tǒng)對工作介質(zhì)（空氣）有較高要求，要求氣體過濾、冷凝和干燥，去掉粉塵和水分，防止銹蝕元件或堵塞。各組成元件已標準化,系列會,設(shè)計時參考相關(guān)資料.(二)氣缸結(jié)構(gòu)和夾緊

18、作用力的計算 常用的氣缸結(jié)構(gòu)有兩種基本形式： 活塞式和薄膜式。1.活塞式氣缸工作過程運動情況進氣情況固定式差動式擺動式回轉(zhuǎn)式單向作用雙向作用分類固定式氣缸擺動式氣缸回轉(zhuǎn)式氣缸主要用于車床夾具單向作用活塞氣缸所產(chǎn)生的作用力Q雙作用活塞氣缸所產(chǎn)生的作用力Q活塞式氣缸的優(yōu)點：行程不受限制，可根據(jù)需要自行設(shè)計; 作用力不隨行程長短而變化。 缺點：結(jié)構(gòu)龐大；制造成本高；滑動副易漏氣。2.薄膜式氣缸薄膜式氣缸推桿上輸出的作用力Q：薄膜式氣缸的優(yōu)點：1.結(jié)構(gòu)簡單，維修方便; 2.密封性好。 缺點：行程小，作用力隨行程增大而減小。輸出力為變值,當行程S越大時,作用力Q減小越多,當d一定時,通過增大d0,可以增大Q(三)氣動夾緊的特點優(yōu)點：1. 夾緊力基本穩(wěn)定（因為氣源壓力可以控制）2. 夾緊動作迅速 （氣流的速度快，氣動速度也快。有利于縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率）3. 操作省力（采用氣動夾緊后，操作只需轉(zhuǎn)動分配閥手柄，而不必象手動夾緊那樣費時費力，因而大大減輕勞動強度）不足之處：1 空氣是可以壓縮的，因此夾緊剛度差，一般不適用于切削力很大的場合。2 壓縮空氣的工作壓力較小，同樣的作用力，氣動夾緊的氣缸直徑將比液動夾緊的油缸直徑要大，因而結(jié)構(gòu)較龐大。3.車間噪聲大。二、液動夾緊 液壓夾緊是利用液壓油為工作介