第五節(jié)工件的夾緊及夾

第五節(jié)工件的夾緊與夾緊裝置

由前面的知識可知，為了保證加工質(zhì)量，工件的合理夾緊是必不可少的，這項任務(wù)是由夾緊裝置來完成的。一、夾緊裝置的組成與基本要求二、幾種常用典型夾緊機(jī)構(gòu)

1一、夾緊裝置的組成與基本要求（一）夾緊裝置的組成（二）對夾緊裝置的基本要求（三）夾緊力的確定2（一）夾緊裝置的組成夾緊工件的方式是多種多樣的，因而夾緊裝置的結(jié)構(gòu)形式也就種類繁多。但從使用功能來說，應(yīng)由下列系統(tǒng)組成：1.動力裝置2.夾緊元件3.中間傳動機(jī)構(gòu)是產(chǎn)生原始夾緊力的動力源。來自氣動、液壓和電力等動力源的，稱為機(jī)動夾緊；來自人力的，則稱為手動夾緊。是直接與工件接觸的元件。如各種螺釘、壓板等。變原始動力為夾緊力的中間傳力環(huán)節(jié)，亦稱為中間傳力機(jī)構(gòu)。如鉸鏈杠桿、斜楔等。它們的作用主要有下述三個方面：1）改變夾緊力的大小；2）改變夾緊力的方向；3）實現(xiàn)自鎖。一般情況下，夾緊裝置的三個組成部分是比較易于識別的，但有時也很難區(qū)分。因此，常把夾緊元件和中間傳動機(jī)構(gòu)合稱夾緊機(jī)構(gòu)。3（二）對夾緊裝置的基本要求夾緊機(jī)構(gòu)一般應(yīng)滿足以下四個方面的要求：1）夾緊時不能破壞工件的定位位置；2）保證工件在整個加工過程中位置穩(wěn)定不變，不產(chǎn)生振功、變形和工件表面損傷；3）夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度、工作效率應(yīng)與生產(chǎn)類型相適應(yīng)，盡量做到結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、安全省力；4）具有良好的自鎖性能。為達(dá)到以上要求。必須正確設(shè)計夾緊機(jī)構(gòu)。首要的是必須合理地確定夾緊力的三要素：作用點、方向和大小。4（三）夾緊力的確定1．夾緊力作用點的確定2．夾緊力方向的確定3．夾緊力大小的確定51．夾緊力作用點的確定夾緊力作用點是指：夾緊時，夾緊元件與工件表面的接觸位置。它對工件夾緊的穩(wěn)定性和變形有很大影響。選擇夾緊力作用點時，可從下面幾點考慮。1)夾緊力應(yīng)落在支承元件上或幾個支承元件所形成的支承平面內(nèi)。如圖所示夾緊力作用在支承面之外，會使工件傾斜或變形。61．夾緊力作用點的確定2）夾緊力應(yīng)落在工件剛性較好的部位上，這對剛性差的工件尤為重要。如圖所示，作用點由中間的單點改為在兩側(cè)的兩點，可避免工件變形，且夾緊也較為可靠。71．夾緊力作用點的確定

3)夾緊力應(yīng)盡可能靠近加工面，可以增加夾緊的可靠性，防止和減少工件的振動。如圖所示，同樣的夾緊力Fc作用于O1點時比作用于O2點夾緊牢固。82．夾緊力方向的確定夾緊力的方向是與工件定位基準(zhǔn)所處的位置，以及工件所受外力的作用方向等有關(guān)?？紤]夾緊力方向時，應(yīng)該：1）垂直于工件的主要定位基面，以保證加工精度。圖所示為工件在支架上鏜孔的簡圖。被加工孔與端面A有一定的垂直度要求，夾緊力Fc1、Fc2垂直作用于主要定位基準(zhǔn)A，從而保證定位要求，又使工件定位穩(wěn)定可靠。如果加工時，夾緊力朝向基準(zhǔn)B面，則由于受工件A面和B面垂直度誤差的影響，難以保證加工要求。如果加工的孔與B面有一定的平行度要求，則夾緊力應(yīng)垂直于B面。92．夾緊力方向的確定2）有利于減少所需要的夾緊力大小。圖a中，鉆頭軸向切削力Fx、夾緊力Fc1、Fc2和工件重力G都垂直于定位基面，三者方向一致，這時所需夾緊力最小。圖b是從工件下面夾緊，所用的夾緊力Fc1、

Fc2與工件重力G和軸向切削力Fx方向相反，需要的夾緊力大。夾緊力的大小，影響夾緊裝置的結(jié)構(gòu)和操作方便性。103.夾緊力大小的確定夾緊力的大小，對工件裝夾的可靠性，工件和夾具的變形，夾緊裝置的復(fù)雜程度等都有著很大的影響。因此，在夾緊力的作用點和方向確定之后，還要確定恰當(dāng)?shù)膴A緊力大小。夾緊力大小的確定，是一個復(fù)雜而現(xiàn)實的問題，目前常采用下列兩種方法：

1)平衡計算法

按工件受力(簡化)平衡條件，列出夾緊力的計算方程式，并從中求出所需夾緊力Fc，為保證夾緊力可靠，再乘以安全系數(shù)K作為實際所需的夾緊力數(shù)值Fc′即

Fc′＝KFc考慮到切削力的變化和工藝系統(tǒng)變形等因素，一般在粗加工時取K=2.5～3；精加工時取K=1.5～2。

2)經(jīng)驗類比法

在實際夾具設(shè)計中，對于夾緊力的大小并非在所有情況下都要用計算確定。如對手動夾緊機(jī)構(gòu)，常根據(jù)經(jīng)驗或用類比的方法確定。

注意：對于需要比較準(zhǔn)確地確定夾緊力大小的，如氣動、液壓傳動裝置或夾緊容易變形的工件，仍有必要對夾緊狀態(tài)進(jìn)行受力分析，估算夾緊力的大小。11二、幾種常用典型夾緊機(jī)構(gòu)

1．斜楔夾緊機(jī)構(gòu)

2.螺旋夾緊機(jī)構(gòu)

3．偏心夾緊機(jī)構(gòu)

4．定心夾緊機(jī)構(gòu)

5.鉸鏈杠桿增力機(jī)構(gòu)

6.多件多位夾緊機(jī)構(gòu)

7．夾具的動力裝置

121．斜楔夾緊機(jī)構(gòu)

圖a是帶有斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的鉆床夾具，圖b是斜楔受力圖。夾緊力為式中是工件與斜楔間的摩擦角；是夾具體與斜楔間的摩擦角。13斜楔夾緊機(jī)構(gòu)特點1.利用斜面楔緊原理對工件進(jìn)行夾緊，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠2.夾緊行程小3.具有自鎖特性：自鎖條件≤1+2(一般鋼的摩擦系數(shù)μ約為0.1～0.15，則1＝2=5°～8°，故≤10°～16°，通常

=5°～7°)4.具有增力特性：可將原動力放大約3倍(夾緊力與原始外力之比，稱為擴(kuò)力比〔或稱增力系數(shù)〕，即ic=Fc/Fe,x。斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比ic≈3。越小，增力愈大，而升角的選取還與斜楔的夾緊行程有關(guān)。夾緊力的增力倍數(shù)和夾緊行程的縮小倍數(shù)正好相等，即夾緊力增大多少倍，夾緊行程就縮小多少倍，這是斜楔夾緊的一個重要特性)14斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實例在實際生產(chǎn)中，因手動操作的簡單斜楔夾緊機(jī)構(gòu)操作不方便，故應(yīng)用得較少。但是利用斜楔與其它機(jī)構(gòu)組合起來夾緊工件的機(jī)構(gòu)卻用得比較普遍。如圖所示為氣動斜楔夾緊機(jī)構(gòu)。

152.螺旋夾緊機(jī)構(gòu)

螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是從楔塊夾緊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化而來的，相當(dāng)于把楔塊繞在圓柱體上(如圖)，轉(zhuǎn)動螺旋時即可夾緊工件。圖b為螺釘?shù)氖芰κ疽鈭D。將它們代入力矩平衡方程式中，化簡后得夾緊力Fc為Fc

=

式中Fe,x是原始作用力；L是手柄長度；a是螺旋升角；是螺桿頭部與工件（或壓塊）間的摩擦角；是螺旋副的摩擦角；

r1′是螺釘頭部與工件（或壓塊）間的當(dāng)量摩擦半徑。

161.結(jié)構(gòu)簡單，夾緊可靠；2.擴(kuò)力比較大，一般可達(dá)＝60～100；3.具有很好的自鎖特性；4.夾緊行程不受限制；5.夾緊動作慢，夾緊費時，常與其他機(jī)構(gòu)聯(lián)合使用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)特點17螺旋夾緊機(jī)構(gòu)

的應(yīng)用實例1單螺旋夾緊機(jī)構(gòu)與工件的接觸形式有兩種：一種如圖4-46a，螺釘頭部與工件表面直接接觸，在夾緊時會使工件產(chǎn)生移動，且容易損傷與工件接觸的表面；另一種如圖4-46b，螺桿3的頭部通過活動壓塊4與工件接觸，這樣就防止了在夾緊時帶動工件轉(zhuǎn)動，并避免螺釘頭部與工件接觸面產(chǎn)生壓痕。18螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實例2在生產(chǎn)中，它常與其它機(jī)構(gòu)聯(lián)合使用，組成螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。圖為較典型的三種螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。圖a的擴(kuò)力比最小，ic=1/2,圖c中ic=2，操作省力，但結(jié)構(gòu)受工件形狀限制，圖b中ic=1。193．偏心夾緊機(jī)構(gòu)

偏心夾緊機(jī)構(gòu)是斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的又一種變形。它是將楔塊包在圓盤上，通過偏心零件直接或與其它元件組合而夾緊工件。偏心零件有圓偏心和曲線偏心兩種，常用的是圓偏心（偏心輪或偏心軸）。分析計算圓偏心的夾緊力時，可以將圓偏心近似看成假想的斜楔，如圖所示。作用于手柄上的原始力矩Fe,x×L,轉(zhuǎn)換成作用于P點的力矩F′

e,x×ρ。經(jīng)過整理：式中ρ是轉(zhuǎn)動軸心至夾緊點P間的回轉(zhuǎn)半徑；是圓偏心輪與工件間的摩擦角；是圓偏心轉(zhuǎn)軸處的摩擦角。經(jīng)過參數(shù)簡化代換,則擴(kuò)力比ic≈12。自鎖條件D≥（14～20)e20偏心夾緊機(jī)構(gòu)特點1.結(jié)構(gòu)簡單、操作快捷；2.具有增力特性：增力系數(shù)大約10～12；3.自鎖特性不穩(wěn)定；4.夾緊行程不大；5.一般適用于工件被夾壓表面的尺寸公差較小和切削過程中振動不大的場合。21偏心夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計要點圓偏心輪的設(shè)計過程大體上是：1.確定夾緊行程h；2.根據(jù)夾緊行程h確定偏心量e，一般推薦標(biāo)準(zhǔn)偏心距e=1.3～7mm；3.根據(jù)自鎖條件選定偏心輪直徑D，并進(jìn)行夾緊力校核計算；4.按結(jié)構(gòu)尺寸選取標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的偏心輪。224．定心夾緊機(jī)構(gòu)

將工件夾緊的過程中，同時實現(xiàn)定心作用的機(jī)構(gòu)（定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合）。其中，與工件接觸的元件既是夾緊元件，又是定位元件。適用場合：以軸線、對稱中心為工序基準(zhǔn)的工件。類型：定心夾緊機(jī)構(gòu)，根據(jù)其傳動方式的不同，可分為兩類。一類是利用斜楔、螺旋、偏心、齒輪和齒條等剛性傳動件，使定位夾緊元件作等速位移實現(xiàn)定心夾緊作用，可稱作剛性定心夾緊機(jī)構(gòu)。另一類是利用薄壁彈性元件受力后的均勻彈性變形，使工件定心并被夾緊。可稱作彈性定心夾緊機(jī)構(gòu)，特點是：夾緊力和夾緊行程較小，定心精度相對高。適用于精加工或半精加工。23剛性定心夾緊機(jī)構(gòu)-螺旋雙V形塊式工件裝在兩個可左右移動的V形塊2和3之間，V形塊的移動由具有左右旋想的螺桿1操縱。螺桿1的中部支承在叉形支架4上，支架用螺釘緊固在夾具體上。借助調(diào)整螺釘5、6調(diào)節(jié)支架4的位置，保證兩個V形塊的對中性。這種定心夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，工作行程大，通用性好。但定心精度不高，只適用于工作行程大、定位精度要求不高的工件。24剛性定心夾緊機(jī)構(gòu)-齒輪式圖4-56為齒輪式定心夾緊機(jī)構(gòu)。在三個齒輪軸3上裝有偏心卡爪2，并與中心齒倫4相嚙合。當(dāng)圓盤形工件裝入后，松開手柄1，偏心卡爪2在拉力彈簧5的作用下，使齒輪軸3逆時針轉(zhuǎn)動，三個偏心卡爪同時將工件定心并夾緊。順時針轉(zhuǎn)動手柄1，即可松開工件。該夾具的特點是結(jié)構(gòu)簡單，操縱方便，通用性好，夾緊力隨切削扭矩增加而增大，但由于存在齒輪傳動間隙和其它零件的制造誤差等，所以定心精度低。它較廣泛地應(yīng)用在盤形零件（如齒坯等）的鉆、擴(kuò)孔等工序中。

25剛性定心夾緊機(jī)構(gòu)-斜楔式圖所示為斜楔式定心夾緊機(jī)構(gòu)。它是利用卡爪1和斜楔2的相對滑動，使三個卡爪同時徑向移動，從而使裝在卡爪上的套簡類零件得到定心夾緊。夾緊是由拉桿在拉力Fe,x的作用下實現(xiàn)的。拉桿的軸向力Fe,x可由手動，或由液壓、氣動活塞桿動作而產(chǎn)生。該夾緊機(jī)構(gòu)主要用在工件大孔的定心夾緊，加工其外圓表面和兩端面。26彈性定心夾緊機(jī)構(gòu)-彈性膜片式圖所示為精車發(fā)動機(jī)軸承端蓋軸承孔和端面的彈性膜片定心卡盤。平板狀膜片3上有10個卡爪和5個軸向定位用的支承釘2。轉(zhuǎn)動螺釘6，通過滑柱5的斜面推動滑柱4，使膜片變形卡爪張開，進(jìn)行裝卸工件。裝入工件后，反轉(zhuǎn)螺釘6退回滑柱4，膜片彈性變形恢復(fù)，卡爪收縮定位夾緊工件?？ㄗι系穆葆?可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)工件直徑的變化。螺釘調(diào)節(jié)后用螺母鎖緊，并在所使用的機(jī)床上修磨定位面，以保證夾具定心軸線與機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸線的同軸度。這種夾緊機(jī)構(gòu)的優(yōu)點是定心精度高，可保證定心精度為0.005～0.01mm。機(jī)構(gòu)操作簡便，生產(chǎn)率高，但它的夾緊力較小，因此多用在精加工工序。27彈性定心夾緊機(jī)構(gòu)-液性塑料式圖4-59為加工連桿小頭襯套孔的液性塑料夾具。彈性元件為一薄壁套筒2，它內(nèi)孔中部的環(huán)形槽與夾具體1的主通道相通。在通道和環(huán)槽內(nèi)灌滿液性塑料。擰緊加壓螺釘3，使螺釘頭部的柱塞對密封腔內(nèi)的液性塑料施加壓力，迫使薄壁套產(chǎn)生均勻的徑向變形，將工件定心夾緊。液性塑料在常溫下是一種半透明凍膠狀物質(zhì)，具有一定的彈性和流動性，物理性能穩(wěn)定。因此能將所受的壓力均勻地傳遞至套簡的薄壁上，使之產(chǎn)生均勻的徑向彈性變形。這種夾緊機(jī)構(gòu)夾緊可靠、定心精度高，一般可保證同軸度誤差在0.01～0.02mm之內(nèi)。但由于受薄壁套筒變形量的限制，夾持范圍較小，故適用于精加工工序。285.鉸鏈杠桿增力機(jī)構(gòu)

在需要較大夾緊力時，可以采用中間傳動機(jī)構(gòu)來擴(kuò)大夾緊力。這些增力機(jī)構(gòu)，一般安置在夾緊元件和動力源（氣缸或液壓油缸）之間，組成復(fù)合的增力機(jī)構(gòu)，其夾緊力可由下式計算Fc＝Fe,x（ip1ip2···ipn）式中ip1ip2···ipn—復(fù)合機(jī)構(gòu)中各組成部分的擴(kuò)力比。圖為單作用鉸鏈杠桿夾緊機(jī)構(gòu)。當(dāng)活塞向右移動時，滾子2在墊塊l上移動，把壓板4的左端抬起而將工件夾緊。活塞向左移動時，放松工件。杠桿3可借助螺紋調(diào)節(jié)其長度，從而調(diào)整其夾緊時的工作位置。鉸鏈杠桿夾緊機(jī)構(gòu)具有擴(kuò)力比較大，摩擦損失較小的優(yōu)點，但自鎖性能較差。296.多件多位夾緊機(jī)構(gòu)

為提高生產(chǎn)率，需要同時夾緊幾個工件，為保證夾緊可靠，需要同時在多點對工件進(jìn)行夾緊，就應(yīng)采用各種多件多位夾緊機(jī)構(gòu)。

下圖為多件平行夾緊機(jī)構(gòu)，均采用螺旋壓板機(jī)構(gòu)。圖a用鉸鏈?zhǔn)綂A緊元件補(bǔ)償工件尺寸偏差，保證夾緊力合理地分布在四個工件上。圖b利用液性塑料的流動補(bǔ)償工件尺寸誤差，實現(xiàn)多件合理地夾緊。特點：效率高、所需總夾緊力較大。設(shè)計要點：注意夾緊力的合理分配。30多件多位夾緊機(jī)構(gòu)-串聯(lián)式

圖為銑軸承蓋兩端面的多件順序夾緊機(jī)構(gòu)。夾緊時通過夾緊螺釘2將工件順序地夾緊。V形定位壓板1可繞銷軸3轉(zhuǎn)動，以保證各工件都被夾緊。特點：效率高、在不計摩擦損失時，每個工件的夾緊力等于螺釘產(chǎn)生的夾緊力。設(shè)計要點：注意工件尺寸誤差的積累。31多件多位夾緊機(jī)構(gòu)-多位式

圖為多位夾緊機(jī)構(gòu)。當(dāng)旋緊左邊的夾緊螺母1時，壓板2向下夾緊工件，同時螺桿3向上提起，使與螺桿相連的橫桿4繞中間支點擺動，實現(xiàn)壓板6也同時夾緊工件。特點：一套施力系統(tǒng)，操作方便，可遠(yuǎn)距離使用。設(shè)計要點：注意夾緊力的分配。327．夾具的動力裝置

以上介紹了各種夾緊裝置，這里介紹夾具的動力裝置，我們知道，手動的動力裝置比較費時費力，為了改善勞動條件和提高生產(chǎn)率，在大批量生產(chǎn)中均使用氣動、液壓、氣液聯(lián)動等裝置代替手動夾緊，其中用得較多的是氣動和液壓傳動裝置。由于氣動和液壓裝置很相似，下面僅介紹氣動夾緊動力裝置的組成和工作原理。33夾具的動力裝置-氣動系統(tǒng)原理圖氣動夾緊的能源來自壓縮空氣。動力裝置為各種形式的氣缸或氣室。壓縮空氣一般由集中的壓縮空氣站通過管路供應(yīng)，因此每臺機(jī)床不需要空氣壓縮機(jī)等設(shè)備。如圖所示，壓縮空氣氣源（壓縮空氣站）供應(yīng)的壓縮空氣通過管路、經(jīng)氣源開關(guān)1、分水濾氣器2、調(diào)壓閥3、油霧器4、壓力表5以及配氣閥6等附件進(jìn)入氣缸，推動氣缸工作。分水濾氣器的作用為濾去壓縮空氣中的污物和水分。調(diào)壓閥的作用是控制進(jìn)入夾具的空氣壓力，并使其保持穩(wěn)定，一般壓力穩(wěn)定在400～600kPa。油霧器的作用是使空氣含油以潤滑氣缸。壓縮空氣通過油霧器時，使空氣與霧化的潤滑油混合。配氣閥的作用是控制進(jìn)、排氣方向，操縱氣缸動作。

34夾具的動力裝置-雙作用氣缸圖為活塞式雙作用氣缸的典型結(jié)構(gòu)，它由缸體1、前蓋2、后蓋3、活塞4、密封圈5和活塞桿6等組成。壓縮空氣從前蓋和后