第三章 工件在夹具中的夹紧.ppt

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1、第三章 工件在夹具中的夹紧,夹紧装置的组成及其设计要求,第三节,第二节,第一节,夹紧力的确定,夹紧机构设计,结束,第三章 工件在夹具中的夹紧,第四节,夹紧动力装置设计,第五节,夹紧装置设计实例,第三章 工件在夹具中的夹紧,工件在夹具中的装夹是定位和夹紧这两个过程紧密联系在一起的。工件在定位后，只有在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务是：保持工件在定位中所获得的既定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力的作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和安全生产。有时间工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确位置。,第三

2、章 工件在夹具中的夹紧,第一节 夹紧装置的组成及其设计要求,第一节 夹紧装置的组成及其设计要求,一、夹紧装置的组成：（两部分组成）1、动力源：产生原始作用力的部分。1）手动夹紧：人力提供动力源 2）机动夹紧：以气动、液动、电动为动力源。2、夹紧机构：接受和传递作用力，使之变为夹紧力，执行夹紧的部分。包括中间递力机构和夹紧元件 中间递力机构的作用：a、改变夹紧力方向；b、改变夹紧力大小；c、提供自锁功能。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第一节 夹紧装置的组成及其设计要求,二、夹紧装置的设计要求 1、夹紧力应有助于定位，而不应破坏定位；2、夹紧力的大小应能保证加工过程中工件不发生移动和震动，并能在一

3、定的范围内调节；3、工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不应超出允许的范围；4、应有足够的夹紧行程，手动夹紧要具有一定的自锁性；5、结构简单、易于操作，并有足够的强度和刚度。核心问题是：确定夹紧力的大小、方向和作用点。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第二节 夹紧力的确定,主要介绍夹紧力的大小、方向、作用点一、夹紧力的方向 1、夹紧力的方向应垂直于主要定位基面,第三章 工件在夹具中的夹紧,第二节 夹紧力的确定,当需要对几个支承面同时施加夹紧力时，可分别加力或采用一定形状的压块实现一力两用。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第二节 夹紧力的确定,2、夹紧力的方向应有利于减小夹紧力 图示为工件安装时重力G、

4、切削力F和夹紧力W之间的相互关系。其中：图(a)最好，图(d)最差。W=0 W=F/-G W=(F+G)/W=F+G,第三章 工件在夹具中的夹紧,第二节 夹紧力的确定,为了减小夹紧力，可以在正对切削力F的作用方向，设置一个支承元件，这种支承不用作定位，而是用来防止工件在加工过程中移动。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第二节 夹紧力的确定,二、夹紧力的作用点 夹紧力的作用点是指夹紧元件与工件相接触的一小块面积。作用点的选择是在夹紧力的方向应是已知的。选择夹紧力作用点的位置和数目时，应考虑工件定位可靠，防止夹紧变形，确保工序的加工精度。1 夹紧力的作用点，应能保证工件定位稳定，而不致引起工件发生移动

5、和偏转。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第二节 夹紧力的确定,2 夹紧力的作用点，应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。为了减小工件的夹紧变形，可采用增大工件受力面积的措施。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第二节 夹紧力的确定,3 夹紧力的作用点，应尽可能靠近工件加工表面或设辅助支承，以提高定位稳定性和夹紧可靠性。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第二节 夹紧力的确定,三、夹紧力的大小 夹紧力太小，工件在加工中可能发生移动而破坏定位；夹紧力太大，工件、夹具的变形较大，影响加工质量。实际夹紧力W0为理论夹紧力W乘以安全系数K，即：W0=K*W 其中K为安全系数：K=1.53 粗加工：K=2.53 精加工：K

6、=1.52 夹紧工件所需夹紧力的大小，除与切削力的大小有关外，还与切削力对定位支承的作用方向有关。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,在夹具中，外来的作用力要转化成夹紧力必须通过夹紧机构，因此，夹紧机构是夹紧装置中的一个很重要的部分。常用夹紧机构：斜楔、螺旋、圆偏心、定心对中、联动夹紧机构。一、斜楔夹紧机构 1 作用原理 它是夹紧机构中最基本的形式之一，螺旋、圆偏心、定心夹紧机构都是它的变型。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,2 夹紧力的计算 斜楔受力：Q：外力;W:夹紧力；W：工件对斜楔的作用力 N：夹具对斜楔的作用力,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹

7、紧机构设计,根据静力平衡方程：X=0 Q-Nsin(+1)-Wsin2=0-1 Y=0 Ncos(+1)-Wcos2=0-2 W=Wcos 2=N cos(+1)W=W/cos 2 N=W/cos(+1)将结果代入1式，则：Q-Wtg(+1)-Wtg2=0 得：W=Q/tg(+1)+tg2 由于、1、2 均很小，一般取1=2=,则近似有：W=Q/(tg+2tg)一般情况下，取1=2=46，=610,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,3 结构特点 1）斜楔的自锁特性：所谓自锁是指当外力Q消失后，机构在摩擦力作用下，仍能保持夹紧状态而不松开。,第三章 工件在夹具中的夹紧,Q,第三节

8、 夹紧机构设计,斜楔具有自锁性的受力分析：其铅垂方向的受力需满足：斜楔自锁条件为：楔角小于等于斜楔与工件之间的摩擦角2及斜楔与夹具体之间的摩擦角1之和。一般 1=2=6，因此取=12 实际取=6，这时tg 6=0.1=1/10,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,2）斜楔能改变原始作用力的方向 3）斜楔具有增力作用：其增力比为：ip=W/Q=1/tg(+1)+tg2 越小，增力比越大。4）斜楔夹紧行程小：越小夹紧行程就越小，自锁性越好。因此，增加夹紧行程和自锁性能是相互矛盾的。一般可用双升角斜楔来解决这个矛盾。具有较大的夹紧行程，又具有自锁性。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节

9、 夹紧机构设计,5）斜楔夹紧的效率低：因为相互之间是滑动摩擦，故效率较低。为了提高效率，可采用带滚子的斜楔夹紧机构，但自锁性能降低，故一般用在机动夹紧上。4、使用范围 1）毛坯质量较高时。2）斜楔夹紧机构增力比小，效率低下，多用于机动夹紧机构中。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,二、螺旋 夹紧机构 1、作用原理：作用原理与斜楔夹紧相似。2、结构特点：结构简单,扩力比大,自锁性能好,行程不受限,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,3、夹紧力的计算,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,根据平衡条件，对螺杆中心线的力矩为零。,第三章 工件在夹具中的夹紧,

10、第三节 夹紧机构设计,其它类型螺纹的螺杆夹紧力计算：,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,3、适用范围：多用于手动夹紧。为提高效率，出现了各种快速的螺旋夹紧机构。如图,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,增大夹紧行程 改变作用力的方向 增大夹紧力,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,当结构尺寸受限制时，可采用钩形压板机构：钩形压板机构夹紧力计算：,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,三、定心、对中夹紧机构 特点：定位、夹紧同时实现；定位元件同时又是夹紧元件。用于以中心线、对称面为基准的场合（定位误差为零）。如：图b不能保证同轴度，而图c则

11、可以。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,图a)存在基准不重合误差，影响对中性，定位误差是TL/4；图b)不存在基准不重合误差；,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,1、按定位-夹紧元件的等速移动原理实现定心、对中夹紧,第三章 工件在夹具中的夹紧,2、按定位-夹紧元件的均匀变形原理实现定心夹紧 1）弹簧夹头：,第三节 夹紧机构设计,2）液性塑料夹具 这种夹具主要用于工件以内孔或外圆定位并要求达到较高的定心精度的情况。图示为一精车用的液性塑料夹具。在拧紧螺钉1、使柱塞2压向液性塑料时，液性塑料将此压力等值并同时传递给套筒4使其产生均匀的变形，件5被定心和夹紧,第三章

12、 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,六、联动夹紧机构 1、多点、多向夹紧机构 一个原始作用力，通过一定的机构分散到数个点上对工件进行夹紧。最简单的多点、多向夹紧是采用浮动压头的夹紧。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,2、多件夹紧机构 一个原始作用力，通过一定的机构对数个工件进行夹紧。1）平行夹紧,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,2）对向夹紧和复合夹紧 对向夹紧是通过浮动夹紧机构产生两个大小相等、方向相反但比原始作用力大的夹紧力。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,3）依次连续夹紧 基准位置误差与加工尺寸方向成90度，并不会造成定位误差

13、。对于连续夹紧机构，由于摩擦的影响，实际上各工件所受到的夹紧力并不相等，距原始作用力越远，夹紧力越小，故夹紧的工件数应有所限制,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,3、夹紧与其它动作联动 图a)所示为夹紧与移动压板联动机构。工件定位后，逆时针扳动手柄，先是由拨销4拨动压板上的螺钉2使压板1进到夹紧位置。继续扳动手柄，拨销与螺钉脱开。而由偏心轮5顶起螺钉3及压块1夹紧工件。松开时，由拨销4拨动螺钉3，将压板退出。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,图b)为夹紧与锁紧辅助支承联动机构。工件定位后，辅助支承1在弹簧的作用下与工件接触。转动螺母3推动压板2，压板2在压紧工

14、件的同时，通过锁销4将辅助支承1锁紧。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第三节 夹紧机构设计,图c)为先定位后夹紧联动机构。当活塞杆2向右移动时，螺钉3离开拨杆5，推杆7在弹簧4的作用下向上抬起，推动活块9使工件靠在V形定位块12上；活塞杆2继续向右移动，通过滚子6推杆8，顶起压板10压紧工件。当活塞杆向左移动时，压板10在弹簧11的作用下松开工件，螺钉3推转拨杆5，压下推杆7，其斜面带动活块9松开工件，即可取下工件。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第四节 夹紧动力装置设计,高效率的夹具，大多采用机动夹紧方式，如气动、液动、电动等。气动和液动装置应用最为普遍。一、气动夹紧 气动夹紧的动力源是压缩空气

15、。约4个大气压 1、气动传动系统的典型结构 典曲型的气动传动系统如图所示。由气源、气缸或气室、油雾器(雾化器)、减压阀、单向阀、分配阀、调速阀、压力表等元件组成。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第四节 夹紧动力装置设计,雾化器：来自气源的压缩空气先经过雾化器，使雾化器中的润滑油被雾化而随之进入传动系统，以便利用油雾对传动系统中的运动部件进行充分润滑。减压阀：将气源送来的压缩空气减压至气动夹紧装置所要求的工作压力。单向阀：主要起安全保护作用，防止气源供气中断或压力突降而使夹紧机构松开。分配阀：控制压缩空气对气缸的进气和排气。调速阀：调节压缩空气进入气缸的流量，以控制活塞的移动速度。压力表：指示气缸

16、中压缩空气的工作压力。气 缸：将压缩空气的工作压力转换为活塞的移动，由此推动夹紧机构，实现夹紧动作，,第三章 工件在夹具中的夹紧,第四节 夹紧动力装置设计,第三章 工件在夹具中的夹紧,活塞式旋转气缸,第四节 夹紧动力装置设计,活塞式移动气缸,单向作用,双向作用,第三章 工件在夹具中的夹紧,第四节 夹紧动力装置设计,薄膜式气缸,第三章 工件在夹具中的夹紧,第四节 夹紧动力装置设计,气动夹紧的优点：1 夹紧力基本稳定 2 夹紧动作迅速 3 操作省力 气动夹紧的不足：1 夹紧刚度差，一般不适用于切削力很大的场合。2 对于同样的作用力，气动夹紧的结构较庞大。3 车间噪声大。,第三章 工件在夹具中的夹紧

17、,第四节 夹紧动力装置设计,二、液压夹紧 液动夹紧的工作原理基本上与气动相同，只是工作介质不同。由于油压比气压高(一般可达6MPa以上)加上液体的不可压缩性，因此产生同样的作用力，油缸尺寸比气缸小得多，且液动夹紧刚度比气动夹紧刚度大得多，工作平稳，没有噪音，劳动条件好。但是液动需要单独为液压装置配置专门泵站，成本高，易漏油，一般用在本身具有液压传动系统的设备上。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第四节 夹紧动力装置设计,三、气液增压夹紧 气一液增压夹紧的动力源仍为压缩空气，但它综合了气动夹紧与液动夹紧的优点，被广泛应用。气-液增压夹紧的工作原理：空气进入A室推动活塞1，活塞杆2将增大的压力P1通过

18、油液推动活塞3，将作用力Q放大(压力比液压传动增大 倍)。上图所示装置的缺点是活塞杆的行程不大，活塞3的行程比活塞1的减小了 倍。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第四节 夹紧动力装置设计,为了增大活塞杆的行程，可采用图示结构。压缩空气由5进入气缸D腔，推动活塞6右移，实现预夹紧，并增大行程。然后，再由1向A腔通入压缩空气，推动活塞2左移，把开口4封住，C腔密闭，就实现增压夹紧。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第四节 夹紧动力装置设计,四、手动机械增压 手柄11放松，柱塞3向上移动，油从油池1吸人a腔；压油时手柄11向下，a腔中的油就经单向阀9和b腔进入夹具的各工作油缸。手柄1l提到松开位置，手柄轴

19、缺口推动摆块7和导管6将钢球5顶开，夹具中单向工作油缸的油在弹簧作用下流回油箱,第三章 工件在夹具中的夹紧,第五节 夹紧装置设计实例,夹紧装置是夹具的重要组成部分之一，选择工件的夹紧方案，必须与选择定位方法结合起来同时考虑。专用夹具的设计是根据零件工艺规程时所提出的夹具设计任务书进行的。一、工序加工要求 图3-55所示是铣顶面的工序简图，要求保证左右两端的厚度尺寸为14mm，表面相糙度为Ra6.3。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第五节 夹紧装置设计实例,二、定位夹紧方案 为保证工序加工要求，采用如图3-56所示的定位夹紧方案，左右两个固定支承板限制Y轴转动及沿Z轴移动两个转动不定度，工件侧面用三个固定支承钉限制绕Z及X的轴转动及沿Y轴移动三个不定度。为防止工件夹紧变形，采用与三个侧面定位支承钉相对应的带有三个爪的可卸浮动压板，通过拉杆在工件内壁夹紧工件。,第三章 工件在夹具中的夹紧,第二章 典型零件的加工-箱体,第二章 典型零件的加工-箱体,