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1、機械制造裝備設計,主講人：李愛芝,3.2.1 夾緊裝置的組成及基本要求 3.2.2 夾緊力的確定 3.2.3 常用的夾緊機構 3.2.4 夾緊機構的動力裝置,3.2 夾緊裝置的設計,3.2.1 夾緊裝置的組成及基本要求 夾緊：將工件定位后的位置固定下來。保持工件在定 位中所獲得的正確位置，使其在外力作用下， 不發(fā)生移動和振動。 夾緊裝置設計內容： 夾緊力的確定；夾緊機構設計； 夾緊動力裝置的設計或選擇。,（一）夾緊裝置的組成 1動力源（動力裝置）：產生原始作用力的部分。 夾緊力的來源：人力；某種動力裝置。 常用的動力裝置： 液壓裝置、氣壓裝置、電磁裝置、電動裝置、 氣一液聯(lián)合裝置、真
2、空裝置。 手動夾緊：用人力對工件進行夾緊。 機動夾緊：用液壓裝置、氣壓裝置、電磁裝置、電動 裝置等動力裝置進行夾緊。,2夾緊機構： 接受和傳遞原始作用力，使其變?yōu)閵A緊力并執(zhí)行夾緊任務的部分。 中間遞力機構： 把人力或動力裝置產生的原始作用力傳遞給夾緊元件。 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，保證夾緊可靠性。 夾緊元件（執(zhí)行元件）： 直接與工件接觸，最終完成夾緊任務。 人力或動力裝置（原始作用力）中間遞力機構夾緊元 件工件。,液壓夾緊銑床夾具：液壓缸、活塞、活塞桿組成了液壓動力裝置，鉸鏈臂和壓板等組成了鉸鏈夾緊機構，其中壓板是夾緊元件。,液壓夾緊銑床夾具 、壓板，、鉸鏈臂
3、，、活塞桿，，液壓缸，、活塞,(二)對夾緊裝置的基本要求 1確能保證工件定位后占據的正確位置 2夾緊力的大小要適當、穩(wěn)定 3夾緊裝置的復雜程度與生產類型相適應。 4夾緊裝置必須可靠 5工藝性好,,返回,,有助于定位，不應破壞定位.,,既要保證工件在加工過程中的位置穩(wěn)定不變，振動小，又要使工件不產生過大的夾緊變形。夾緊力穩(wěn)定可減少夾緊誤差。,,手動夾緊自鎖、機動夾緊聯(lián)鎖保護、夾緊行程足夠等。,,結構簡單，便于制造和維修；多用標準零部件；操作方便、安全、省力,3.2.2 夾緊力的確定 包括夾緊力的作用點、方向、大小三要素。
4、 （一）夾緊力的方向 1夾緊力的方向應有助于定位，而不應破壞定位。 （1）只有一個夾緊力，夾緊力應垂直于主要定位基面或使各定 位基面同時受到夾緊力的作用。,例1：夾緊力的方向朝上主要定位面 圖（a）：工件被鏜的孔與左端面A有一定的垂直度要求。 圖（）：夾緊力朝向主要定位面（形塊的形面），使工件的裝夾穩(wěn)定可靠。,例2：一力兩用示例，使各定位基面同時受到夾緊力作用。 圖（a）所示，可對第一定位基面施加，對第二定位基面施加； 圖（）所示，施加代替、，使兩定位基面同時受到夾緊力的作
5、用。,圖（）所示，施加代替、，使兩定位基面同時受到夾緊力的作用。,一力兩用示例,（2）用幾個夾緊力分別作用時，朝向主要定位面的夾 緊力應是主要夾緊力，應注意幾個夾緊力動作順 序。 如三基面組合定位： 是主要夾緊力，朝向主要定位面，最后作用； 2、3是幫助定位的，應首先作用。,,2夾緊力的方向應方便裝夾和有利于減小夾緊力：最好與切削 力F、重力G方向一致。 圖（a）夾緊力W與重力G、切削力F方向一致：可以不夾緊 或用很小的夾緊力， 圖（b）夾緊力W與切削力F垂直：夾緊力較小， 圖（c）夾緊力W與切削力F成一夾角：夾緊力較大，,圖（d）夾緊力W與切削力F、重力G垂直：夾緊力最大，
6、圖（e）夾緊力W與切削力F、重力反向：夾緊力較大。 圖（a）、（b）優(yōu)先選用，圖（c）、（e）次之，圖 （）最差，避免不用。,夾緊力與切削力、重力的關系,3夾緊力方向應與工件剛度高的方向一致，以減少夾緊變形。 如薄壁套加工改徑向夾緊軸向夾緊。,薄壁套筒的夾緊,（二）夾緊力的作用點 1應能保持工件定位穩(wěn)定，而不致引起工件發(fā)生位移或偏轉。 落在定位元件之上或支承范圍內,夾緊力作用點的位置,2夾緊力的作用點應有助于減小夾緊變形。 夾緊力的作用點應落在工件剛性好的方向和部位，特別對低剛度工件。 如發(fā)動機汽缸套加工，大多數工序采用軸向夾緊。 夾緊如圖）所示薄壁箱體時： 夾緊力應作用在剛性好的凸邊上；
7、若箱體無凸邊時，可如圖），將單點夾緊改為三點夾緊， 使著力點落在剛性好的箱壁上。,夾緊力作用點與夾緊變形的關系,設計特殊形狀夾爪、壓角等分散作用夾緊力，增大工件受力 面積。 采用具有較大弧面的夾爪來防止薄壁套筒變形；或采用彈簧 套筒夾緊。 采用球面支承代替固定支承，夾壓環(huán)形工件。,增大受力面積減少夾緊變形,3夾緊力的作用點應盡量靠近工件加工表面，以提高定位穩(wěn)定性和夾緊可靠性，減少加工中的振動（低剛度工件）。 不能滿足上述要求時，可以增設輔助支承，以提高定位穩(wěn)定性，承受夾緊力和切削力等。,輔助支承和輔助夾緊,4夾緊力的反作用力不應使夾具產生影響加工精度的變形 導向、定位與夾緊支架分開（精加工夾具
8、） 例1:發(fā)動機機體精鏜主軸孔、凸輪軸夾具： 導向與夾緊支架分開。 例2: 存在的問題：夾緊力作用于導向支架上， 夾緊力的反作用力引起導向支架變形，影響導向精度； 改進措施：導向支架與夾緊機構分開，讓夾緊力的反作用力不再作用在導向支架上。,夾緊引起導向支架變形,（三）夾緊力的大?。?夾緊力的大小必須適當： 過小，加工過程中發(fā)生移動或振動，破壞定位； 過大，使工件和夾具產生夾緊變形，影響加工質量。 夾緊力確定方法：實驗法、估算法。 估算夾緊力通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)以簡化計算。 估算時，應找出對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需 要的夾緊力，并考慮主要因素在力系中的影響，略去次要因
9、素 在力系中的影響。 夾緊力需準確場合實驗法確定夾緊力。,夾緊力估算步驟： 1計算切削力； 2求出理論夾緊力W 根據加工過程中，工件受到切削力F（按對夾緊最不利的加 工條件）、夾緊力W（大型工件的重力，高速運動工件的慣 性力，高速旋轉工件的離心力）、支承反力及摩擦力，處于 靜力平衡狀態(tài)，求出理論夾緊力W。 3求出實際夾緊力W：W=KW K安全系數，與加工性質、切削特點、夾緊力來源、刀具情 況有關：一般取K1.53。 粗加工時，K2.53；精加工時，K1.52.5。,夾緊力計算示例： 圖示為銑削加工示意圖，試估算所需夾緊力。 因是小型工件，工件的重力不計；因壓板是活動的，壓板對工件的摩擦力不計。
10、 銑削時，切削力的作用點、方向和大小是變化的，應按最危險情況考慮。,銑削時夾緊力的估算,對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)是銑刀切入全深、切削力達到最 大時，工件繞O點轉動，形成切削力矩，需用夾緊 力產生的摩擦力矩、與之平衡， 設 則 夾緊工件的實際夾緊力為,,,,,,,,,,,返回,3.2.3 常用的夾緊機構 基本夾緊機構 ： 斜楔夾緊機構、螺旋夾緊機構和偏心夾緊機構 (一)斜楔夾緊機構 斜楔夾緊原理： 利用其斜面移動時所產生的壓力來夾緊工件的，即利 用斜面的楔緊作用夾緊工件。,斜楔夾緊機構,圖（）是在工件上鉆互相垂直的、兩組孔，工件裝入后，錘擊斜楔大頭，夾緊工件；加工完畢后，錘擊斜楔小頭，松開工件。
11、由于用斜楔直接夾緊工件的夾緊力較小，且操作費時，實際生產多數情況下是將斜楔與其它機構聯(lián)合起來使用： 圖（b）是將斜楔與滑柱合成一種夾緊機構，一般用氣壓或液壓驅動斜楔。 圖（c）是由端面斜楔與壓板組合而成的夾緊機構。,1斜楔的夾緊力,在外力作用下斜楔的受力情況： 原始作用力 工件的反力W和摩擦力 夾具體的反力 和摩擦力 建立靜平衡方程式： 斜楔與工件間的摩擦角 斜楔與夾具體間的摩擦角,,,,,,2斜楔的自鎖條件 自鎖： 加在斜楔上的原始作用力Q撤除后，斜楔在摩擦力作用下仍然 不會松開工件的現象。 此時摩擦力的方向與斜楔企圖松開和退出的方向相反，如圖 （b）所示：極限狀態(tài)下，斜楔在工件反力
12、和夾具體反力作用 下，處于平衡狀態(tài)：,,斜楔的自鎖條件 斜楔的升角小于或等于斜楔與工件、斜楔與夾具體間的摩擦角之和 若 手動夾緊機構一般取 液壓或氣壓驅動的斜楔，可取,,,,,,,,3斜楔的擴力比與夾緊行程 （1）擴力比：夾緊力與原始作用力之比稱為擴力比，即： 若 斜楔具有擴力作用， 越小， 越大。,,,,,,,,（2）夾緊行程： 圖（c）所示，h是斜楔夾緊行程，s是斜楔夾緊工件過程中移 動的距離： 由于s受到斜楔長度的限制，要增大夾緊行程，就得增大斜角 ，這樣會降低自鎖性能。 當要求機構既能自鎖，又要有較大的夾緊行程，可采用雙斜面斜楔： 大斜角 一段使滑柱迅
13、速上升，小斜角 一段確保自鎖。,,,,,,,,4斜楔夾緊的結構特點 （1）斜楔的自鎖性； （2）斜楔可改變夾緊力方向； （3）斜楔具有增力作用； （4）斜楔夾緊在夾緊方向上的行程??； （5）斜楔夾緊效率低： 斜楔與夾具體、工件為滑動摩檫。 多用于機動夾緊裝置中,（二）螺旋夾緊機構 由螺釘、螺母、墊圈、壓板等元件組成的夾緊機構。,常見螺旋夾緊機構,（1）單個螺旋夾緊機構： 直接用螺釘或螺母夾緊工件的夾緊機構。 螺釘頭直接與工件表面接觸，螺釘轉動時，可能損傷工件表面，或帶動工件旋轉。為克服這一缺點，可在螺釘頭部裝上擺動壓塊（已標準化）。 當擺動壓塊與工件接觸后，由于壓塊與工件間的摩擦力矩大于壓塊
14、與螺釘間的摩擦力矩，壓塊不會隨螺釘一起轉動。,擺動壓塊,快速夾緊機構： 單個螺旋夾緊機構夾緊動作慢，裝卸工件費時，為了克服這 一缺點，出現了各種快速螺旋夾緊機構。,,使用了開口墊圈,,采用了快卸螺母,,夾緊軸1上的直槽連著螺旋槽，先推動手柄2，使擺動壓塊迅速靠近工件，繼而轉動手柄，夾緊工件并自鎖。,,手柄4帶動螺母旋轉時，因手柄5的限制，螺母不能右移，致使螺桿帶著擺動壓塊3往左移動，從而夾緊工件。松開時，只要反轉手柄4，稍微松開后，即可轉動手柄5，為的快速移動讓出了空間。,夾緊力計算： 原始作用力Q； 工件對螺桿的反作用力 ： 垂直方向的反作用力W（夾緊力）、摩擦力 ； 夾具體上的螺母對螺桿的
15、作用力 ： 垂直于螺旋面作用力R、摩擦力 ； 分解螺桿軸向分力，與W平衡， 周向分力作用在螺紋中徑 上，對螺桿產生力矩：,,,,,,,矩形螺桿受力示意圖,建立靜平衡方程式： 斜楔升角（）； 螺桿端部與工件間的摩擦角（）； 螺桿與夾具體（螺母）間的摩擦角（）； 當量摩擦半徑，與螺桿端面形狀有關。,,,,,（2）螺旋壓板夾緊機構 結構形式變化最多的是螺旋壓板夾緊機構， 如圖所示是常見的螺旋壓板夾緊機構。 圖a）、b）為移動壓板； 圖c）、d）為回轉壓板。,螺旋壓板夾緊機構,螺旋鉤形壓板機構特點：結構緊湊，使用方便。 當鉤形壓板妨礙工件裝卸時，可采用自動回轉鉤形壓板， 它避免了用手轉動鉤
16、形壓板的麻煩。有關設計計算可查閱 “夾具設計手冊”。 螺旋夾緊機構特點： 結構簡單、制造容易、自鎖性能好、夾緊可靠、夾緊力和 夾緊行程大，是手動夾緊中用得最多的一種夾緊機構。,螺旋鉤形壓板夾緊機構,自動回轉鉤形壓板,（三）偏心夾緊機構 利用偏心件直接或間接夾緊工件的夾緊機構。 原理：利用偏心件回轉時半徑逐漸增大而產生夾緊力來夾緊工 件偏心夾緊的楔角是變化的（弧形楔）。 常用的偏心件：圓偏心輪（ ）；偏心軸。,,圓偏心夾緊機構,偏心夾緊機構特點： 操作方便、夾緊迅速，但夾緊力和夾緊行程都較小，一般用于切削力不大、振動小、夾壓面公差小的加工中。 常用的一種手動夾緊機構。,（四）其它夾緊機構
17、1鉸鏈夾緊機構： 特點：動作迅速，增力比大，易于改變力的作用方向； 缺點：自鎖性能差。 用于氣動、液壓夾緊。 設計要點： 進行鉸鏈、杠桿受力分析、運動分析、主參數分析計算； 設置必要的浮動、調節(jié)環(huán)節(jié)。,2定心夾緊機構 （1）定位夾緊元件按等速位移原理來均分工件定位面的 尺寸誤差，實現定心和對中。,錐面定心夾緊心軸,螺旋定心夾緊機構,（2）定位夾緊元件按均勻彈性變形原理實現定心夾緊。 如彈性心軸、彈性夾頭、液性塑料夾頭等。,彈簧套筒結構,彈簧夾頭結構,3聯(lián)動夾緊機構： 實現多點同時夾緊，或多個工件同時夾緊； 實現使工件先可靠定位再夾緊，或先鎖緊輔助支 承再夾緊。 設計聯(lián)動夾緊機構應注意問題
18、？,,返回,3.2.4 夾緊機構的動力裝置 1氣動夾緊裝置：采用壓縮空氣作為夾緊裝置的動力源。 特點： 壓縮空氣具有粘度小，不污染，傳送分配方便的優(yōu)點； 工作壓力為，執(zhí)行件氣缸，結 構尺寸較大，有排氣嘈聲。,典型氣壓傳動系統(tǒng),2液壓夾緊裝置： 與氣動夾緊裝置相比有下列優(yōu)點： （1）工作介質為液壓油，工作壓力為 液壓油缸。 （2）液壓油具有不可壓縮性 （3）液壓夾緊裝置噪聲小。 需要一套專用供油裝置液壓站，成本高。 適用于具有液壓傳動系統(tǒng)的機床和切削力較大的場合。,,,夾緊裝置剛度大，工作平穩(wěn)可靠。,,油缸尺寸小，夾緊裝置緊湊。,3氣液聯(lián)合夾緊裝置 利用壓縮空氣為動力，油液為傳動介質，兼有氣動和液壓夾緊裝置的優(yōu)點。 下圖為氣液增壓器：將壓縮空氣的動力轉換成較高壓力的液體，供應夾具的夾緊油缸。,氣液增壓器,4其它動力裝置 （1）真空夾緊,（2）電磁夾緊：平面磨床電磁吸盤。 （3）其它方式夾緊： 重力、慣性力、彈性力等夾緊工件。,,返回,
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