《机床夹具设计》夹紧装置设计.docx

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1、模块 3 夹紧装置设计【知识目标】 机床夹具夹紧装置的组成和基本要求； 夹紧装置中夹紧力大小、方向及作用点的基本确定方法； 基本夹紧机构(斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、铰链夹紧机构)等工 作特性。【技能目标】 掌握联动夹紧机构、定心夹紧机构以及夹紧动力装置的应用； 掌握专用夹具夹紧装置设计的基本方法及应用； 培养学生查阅“设计手册”和资料的能力，逐步提高学生处理实际工程技术问题的 能力。【任务描述】机械加工过程中，被加工的工件常会受到切削力、离心力、重力、惯性力等的作用，在 这些外力作用下，要使工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置，而不致发生 振动或偏移，保证加工质量和

2、生产安全，夹紧装置的设计尤为重要，一般夹具结构中都必须 设计夹紧装置将工件可靠夹牢。同时夹紧装置的结构合理性、装卸快捷性及使用的安全性等 因素对于工件的加工的质量有重要的影响。如图 3-1 所示，需要加工摇臂零件f18H7 孔，本任务就是根据加工要求设计一套专用夹 具的夹紧机构来满足孔f18H7 的加工要求。图 3-1 加工摇臂零件f18H7 孔【任务分析】图 3-1 为加工摇臂零件f18H7 孔的工序图，要求根据加工工艺要求设计该零件的夹紧装 置。首先要分析在加工f18H7 孔时，需要限制该零件哪几个自由度，既确定工件的定位基准； 其次要根据夹紧装置的基本要求，来确定夹紧的三要素（大小、方向

3、、作用点），并且根据 常见夹紧装置的结构及生产现场的情况初步确定夹紧装置的结构特点。最后要对夹紧装置进 行误差分析和相关特性分析。【任务引导】(1) 工件定位与夹紧概念是什么？工件夹紧是由什么装置实现的？(2) 机床夹具夹紧装置的组成和基本要求是什么？(3) 夹紧力确定的基本原则是什么？(4) 基本夹紧机构有哪些？主要结构特点是什么？(5) 联动夹紧机构的种类有哪些？主要结构特点是什么？(6) 定心夹紧机构的种类有哪些？主要结构特点是什么？(7) 夹紧动力装置有哪些？主要结构特点是什么？(8) 生产现场机床夹具动力装置有哪些？(9) 生产现场专用机床夹具气动和液压动力装置组成有哪些？精品文档1

4、(10) 生产现场斜楔夹紧机构和偏心夹紧机构的种类有哪些？特点是什么？(11) 生产现场联动夹紧机构和定心夹紧机构的种类有哪些？特点是什么？【知识准备】学习情境 3.1 夹紧装置的组成和基本要求3.1.1 夹紧装置的组成夹紧装置是指工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，典型 的夹紧装置是由力源装置、中间传力机构和夹紧元件所组成。如图 3-2 所示为夹紧装置组成 示意图，它主要由力源装置、中间传力机构和夹紧元件三部分组成。1.力源装置力源装置是指产生夹紧作用力的装置。力源装置所产生的力称为原始力，如气动、液动、 电动等，图 3-2 中的力源装置为气缸 1。对于手动夹紧来说，

5、力源来自人力。2.中间传力机构中间传力机构是介于力源和夹紧元件之间传递力的机构，如图 3-2 中的斜楔 2 和滚轮 3。 在传递力的过程中，中间传力机构能够改变作用力的方向和大小，起增力作用；还能使夹紧 实现自锁，保证力源提供的原始力消失后，仍能可靠地夹紧工件，这对手动夹紧尤为重要。3.夹紧元件夹紧元件是指夹紧装置的最终执行件，与工件直接接触完成夹紧作用，如图 3-2 中的压 板 4。图 3-2 夹紧装置组成示意图1气缸；2斜楔；3滚轮；4压板3.1.2 夹紧装置的基本要求夹紧装置是夹具重要组成部分，合理设计夹紧装置有利于保证工件的加工质量、提高生 产率和降低工人劳动强度。通常夹紧装置的具体组

6、成并非一成不变，须根据工件的加工要求、 安装方法和生产规模等条件来确定。但无论其组成如何，都必须满足以下基本要求：(1) 夹紧时应保持工件定位后所占据的正确位置。(2) 夹紧力大小要适当，夹紧机构既要保证工件在加工过程中不产生松动或振动。同时， 又不得产生过大的夹紧变形和表面损伤。(3) 夹紧机构的自动化程度和复杂程度应和工件的生产规模相适应，并有良好的结构工 艺性，尽可能采用标准化元件。(4) 夹紧动作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安全。(5) 结构简单，易于制造。精品文档2学习情境 3.2 夹紧力的确定一套夹紧装置设计的优劣，很大程度上取决于夹紧力的设计是否合理。夹紧力包括三要 素：方

7、向、作用点和大小。确定这些要素时，要分析工件的结构特点、加工要求、切削力和 其他外力作用工件的情况,以及定位元件的结构和布置方式。3.2.1 夹紧力方向确定夹紧力方向时，应与工件定位基准的位置及所受外力的作用方向等结合起来考虑。 其确定原则是：1.夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面如图 3-3（a）所示的直角支座以 A、B 面定位镗孔，要求保证孔中心线垂直于 A 面。为 此应选择 A 面作为主要定位基准，夹紧力 Q 的方向垂直于 A 面。这样无论 A 面与 B 面有多 大的垂直度误差，都能保证孔中心线与 A 面垂直。否则如图 3-3（b）所示的夹紧力方向垂 直于 B 面，则因 A、B 面间

8、有垂直度误差（a90或a90），使镗出的孔不垂直于 A 面而 可能工件报废。(a)合理(b)不合理图 3-3 夹紧力方向对镗孔垂直度的影响2.夹紧力作用方向应使所需夹紧力最小夹紧力作用方向应使所需夹紧力最小，这样可使机构轻便、紧凑，工件变形小，对手动 夹紧可减轻工人劳动强度，提高生产效率。为此，应使夹紧力 Q 的方向最好与切削力 F、 工件的重力 G 的方向重合，这时所需要的夹紧力为最小。如图 3-4 所示了 F、G、Q 三力不 同方向之间关系的几种情况。显然，图 3-4（a）最合理，图 3-4（f）最不合理。（a）最合理（b）较合理（c）可行（d）不合理（e）不合理（f）最不合理图 3-4

9、夹紧方向与夹紧力大小的关系3.夹紧力作用方向应使工件变形最小由于工件不同方向上的刚度是不一致的，不同的受力表面也因其接触面积不同而变形各 异，尤其在夹紧薄壁工件时，更需注意。如图 3-5 所示的套筒，用三爪自定心卡盘夹紧外圆， 显然要比用特制螺母从轴向夹紧工件的变形大得多。精品文档32(a)不合理(b)合理图 3-5 夹紧力方向与工件刚性关系3.2.2 夹紧力作用点选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下，确定夹紧力作用点的位置和数目。由 于夹紧力作用点的位置和数目直接影响工件定位后的可靠性和夹紧后的变形，应依据以下原 则：1.夹紧力作用点应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内如图

10、3-6(a)所示，夹紧力作用在支承面范围之外，会使工件倾斜或移动，而如图 3-6(b) 所示，夹紧力作用在支承面范围之内则是合理的。(a)不合理(b)合理图 3-6 夹紧力作用点应在支承面内2.夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位上如图 3-7 所示，将作用在壳体中部的单点改成在工件外缘处的两点夹紧，工件的变形大 为改善，且夹紧也更可靠。该原则对刚度差的工件尤其重要。(a)不合理(b)合理图 3-7 夹紧力作用点应在刚性较好部位3.夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以减小切削力对工件造成的翻转力矩必要时应在工件刚性差的部位增加辅助支承并施加夹紧力，以免振动和变形。如图 3-8 所示，支承 a

11、尽量靠近被加工表面，同时给予夹紧力 Q 。这样翻转力矩小又增加了工件的 刚性 R，既保证了定位夹紧的可靠性，又减小了振动和变形。精品文档4图 3-8 夹紧力作用点应靠近加工表面3.2.3 夹紧力大小夹紧力的大小主要影响工件定位的可靠性、工件夹紧变形以及夹紧装置的结构尺寸和复 杂性，夹紧力大小要适当，过大了会使工件变形，过小了则在加工时工件会松动，造成报废 甚至发生事故。1.夹紧力的大小确定方法在实际设计中确定夹紧力大小的方法有两种：经验类比法和分析计算法。经验类比法如手动夹紧时，可凭人力来控制夹紧力的大小，一般不需要算出所需夹紧力 的确切数值，只是必要时进行概略的估算。采用分析计算法，一般将夹

12、具和工件看做一刚性系统，以简化计算。根据工件在切削力、 夹紧力(重型工件要考虑重力，高速时要考虑惯性力)作用下处于静力平衡，列出静力平衡方程式，即可算出理论夹紧力 Q /，再乘以安全系数 K，作为所需的实际夹紧力 Q。K 的取值范围一般为 1.53，粗加工时为 2.53，精加工时为 1.52。夹紧力的计算可根据图 3-4 中的几种情况来进行。现分析其中的三种情况：1）切削力完全作用在支承上。这时可不增加夹紧力或增加少量的夹紧力，如在拉削套筒、盘类零件的孔时就可不增加 夹紧力。2）切削力与夹紧力的方向垂直。夹紧力的情况如图 3-4（b）所示，切削力 F 的计算公式为：F =Q (f + f )+

13、Gf 1 21（3-1）式中，f 为工件已加工定位面与定位元件之间的摩擦系数，一般取 0.100.15；f 为夹紧元1 2件与工件夹紧表面之间的摩擦系数，一般取 0.20.25。不计工件重力，并考虑安全系数，则由式（3-1）变形可得夹紧力为：Q =KFf + f12（3-2）3）切削力与夹紧力的方向相反。夹紧力的情况如图 3-4（f）所示：此时需要夹紧力最大为：Q =KF +G（3-3）2.计算夹紧力的典型实例1）车削加工时的夹紧力计算精品文档5/Z如图 3-9 所示，工件夹于三爪卡盘上，每爪的夹紧力为Q。车削时，工件所受的切削力 F 分为 F 、F 、F 三个分力。x y z图 3-9 车削

14、时的夹紧力计算由于工件夹于三爪卡盘上，三个夹紧力 Q 要克服工件切削时的轴向移动和绕轴线的转动，轴向移动分力为 F ，绕轴线的转动扭矩为xF ZD12，但夹紧力是夹紧在直径为 D 的截面处，故根据力矩平衡关系可得直径为 D 处的力 F ：ZFZD D1 =F /2 2F / =FZ ZD1D则合力 F 为F = F / 2 ZQf =K+F 2XFn则可得工件与卡爪间处夹紧力值：Q =KFnf式中，n 为卡爪数；f 为工件与卡爪间的摩擦系数。2）钻削加工时的夹紧力计算钻孔时产生轴向力和扭矩，轴向力可以帮助夹紧。如图 3-10（a）所示为用压板压紧工 件时钻孔，考虑最不利的情况，钻削扭矩全部由夹

15、紧力Q 克服，这时由力矩平衡关系可得：KM =Q f LQ =KMfL式中，M 为钻削扭矩（Nm）。如图 3-10（b）所示为用三爪卡盘夹紧工件时钻孔，这时钻削扭矩和轴向力全部由三个 爪的夹紧力承受，由静力学平衡关系可知：精品文档6n Qf =F +M KD M Q =K F + D 1nf式中，F 为钻削时的轴向力（N）；D 为需要加工孔的直径（mm）。（a）用压板压紧工件时钻孔（b）用三爪卡盘夹紧工件时钻孔图 3-10 钻孔时的夹紧力计算3）铣削加工时的夹紧力计算如图 3-11 所示为在卧式铣床上用圆柱铣刀铣削工件上的一个平面，工件由侧面上的两 处进行夹紧。图中表示了一个刀齿正在切削的情况

16、，其径向力 F 和周向力 F 的合力为 F 这r T时合力 F 会使工件绕 O 点翻转，其力矩为 FL，而阻止它的反力矩是两个夹紧力 Q 、Q 产1 2生的摩擦力矩。图 3-11 铣削时的夹紧力计算F LK =Q (f+ f )l+Q (f+ f )l1 1 2 1 2 1 22若两处夹紧力相等F =F =F 1 2F LK =Q (f+ f )(l+l1 2 12)【小提示】若有几个刀齿同时切削，可逐个刀齿进行计算。由于加工中的切削力随刀具 的磨钝、工件材料的性质和余量不均匀等因素而变化，而且切削力的公式是在一定的条件下 求得的，使用时虽然根据实际的加工情况给予修正，但是很难计算准确，所以在

17、实际生产中 一般很少通过计算的方法求的夹紧力，而是通过类比的方法估算夹紧力大小。对于关键的重精品文档7z212要夹具，则往往通过试验的方法测定所需的夹紧力。夹紧力三要素的确定是一个综合性问题，必须全面考虑工件的结构特点、工艺方法、定 位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧机构。例3-1如图3-12所示，工件在V形块上定位，进行镗孔。在工件的上母线上施以垂直向 下的夹紧力Q，求夹紧力Q的大小。图 3-12 镗孔时 V 形块定位的受力分析解镗孔时，工件受到圆周切削力 F 和轴向切削力 F 的作用。圆周切削力 F 使工件受到z x z在 V 形块内转动的力矩，而轴向切削

18、力 F 会使工件轴向移动。工件重力相对很小，可忽略x不计。（1）防止工件转动所需夹紧力。圆周切削力产生的切削转距为 M=F r，它由夹紧后夹z紧点和定位点产生的摩擦力距平衡。设理论夹紧力为 Q / ，定位表面的支反力为 N，由力的平衡方程得Q/=F +2 N sin za2即N =Q / -Fza2sin2设夹紧点的磨擦系数为m，支承点的摩擦系数为m，由力矩平衡方程得1 2F r =Qz/mR +2 N m R 1 2即F r =Q / mR + z 1Q / m R F m R 2 - z 2a asin sin2 2整理得Q/= a F rsin +Rm 2 a R msin +m 2 考

19、虑安全系数 K，则所需的夹紧力 Q 为精品文档8z212XZ212XZ12Q =K a F r sin +Rm 2 a Rmsin +m 2 （2）防止工件轴向移动所需的夹紧力、摩擦力与轴向切削力平衡方程为Q/m +2 Nm =F 1 2 xQ/m +1Q / -Fza2sin2m =F2 x整理得Q / =aF sin +F m2am sin +m2考虑安全系数 K，且 Q=KQ/，则所需的夹紧力为Q =KaF sin +F m2am sin +m22比较防止工件转动所需夹紧力和防止工件轴向移动所需的夹紧力，取其较大者作为实际 所需的夹紧力。【小提示】 各接触表面间的摩擦系数 m取决于工件与

20、定位支承面或压板之间的接触情 况。当接触表面均为已加工表面时，摩擦系数可按下列数据选取：（1） 支承块表面为光滑面时，m=0.160.25。（2） 支承块表面有与位移方向一致的沟槽时，m=0.3。（3） 支承块表面有与位移方向垂直的沟槽时，m=0.4。（4） 支承块表面有交错的网状沟槽时，m=0.70.8。学习情境 3.3 基本夹紧机构设计夹紧机构的选择需要满足加工方法、工件所需夹紧力大小、工件结构、生产率等方面的 要求，因此，在设计夹紧机构时，首先需要了解各种基本夹紧机构的工作特点(如能产生多 大的夹紧力、自锁性能、夹紧行程、扩力比等)。常用的基本夹紧机构有斜楔、螺旋、偏心 等形式，它们都是

21、利用机械摩擦的斜面自锁原理来夹紧工件。3.3.1 斜楔夹紧机构设计斜楔夹紧机构主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。如图 3-13（a）所示为手动式斜 楔夹紧机构，图 3-13（b）所示为机动式斜楔夹紧机构。在图 3-13（b）中斜楔 2 在气动(或液动)作用下向前推进，装在斜楔 2 上方的柱塞 3 在 弹簧的作用下推动压板 6 向前。当压板 6 与螺杆 5 靠近时，斜楔 2 继续前进，此时柱塞 3 压缩弹簧 7 而压板 6 停止不动。当斜楔 2 再向前前进时，压板 6 后端抬起，前端将工件压紧。 斜楔 2 只能在楔座 1 的槽内滑动。当斜楔 2 向后退时，弹簧 7 将压板 6 抬起，斜楔 2

22、上的销精品文档9子 4 将压板 6 拉回。图 3-13 斜楔夹紧机构1楔座；2斜楔；3柱塞；4销子；5螺杆；6压板；7弹簧1.夹紧力的计算斜楔在夹紧过程中的受力分析如图 3-14（a）所示，工件与夹具体给斜楔的作用力分别 为 Q 和 R；工件和夹具体与斜楔的摩擦力分别为 F 和 F ，相应的摩擦角分别为f 和f。R2 1 2 1与 F 的合力为 R ，Q 与 F 的合力为 Q 。1 1 2 1图 3-14 斜楔夹紧力的计算当斜楔处于平衡状态时，根据静力学平衡，可得斜楔对工件所产生的夹紧力 Q 为Q =tanP(a+f)+tan1f2（3-4）式中，P 为夹紧原动力（N）；a为斜楔的楔角（），一

23、般为 610；f 和f分别为斜楔1 2与夹具体和工件间的摩擦角（）。由于a、f和f 均较小，设f=f=f，由式(3-4)可得1 2 1 2Q =tanP (a+2f)2.自锁条件当工件夹紧并撤除夹紧原动力 P 后，夹紧机构依靠摩擦力的作用，仍能保持对工件的 夹紧状态的现象称为自锁。根据这一要求，当撤除夹紧原动力 P 后，此时摩擦力的方向与 斜楔松开的趋势相反，斜楔自锁时的受力分析如图 3-14（b）所示。则斜楔夹紧的自锁条件 为af+f1 2钢铁表面间的摩擦因数一般为 f=0.10.15，可知摩擦角f 和f 的值为 5.758.5。1 2因此，斜楔夹紧机构满足自锁的条件为 a11.5 17 。

24、但为了保证自锁可靠，一般取 a=1015或更小些。精品文档103.扩力比扩力比也称为扩力系数 i ，是指在夹紧原动力 P 的作用下，夹紧机构所能产生的夹紧力pQ 与夹紧原动力 P 的比值。4.行程比一般把斜楔的移动行程 L 与工件需要的夹紧行程 s 的比值，称为行程比 i ，它一定程度s上反映了对某一工件夹紧的夹紧机构的尺寸大小。【小提示】当夹紧原动力 P 和斜楔行程 L 一定时，楔角a越小，则产生的夹紧力 Q 和夹 紧行程 s 比就越大，而夹紧行程 s 却越小。此时楔面的工作长度加长，致使结构不紧凑，夹 紧速度变慢。所以在选择楔角a时，必须同时兼顾扩力比和夹紧行程，不可顾此失彼。5.应用场合

25、斜楔夹紧机构结构简单，工作可靠，但由于它的机械效率较低，很少直接应用于手动夹 紧，而常用在工件尺寸公差较小的机动夹紧机构中。3.3.2 螺旋夹紧机构设计螺旋夹紧机构是从斜楔夹紧机构转化而来的，相当于将斜楔斜面绕在圆柱体上，转动螺 旋时即可夹紧工件。如图 3-15 所示为手动单螺旋夹紧机构，转动手柄，使压紧螺钉 1 向下 移动，通过浮动压块 5 将工件 6 夹紧。浮动压块既可增大夹紧接触面积，又能防止压紧螺钉 旋转时带动工件偏转而破坏定位和损伤工件表面。图 3-15 手动单螺旋夹紧机构1压紧螺钉；2螺纹衬套；3止动螺钉；4夹具体；5浮动压块；6工件螺旋夹紧机构的主要元件(如螺杆、压块等)已经标准

26、化，设计时可参考机床夹具设计手 册。1.夹紧力的计算如图 3-16 所示为螺旋夹紧的受力分析。根据力矩平衡原理，可得螺旋夹紧机构的夹紧 力 Q 为Q =r tan1PLf +r tan2 z(a+f1)（3-5）式中，L 为手柄长度（mm）；r 为螺旋中径一半（mm）；r 为压紧螺钉端部的当量摩擦半径z 1（mm）；a为斜楔的楔角（），一般为 24；f 为螺旋与螺杆间的摩擦角（）；f1 2为工件与螺杆头部的（或压块）间的摩擦角（）。精品文档11（a）受力分析（b）夹紧力分析 图 3-16 螺旋夹紧力的计算 1螺母；2螺杆；3工件2.自锁条件螺旋夹紧机构自锁条件和斜楔夹紧的自锁条件相同，即螺旋升

27、角很小（一般为 24），故自锁性能好。af+f 1 2。但螺旋夹紧机构的3.扩力比因为螺旋升角小于斜楔的楔角，螺旋夹紧机构的扩力作用远远大于斜楔夹紧机构。 4.应用场合螺旋夹紧机构结构简单，制造容易，夹紧行程大，扩力比大，自锁性能好，应用广泛， 尤其适用于手动夹紧机构，但夹紧动作缓慢，效率低，不宜使用在自动化夹紧装置上。3.3.3 偏心夹紧机构设计偏心夹紧机构是靠偏心轮回转时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件的，偏心夹紧机构 常与压板联合使用，如图 3-17 所示。常用的偏心轮有曲线偏心和圆偏心。曲线为阿基米德 曲线或对数曲线，这两种曲线的优点是升角变化均匀或不变，可使工件夹紧稳定可靠，但制

28、 造困难；圆偏心外形为圆，制造方便，应用广泛。下面介绍圆偏心夹紧机构。图 3-17 偏心夹紧机构 偏 心 夹 紧 机 构夹紧机构相似，只是 变，而偏心夹紧的楔 3-18（a）所示的偏心 3-18（b）所示。的夹紧原理与斜楔 斜楔夹紧的楔角不 角是变化的。如图 轮展开后情形如图精品文档12图 3-18 偏心夹紧原理1.夹紧力的计算如图 3-19 所示为偏心轮在 P 点处夹紧时的受力情况。此时，可以将偏心轮看做是一个 楔角为a的斜楔，该斜楔处于偏心轮回转轴和工件垫块夹紧面之间，可得圆偏心夹紧的夹紧 力 Q 为图 3-19 圆偏心夹紧力计算 1垫块；2工件Q =rtanPLf +tan2(a+f1)

29、（3-6）2.自锁条件根据斜楔自锁条件，可得圆偏心夹紧机构的自锁条件为eRtanf =m2 2（3-7）式中，e 为偏心轮的偏心距（mm）；R 为偏心轮的半径（mm）； 为偏心轮作用点处的摩擦2因数。若 =0.10.15，则圆偏心夹紧机构的自锁条件可写为 R / e 7 10 2。3.扩力比圆偏心夹紧机构的扩力比远小于螺旋夹紧机构的扩力比，但大于斜楔夹紧机构的扩力 比。4.应用场合圆偏心夹紧机构的优点是操作方便、夹紧迅速、结构紧凑；缺点是夹紧行程小、夹紧力 小、自锁性能差，因此，其常用于切削力不大、夹紧行程较小、振动较小的场合。学习情境 3.4 其他夹紧机构设计3.4.1 联动夹紧机构设计在夹

30、紧机构设计中，有时需要对一个工件上的几个点或对多个工件同时进行夹紧。一次 夹紧动作能使几个点同时夹紧工件的机构称为联动夹紧机构或多位夹紧机构。联动夹紧机构 既可对一个工件实现多点夹紧，也可用于多件夹紧。【小提示】联动夹紧机构根据需要可设计成各种形式，但总的要求是各点的夹紧元件间 必须用浮动件相联系，以保证各点都能同时夹紧。1.联动夹紧机构的主要类型1）单件联动夹紧机构精品文档13单件联动夹紧机构大多用于分散的夹紧力作用点或夹紧力方向差别较大的场合。按夹紧 力的方向分单件同向联动夹紧机构、单件对向联动夹紧机构及互垂力或斜交力联动夹紧机 构。(1)单件同向联动夹紧机构。如图 3-20（a）所示为浮

31、动压头，通过浮动柱 2 的水平滑动 协调浮动压头 1、3 实现对工件的夹紧。如图 3-20（b）所示为联动钩形压板夹紧机构，通 过薄膜气缸 9 的活塞杆 8 带动浮动盘 7 和三个钩形压板 5，可使工件 4 得到快速转位松夹。 钩形压板 5 下部的螺母头及活塞杆 8 的头部都以球面与浮动盘相连接，并在相关的长度和直 径方向上留有足够的间隙，使浮动盘 7 充分浮动以确保可靠地联动。图 3-20 单件同向多点联动夹紧机构1、3浮动压头；2浮动柱；4工件；5钩形压板；6螺钉；7浮动盘；8活塞杆；9薄膜气缸(2)单件对向联动夹紧机构。如图 3-21 所示为单件对向联动夹紧机构。当液压缸中的活 塞杆 3

32、 向下移动时，通过双臂铰链使浮动压板 2 相对转动，最后将工件 1 夹紧。图 3-21 单件对向联动夹紧机构1工件；2浮动压板；3活塞杆(3)互垂力或斜交力联动夹紧机构。如图 3-22（a）所示为双向浮动四点联动夹紧机构， 把两个摆动压块 1、3 装在一个本身也可以摆动的钩形板上，对构件从两个方向共四个点同 时夹紧，两个方向的夹紧力由夹紧后的力矩平衡关系求出。如图 3-22（b）所示为通过摆动 压块 1 实现斜交力两点联动夹紧的浮动压头。精品文档14图 3-22 互垂力或斜交力联动夹紧机构1、3摆动压块；2摇臂；4螺母2）多件联动夹紧机构多件联动夹紧机构多用于中、小型工件的加工，按其对工件施力

33、方式的不同，一般分为 以下几种：平行式多件联动夹紧机构、连续式多件联动夹紧机构、对向式多件联动夹紧机构 及复合式多件联动夹紧机构。（1）平行式多件联动夹紧机构。如图3-23（a）所示为平行式浮动压板机构，由于刚性 压板 2、摆动压块 3 和球面垫圈 4 可以相对转动，且均为浮动件，故旋动螺母 5 即可同时平 行夹紧每个工件。如图 3-23（b）所示为液性介质联动夹紧机构。密闭腔内的不可压缩液性 介质既能传递力，又起到浮动环节的作用。旋紧螺母5 时，液性介质 8 推动各个柱塞，使它 们与工件全部接触并夹紧。图 3-23 平行式多件联动夹紧机构1工件；2刚性压板；3摆动压块；4球面垫圈；5螺母；6

34、垫圈；7柱塞；8液性介质（2）连续式多件联动夹紧机构。如图3-24 所示，七个工件以外圆及轴肩在夹具的可移 动 V 形块中定位，用螺钉 3 夹紧。V 形块既是定位、夹紧元件，又是浮动元件，除左端第 一个工件外，其他工件是浮动的。在理想条件下，各工件所受的夹紧力 Q 均为螺钉输出的 夹紧力 Q。实际上，在夹紧系统中，各环节的变形、传递力过程中均存在摩擦能耗，当被夹 工件数量过多时，有可能导致工件夹紧力不足，或者首个工件被夹坏的结果。精品文档15图 3-24 连续式多件联动夹紧装置1工件；2V 形块；3螺钉；4对刀块此外，由于工件定位误差和定位夹紧件的误差依次传递、逐个积累，造成夹紧力方向的 误差

35、很大，故连续式夹紧适用于工件的加工面与夹紧力方向平行的场合。（3）对向式多件联动夹紧机构。如图 3-25 所示，两对向压板 1、4 利用球面垫圈及间 隙构成了浮动环节。当旋动偏心轮 6 时，迫使压板 4 夹紧右边的工件，与此同时拉杆 5 右移 使压板 1 将左边的工件夹紧。这类夹紧机构可以减小原始作用力，但相应增大了对机构夹紧 行程要求。图 3-25 对向式多件联动夹紧机构1、4压板；2键；3工件；5拉杆；6偏心轮（4）复合式多件联动夹紧机构。凡将上述多件联动夹紧方式合理组合构成的机构，均 称为复合式多件联动夹紧机构，如图 3-26 所示。精品文档16图 3-26 复合式多件联动夹紧机构1、4

36、压板；2工件；3摆动压块2.联动夹紧机构的设计（1）联动夹紧机构在两个夹紧点之间必须设置必要的浮动环节，并具有足够的浮动量， 动作灵活，符合机械传动原理。如前述联动夹紧机构中，采用滑柱、球面垫圈、揺臂、摆动 压块和液性介质等作为浮动件的各种环节，它们补偿了同批工件尺寸公差的变化，确保了 联动夹紧的可靠性。常见的浮动环节结构如图 3-27 所示。图 3-27 浮动环节的结构类型1动力输入端；2输出端；3工件；4液性介质；5弹簧（2） 适当限制被夹工件的数量。在平行式多件联动夹紧机构中，若工件数量越多，则 在一定原始力作用条件下，作用在各工件上的力越小，或者为了保证工件有足够的夹紧力， 需无限增大

37、原始力，从而给夹具的强度、刚度及结构等带来一系列问题。对连续式多件联动 夹紧，由于摩擦等因素的影响，各工件上所受的夹紧力不等，距原始力越远，则夹紧力越小， 故要合理确定同时被夹紧的工件数量。（3） 联动夹紧机构的中间传力杠杆应力求增力，以免使驱动力过大，并要避免采用过 多的杠杆，力求结构简单紧凑，提高工作效率，保证机构可靠的工作。（4） 设置必要的复位环节，保证复位准确，松夹装卸方便。如图 3-28 所示，在拉杆 4 上装有固定套环 5。松夹时，联动杠杆 6 上移，就可借助固定套环 5 强制拉杆 4 向上，使压 板 3 脱离工件，以便装卸。图 3-28 强行松夹的结构精品文档171斜楔滑柱机构

38、；2限位螺钉；3压板；4拉杆；5固定套环；6联动杠杆；7工件（5）要保证联动夹紧机构的系统刚度。一般情况下，联动夹紧机构所需总夹紧力较大，故在结构形式及尺寸设计时必须予以重视，特别要注意一些递力元件的刚度。图3-28 中的联动杠杆 6 的中间部位受较大弯矩，其截面尺寸应设计大些，以防止夹紧后发生变形或损 坏。（6）正确处理夹紧力方向和工件加工面之间的关系，避免工件在定位、夹紧时的逐个 积累误差对加工精度的影响。在连续式多件联动夹紧机构中，工件在夹紧力方向必须没有限 制自由度的要求。3.4.2 定心夹紧机构设计定心夹紧机构是一种同时实现对工件定心定位和夹紧的夹紧机构。工件在夹紧过程中， 利用定位

39、夹紧元件的等速移动或均匀弹性变形，来消除定位副制造不准确或定位尺寸偏差对 定心或对中的影响，使这些误差或偏差能均匀而对称地分配在工件的定位基准面上。定心夹 紧机构按工作原理可分为以下两大类：（1）按等速移动原理工作的定心夹紧机构。如图3-29 所示为螺旋定心夹紧机构，螺杆 4 两端的螺纹旋向相反，螺距相同。当其旋转时，通过左右螺旋带动两 V 形钳口 1、2 同时 移向中心，从而对工件起定位夹紧作用。这类定心夹紧机构的特点是制造方便，夹紧力和夹 紧行程较大，但由于制造误差和组成元件间的间隙较大，故定心精度不高，常用于粗加工和 半精加工中。图 3-29 螺旋定心夹紧机构1、2V 形钳口；3滑块；4

40、螺杆（2）以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构。当定心精度要求较高时，一般都利用 这类定心夹紧机构，主要有弹簧夹头定心夹紧机构、弹性薄膜卡盘定心夹紧机构、液塑定心 夹紧机构、碟形弹簧定心夹紧机构等。如图 3-30 所示为液塑料定心夹紧机构，工件以内孔 作为定位基面，装在薄壁套筒 2 上。起直接夹紧作用的薄壁套筒 2 则压配在夹具体 1 上，在 所构成的环槽中注满了液性塑料 3。当旋转螺钉 5 通过柱塞 4 向腔内加压时，液性塑料 3 便 向各个方向传递压力，在压力作用下薄壁套筒 2 产生径向均匀的弹性变形，从而将工件定心 夹紧。精品文档18图 3-30 液性塑料定心夹紧机构1夹具体；2薄壁套筒

41、；3液性塑料；4柱塞；5螺钉；6限位螺钉3.4.3 铰链夹紧机构设计如图 3-31 所示为铰链夹紧机构。铰链夹紧机构的优点是动作迅速，增力比大，易于改 变力的作用方向；缺点是自锁性能差，一般常用于液动、气动夹紧中。图 3-31 铰链夹紧机构如图 3-32 所示为铰链夹紧机构的五种基本类型，即单臂铰链夹紧机构( 型)、双臂单向 作用的铰链夹紧机构(型)、双臂单向作用带移动柱塞的铰链夹紧机构(型) 、双臂双向作 用的铰链夹紧机构(型)、双臂双向作用带移动柱塞的铰链夹紧机构(V 型)。精品文档19图 3-32 铰链夹紧机构的五种基本类型1铰链臂；2柱塞；3气缸学习情境 3.5 夹紧装置的动力源当切削

42、力较大或夹具较大时，夹紧力就较大，从而原始力也就较大。为了减轻工人劳动 强度，提高生产率，保证安全生产，多采用动力装置产生原始力。夹具上常用的动力装置有 气压夹紧动力装置、液压夹紧动力装置、气液联合夹紧动力装置、电动夹紧动力装置等。3.5.1 气压夹紧动力装置气压夹紧动力装置是机床夹具中使用最广泛的一种动力装置，它的能量来源是压缩空 气。1.气压夹紧的特点气压夹紧的特点如下：（1） 压缩空气可由压缩空气站通过管道集中供应，使用、操纵方便。（2） 气压动作快，夹紧效率高。空气流速快，在管道中的流速为 180m/s。（3） 大大减轻体力劳动，气压夹紧时，工人只要操纵阀门，比较轻便，而手动夹紧一 般

43、约需 100150N。（4） 压缩空气有弹性，夹紧刚度不高，对于重型零件加工，当切削力太大时不宜采用。 当切力不够大时，可和斜模、杠杆等增力机构结合使用。（5） 一般压缩空气站供应的压缩空气压力约为 0.8MPa，而使用时因管路损失等工作压 力为 0.40.6MPa，因此，气压夹紧装置中的空间位置较大，有时使整个夹具的布局不好安 排。（6） 工作后的压缩空气排放时噪音很大，易形成污染。2.气压传动系统及其元件气压夹紧时所用的压缩空气在使用前应经过分水滤气器进行滤清和去除水分，以免锈蚀 元件、阻塞通道；要经过调压阀以保持工作压力的稳定；要经过油雾器使压缩空气中有油雾 以润滑运动部件。因此，分水滤气器、调压阀和油雾器就是气压传动系统三大件。如图 3-33 所示为常用气压传动系统图。精品文档20