工件的装夹和机床夹具.ppt

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1、1,第二章 工件装夹与机床夹具,2,第二章 工件装夹与机床夹具,主要讲述内容： 第一节 基准的概念 第二节 工件的装夹方法 第三节 专用机床夹具的组成及其分类 第四节 工件在机床夹具中的定位 第五节 定位误差的分析与计算 第六节 工件的夹紧及夹紧装置 第七节 夹具设计的基本要求和步骤 第八节 夹具设计实例,3,第一节 基准的概念,一、基本概念： 1. 定位： 在机床上加工，为使工件上加工出来的表面达到规定的尺寸和位置公差要求，必须使工件在机床上或夹具中占有一正确位置。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。 2. 夹紧： 当工件定位后，为避免在加工中受到切削力、重力等力的作

2、用而破坏定位，还应该用一定的机构将工件牢牢固定住。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操作，称为夹紧。,4,3. 装夹： 将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程称为装夹。 存成批大量生产中，工件装夹是通过机床夹具实现的。 4. 机床夹具：用以装夹工件（和引导刀具)的装置。,第一节 基准的概念,定位与夹紧的区别： 定位是使工件占有一个正确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置。,二、基准： 零件是由若干要素(点、线、面)组成，各要素之间都有一定的尺寸和位置公差要求。用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。按其作用的不同，可分为两大类，即：,5,第一节

3、 基准的概念,8,第一节 基准的概念,2）定位基准 在加工中确定工件在机床或夹具中占有正确位置的基准。,9,第一节 基准的概念,10,第一节 基准的概念,11,3）测量基准 测量时所采用的基准，即用来确定被测量尺寸、形状和位置的基准。,第一节 基准的概念,12,4.装配基准 装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。 5.基准重合问题 是工程设计中应遵守的一个基本原则！,第一节 基准的概念,13,第二节 工件的装夹方法,一、工件的装夹方法 工件装夹时，为保证工序尺寸和位置公差，必须保证以下两个基本与要求： 1)加工之前，工件相对于机床和刀具应占有正确位置，即工件应正确定位。 2)

4、加工过程中，作用于工件上的各种外力不应该破坏定位。为此工件必须合理夹紧,14,第二节 工件的装夹方法,共有三种： 1、直接装夹 工件定位基准面与机床上的装夹面紧密帖合而定位，进而夹紧的装夹方式称为直接装夹。,15,2、找正装夹 以工件的有关表面或专门划出的线痕作为定位的依据，然后夹紧工件的装夹方式称为找正装夹。,第二节 工件的装夹方法,16,3、夹具装夹 先根据工件某一工序的加工要求设计、制造夹具，工件定位基准面与夹具上的定位面紧密帖合而定位，然后夹紧的装夹方式称为夹具装夹。 特点：易于保证定位精度，装夹所用时间短， 利于提高生产效率。,第二节 工件的装夹方法,17,第二节 工件的装夹方法,1

5、8,二、夹具装夹过程,第二节 工件的装夹方法,19,第二节 工件的装夹方法,20,第二节 工件的装夹方法,21,一、专用机床夹具的组成 由于机床种类不同，被加工工件的形状和被加工表面的技术要求等的差异，机床夹具相应有不同的结构形式，归纳起来，机床夹具的结构由彼此功能相互独立而又相互联系的以下六个部分组成： 1定位元件或定位装置 确定工件在机床夹具中正确 位置的元件称为定位元件。 如支承钉、支承板、V型块、 定位轴、定位销等。,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,22,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,23,2夹紧元件或夹紧装置 夹紧工件，并使其在加工时在外

6、力作用下仍然保持工件在夹具中正确位置的元件或装置称为夹紧元件或夹紧装置。它一般由动力装置（如气缸、油缸等）、中间传力机构（如杠杆、螺纹传动副、斜楔、凸轮等）和夹紧元件（如卡爪、压板、压块等）组成。,24,3对刀及引导元件或装置 用于确定夹具和刀具正确位置的元件或装置，称为对刀、引导元件或装置。它们的作用是用来保证夹具相对刀具的相对位置，或引导刀具的方向。如对刀块、钻套、镗套、衬套、塞尺、对刀棒等。 4夹具体 将夹具的元件或装置连接成一个具有装夹功能的整体的基础零件称为夹具体，如底座、本体等。夹具体与机床有关部位相联接，以确定夹具相对于机床的位置。,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,25,5联

7、接元件 确定夹具在机床中处于正确位置的定位元件及联接紧固件；联接夹具上所有零部件组成一付完整的夹具的元件统称为联接元件。如定位键、定位销、过渡盘、衬套、螺钉、螺栓等。 6其他元件或装置 由工件的某些特殊加工要求而设置的其它元件或装置统统称为其他元件或装置。如分度装置、靠模装置、上下料装置等。 以上夹具的各组成部分，并不是所有夹具上都应齐全，但定位元件、夹紧元件和夹具体却是每个夹具都必须具备的主要组成部分。,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,26,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,27,二、专用机床夹具的分类 机床夹具的分类方法很多，按所用的机床可分为车床夹具、铣床夹具、刨床夹具、磨床夹具、

8、镗床夹具、钻床夹具和组合机床夹具、数控和加工中心机床及柔性制造单元用夹具等；按夹具动力源可分为手动夹具、气动夹具、滚动夹具、气液联动夹具、真空夹具、磁力夹具、电动夹具、离心力夹具、切削力（自紧）夹具等；而地般按夹具的使用范围分类如下：,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,1通用夹具 通用夹具是其结构、尺寸已标准化、规格化。在一定范围内具有较大通用性的夹具。由专业制造厂生产，有的已作为机床附件与通用机床配套供应。如车床上的三爪卡盘、四爪卡盘，顶尖和鸡心夹；铣床上的平口虎钳、万能分度头和回转工作台；平面磨床上的磁力工作台等。,28,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,2专用夹具 专用夹具指专门为某

9、一种工件的特定工序而设计制造的夹具。此类夹具的优点是针对性强、结构简单、刚性好、操作容易、装夹快捷，生产率高，定位精度高。 图示：在左支架上钻孔的钻床夹具，在此专用夹具中，加工工件以其下端面和相互垂直的两内圆柱作为定位基准面，分别由环形支承板2、定位销3和削边销6来定位。由开口垫圈4在旋紧螺母5时即夹紧工件。,29,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,30,1支承板 2环形支承板 3定位销 4开口垫圈 5螺母 6削边销 右图 左支架钻孔夹具,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,3组合夹具 组合夹具是由一套预先制造好的不同形状、不同规格、不同尺寸、具有完全互换性、高耐磨性和高精度的标准元件及其合

10、件，按不同工件的工艺特点组装而成的夹具。组合夹具是一种标准化、系列化和通用化较高的机床夹具。 组合夹具由基础件、支承件、定位件、导向件、夹紧件、紧固件、其他件、合件和部件等组合而成，它们是由专业生产厂家进行制造的。,31,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,图示汽车滚轮支架工序简图及钻斜孔组合夹具，图（a）所示零件在加工两同轴孔20时，应以底面及两11孔来定位。图（b）为组合夹具，组合夹具时应保证长方形基础板3与方形基础板1之夹角及两定位销的位置，放入工件即可完成定位，压紧板4和连接板10即可实现装夹。,32,图 汽车滚轮支架工序简图及钻斜孔组合夹具,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,4成组

11、夹具 成组夹具是运用成组技术的工程原理，由通用基础件和可调整元件组成，用于某一组尺寸、形状、结构以及工艺特征相似的工件的装夹，并根据组内的典型代表零件而设计制造。在使用时，只要调整和更换少量的定位、夹紧、对刀和分度元件。,33,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,如图示的磨削主轴或套筒锥孔的夹具，对于不同尺寸定位轴颈的主轴或套筒的锥孔进行磨削加工时，采用更换相应尺寸的垫块3即可实现其可靠的装夹。 其它还有通用可调夹具、自动线夹具和数控机床夹具等。,34,1夹具体 2V形块 3可换垫块 4夹紧螺钉 5带动头 图 磨削主轴或套筒锥孔的成组夹具,第三节 专用机床夹具的组成及其分类,在机械加工过程中，

12、要实现工件在机床上相对于刀具占有一个正确的加工位置，必须做到如下三点： 1使一批工件在夹具中都占据一致的正确的加工位置。 2使夹具在机床上占有正确的位置。 3使刀具相对于夹具占有正确的位置。 本节主要研究使一批工件在夹具中始终都占据一致正确的加工位置，既工件在夹具中的定位问题。,35,第四节 工件在机床夹具中的定位,一、工件定位的六点定位规则 根据运动学原理，任一刚体在空间直角坐标系中，有六个自由度，即沿三个坐标轴轴向移动的自由度，分别用 、 、 来表示；绕三个坐标轴的转动的自由度，分别用 、 、 来表示。 六点定位原理：工件在夹具中通过定位元件限制工件相应的自由度，用六个支承点来限制工件的六

13、个自由度。,36,第四节 工件在机床夹具中的定位,、,、,、,、,图1-7,二. 几种定位情况 1. 完全定位 工件六个自由度被分别完全限制的定位，称为完全定位。 如图示，在长圆柱体工件上，钻一个与已加工的键槽对称且与端面的距离为a的小孔。夹具上的定位元件有：两个V形块，一个定位支承，一个定位销。,37,图1-8,第四节 工件在机床夹具中的定位,38,两个V形块相当于四个定位支承点，限制了,四个自由度，定位销相当于一个定位支承点，限制了 一个自由度，定位支承相当于一个定位支承点，限制了 一个自由度。这种用相当于六个定位支承点的定位元件完全限制工件六个自由度的定位，称为完全定位。 2. 不完全定

14、位 根据具体的加工方法，在满足加工要求的前提下，把限制工件少于六个自由度的定位，称为不完全定位。,如图1-9（a）所示，为保证加工尺寸 及上下平面的平行度，限制,图1-9,第四节 工件在机床夹具中的定位,39,3. 过定位 几个定位支承点，同时限制同一个自由度的定位，称为过定位。,如图1-10所示，加工连杆大头孔的定位。大平面相当于三个定位支承点，限制了 三个自由度；长圆柱销相当于四个定位支承点，限制了 四个自由度，定位销3相当于一个定位支承点，限制了 一个自由度。 很显然 被重复限制了。,图1-10,第四节 工件在机床夹具中的定位,4. 欠定位 当定位支承点的数目，少于应限制的自由度数目，工

15、件不能正确定位，不能满足加工要求。这种定位方式，称为欠定位。 如图1-11所示，为一欠定位的实例。在长V形块上定位，加工轴上距一端为尺寸a的槽。,40,图1-11,为保证尺寸a，需限制 但，没有被限制，属于欠定位。,欠定位，工件在夹具中不能正确定位，不能满足加工要求。因此，是绝对不允许的。,第四节 工件在机床夹具中的定位,三、工件正确定位应限制的自由度 1.根据工件的加工要求，确定应限制的自由度 2. 第一类自由度，第二类自由度。 例1.在如图所示铣削圆柱体上平面F，保证工序尺寸H。,41,第四节 工件在机床夹具中的定位,例2.在圆柱体上钻孔，保证孔尺寸及与外圆柱的同轴度。,42,第四节 工件

16、在机床夹具中的定位,43,图1-12,影响加工要求的自由度，必须限制；不影响加工要求的自由度可限制，可不限制。 例3.图示，在一工件上铣通槽。为保证尺寸 及与底面的平行度两项要求，必须限制 为保证尺寸3001mm及槽侧面与B面的平行度，必须限制 两个自由度，至于 则可限制可不限制。,第四节 工件在机床夹具中的定位,44,5.正确处理过定位： 1） 改变定位元件的结构避免过定位,如图示，把长圆柱销改成短圆柱销，即可避免了过定位。,第四节 工件在机床夹具中的定位,45,2. 去掉多余的定位支承，消除过定位,第四节 工件在机床夹具中的定位,46,第四节 工件在机床夹具中的定位,47,第四节 工件在机

17、床夹具中的定位,48,第四节 工件在机床夹具中的定位,四、机床夹具定位元件及其所限制的自由度 工件上常见的定位基准（基面）主要有： 平面、内圆、外圆、内锥面、外锥面、成形面等。 夹具中常见的定位元件主要有： 支承钉、支承板、定位销（心轴）、定位套、V形块等。 夹具定位元件的几点要求： (1)一定的精度：一般定位元件的尺寸及位置公差只有工件相应尺寸及位置公差的1/51/3 (2)良好的耐磨性 (3)足够的刚性,49,（一）工件以平面定位 (1)支承钉 (2)支承板,第四节 工件在机床夹具中的定位,50,(2)支承板,第四节 工件在机床夹具中的定位,51,(3)可调支承,第四节 工件在机床夹具中的

18、定位,52,(4)自位支承,第四节 工件在机床夹具中的定位,(5)辅则支承,53,第四节 工件在机床夹具中的定位,54,第四节 工件在机床夹具中的定位,(二)工件以内孔定位：心轴和定位销 1心轴 (1)锥形心轴（a）；(2)过盈配合圆柱心轴（b）；(3)间隙配合心轴（c）,55,第四节 工件在机床夹具中的定位,2定位销,56,第四节 工件在机床夹具中的定位,注意：当L/D1时，可认为是长心轴(销)，限制4个自由度； 当L/D1时，可认为是短心轴(销) ，限制2个自由度。,57,第四节 工件在机床夹具中的定位,(三)工件以外圆定位 工件以外圆定位时，一般常用v形块、半圆定位块、定位套、自动定心机

19、构等。 v形块特性：1）对中作用；2） v形块两斜面的夹角一般选用60、90 和120 ,58,第四节 工件在机床夹具中的定位,59,第四节 工件在机床夹具中的定位,60,（四）在工件以一面两销定位时，应在两个定位销中采用一个削边销。,第四节 工件在机床夹具中的定位,61,1) 削边销的形成,第四节 工件在机床夹具中的定位,62,为了保证销的强度，通常使用菱形销。 图a用于直径很小时 图b用于直径为350mm时 图c用于大于50mm时,第四节 工件在机床夹具中的定位,63,第四节 工件在机床夹具中的定位,2) 削边销尺寸的确定,64,3) 定位误差分析 基准位移误差：为第一定位销、孔的最大配合

20、间隙 Y= D1+d1+X1min,第四节 工件在机床夹具中的定位,65,第四节 工件在机床夹具中的定位,66,67,第四节 工件在机床夹具中的定位,一、夹具装夹的误差： 与工件在夹具中装夹有关的加工误差，称为工件装夹误差，以装夹表示。 造成工件加工表面的距离尺寸和位置误差的原因可分为如下三个方面： 1工件在夹具中由于定位不准确所造成的加工误差定位误差定位，以及在工件夹紧时由于工件和夹具变形所造成的加工误差夹紧误差夹紧。 装夹=定位+夹紧 2与夹具相对刀具及切削成形运动有关的加工误差，称为夹具的对定误差，以对定表示。其中包括夹具相对刀具位置有关的加工误差对刀误差对刀和夹具相对成形运动位置有关的

21、加工误差夹具位置误差夹位。,68,第五节 定位误差的分析与计算,3与加工过程中一些因素有关的加工误差，称为过程误差，以过程表示。其中包括工艺系统的受力变形、热变形及磨损等因素所造成的加工误差。,69,第五节 定位误差的分析与计算,图 铣键槽工序加工误差的组成,70,一批工件的直径尺寸有大有小，放在V形块中时，其外圆下母线B的位置就不一致，则造成工件的定位误差定位，加上夹紧误差夹紧即为装夹误差装夹。 由于对刀块的位置不准确。或者由于对刀时铣刀刃口离对刀块的距离没有准确调整到规定值3mm，就会对刀误差对刀。 而夹具上V形块与夹具体底面不平行，机床工作台与走刀方向不平行，定向键与工作台上T形槽配合精

22、度低等，则造成夹具定位元件的位置误差夹位， 对刀与夹位之和即为夹具的位置误差对定。 切削时受切削力、切削热等因素的作用，工艺系统发生变形，破坏了铣刀已调好的位置，所造成的加工误差即为过程误差。为了得到合格零件，必须使上述各项误差之和等于或小于零件的相应公差T， 即： 装夹+对定+过程T,第五节 定位误差的分析与计算,通常，初步计算时，可粗略先按三项误差平均分配，各不超过公差的三分之一考虑，即 装夹1/3 T 对定1/3 T 并给过程误差过程留有 1/3的误差允许值。 前两项与夹具的设计和使用调整有关，若这种单项分配不能满足不等式要求，也可综合考虑，即按 装夹+对定 2/3T 进行计算。这样，可

23、根据具体情况，在装夹和对定之间调整，或采取其它措施，使不等式得到满足。,71,第五节 定位误差的分析与计算,二、定位误差的定义及产生的原因 定义：由于定位不准而引起某一工序尺寸或位置要求方面的加工误差。 某一定位方案，其可能产生的定位误差，只要小于工件相关尺寸或位置公差的1/3或满足前述装夹+对定+过程T即可认为该定位方案合符加工精度的要求。 定位误差定位由基准位移误差位移和基准不重合误差不重两部分组成。 定位=位移不重 基准位移误差：由于工件尺寸的变化，造成定位基准相对于限位基准在工序尺寸方向的变动量。 基准不重合误差：工序基准与定位基准的不重合，造成工序基准相对于定位基准在工序尺寸方向的变

24、动量。,72,第五节 定位误差的分析与计算,73,第五节 定位误差的分析与计算,分析工序尺寸A的定位误差？,二、定位误差的分析与计算 分析计算定位误差就是找出一批工件的工序基准的位置沿工序尺寸方向上可能发生的最大偏移量。 1工件以平面定位时的定位误差 工序尺寸：b、H、B H： B:,74,第五节 定位误差的分析与计算,2工件以圆孔定位时的定位误差 （1）垂直放置： 由于配合间隙造成的基准位移误差： （2）水平放置： 由于配合间隙造成的基准位移误差：,75,第五节 定位误差的分析与计算,3工件以外圆定位时的定位误差 以V形块定位为例： 1）以外圆轴线为工序基准：,76,第五节 定位误差的分析与

25、计算,77,第五节 定位误差的分析与计算,2）以外圆下母线为工序基准：,78,3）以外圆上母线为工序基准：,第五节 定位误差的分析与计算,79,第五节 定位误差的分析与计算,80,第五节 定位误差的分析与计算,81,第五节 定位误差的分析与计算,82,第五节 定位误差的分析与计算,83,第五节 定位误差的分析与计算,84,第五节 定位误差的分析与计算,工件定位完成后，往往还不能进行加工，而必须使用一定的机构来将工件牢固准确地固定在定位元件上，使工件在加工过程中不致因切削力、重力离心力和惯性力等外力作用下发生位移或振动，以保证加工精度和安全生产。这种把工件压紧、夹牢的装置，称为夹紧装置。,85,

26、第六节 工件的夹紧及夹紧装置,86,一、夹紧装置的组成及设计要求 1. 夹紧装置的组成 夹紧装置可分为简单夹紧装置和复合夹紧装置两类。 简单夹紧装置仅由一个机构组成（如螺旋夹紧、斜楔夹紧和偏心夹紧等）。 复合夹紧装置则由两个或两个以上的简单机构所组成。,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,三大组成部分： 1）动力源 在夹具中产生原始作用力的机构称为动力源。 动力源来自人力进行夹紧的，称为手动夹紧；而动力源来自气动、液动、电动以及机床运动等动力来进行夹紧，则称为机动夹紧。,87,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,2）中间传力机构 将动力源产生的原始作用力传递给夹紧元件的机构称为传力机构。 中间传力机构在传

27、递夹紧作用力的过程中，可以改变夹紧力的大小、方向且可具有一定的自锁功能。如螺旋机构、斜楔机构、铰链机构、偏心机构等。有些夹紧装置也可以不专设传力机构。 3）夹紧元件 夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。它通过与工件被夹表面直接接触来实现夹紧的功能。如压板、压头等。在一些简单夹紧装置中，夹紧元件与中间传力机构组合在一起称为夹紧机构。,88,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,2、夹紧装置的设计要求 要正确地设计合理的夹紧装置，必须满足以下基本要求： 1）确保工件的既定位置不变 2）夹紧力的大小要适当 3）夹紧机构性能可靠 手动夹紧要有可靠的自锁性。机动夹紧则要考虑其自锁性和夹紧力的稳定性。 4）夹紧装置

28、应便于使用 操作简便、动作灵活、行程合理、安全省力，具有足够的强度和刚度。 5）夹紧装置有良好的工艺性 结构简单、制造容易、安装方便、方便维护、经济性好、运行成本低。标准化、系列化程度高。,89,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,二、夹紧力的确定 确定一个夹紧机构的夹紧力，根据力学原理，要确定夹紧力的大小、方向和作用点。 它必须通过综合分析工件的结构特征、加工要求、工件的定位方案以及工件在加工过程中所受到的外力来确定。 1、确定夹紧力作用点的原则 夹紧力的作用点是夹紧元件与工件接触处的面积。确定夹紧力作用点，是指在夹紧力方向已经确定后，来确定作用点的位置、数目及面积。夹紧力作用点应该保证工件定位稳

29、定可靠，防止夹紧变形，保障加工精度。 具体的选择原则有以下三个方面：,90,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,91,1）夹紧力的作用点应正对夹具定位支承元件或位于支承元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转。,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,2）夹紧力的作用点应在工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少。,92,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,3）夹紧力的作用点应尽量靠近工件的加工表面，以保证夹紧的稳定性和可靠性、减小工件的夹紧力，防止加工过程产生振动。,93,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,2、确定夹紧力作用方向的选择原则 夹紧力方向主要与工件的结构形式、定位元件的结构形状和配合形式、工件

30、加工时所受到各种外力产生变形的大小和方向等因素有关。确定夹紧力方向应考虑以下三点原则： 1）夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基面，以保证加工精度,94,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,图 夹紧力方向垂直于主要定位基准面,2）夹紧力的作用方向应与工件刚度最大的方向一致，使工件的夹紧变形最小。,95,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,3）夹紧力的作用方向应尽量与切削力、重力的方向一致，以减小工件的夹紧力。,图 工件装夹时重力G、切削力F与夹紧力W之间的关系,3.夹紧力大小的确定 夹紧力的大小应根据加工工艺及夹具的结构采用类比法或分析计算法进行估算，对一些关键工序的重要夹具，还可采用实验法来确定夹紧力的大

31、小。 分析计算法常将夹具和工件视为一个刚性系统，根据工件在加工过程中受到切削力、夹紧力、离心力、惯性力以及工件重力的作用情况，找出在加工过程中处于最恶劣的瞬间工作状态，根据静力平衡原理计算出理论夹紧力W，再乘上安全系数K即可得到实际夹紧力数值W0： W0=KW 根据加工经验，粗加工时：K=2.53.0； 精加工时：K=1.52.0。具体确定可查工艺手册。,96,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,例 车削端面：图示为在车床上用三爪卡盘装夹工件车削端面时的受力情况简图，当开始切削时切削力最大，故应以此作为计算夹紧力的主要依据。 在车削加工端面时，对工件有FZ、FY和FX三个切削分力，其中主要是FZ和F

32、Y将可能引起工件在卡爪中相对转动和轴向移动，为此取理论夹紧力W与切削力FX及FY的静力平衡，即可计算出夹紧力的大小。,97,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,为简化计算，设每个卡爪的理论夹紧力大小相等，分别为W。在每个卡爪处使工件转动的力为MFZ/3r，使工件轴向移动的力为FY/3，此两力的合力应由每个卡爪对工件夹紧时所产生的摩擦力F来平衡，即 F=W= W= 考虑安全系数K时，则： W0=KW=,98,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,三、常用的夹紧装置 由前例的夹紧装置的组成来看，无论选用哪种动力源（手动或机动）形式，所有的外加作用力要转换为夹紧力都需要通过夹紧机构来实现。因此，夹紧机构起基本夹紧

33、作用，在夹紧装置中是一个很重要的组成部分。 常见的夹紧机构有： 斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心轮（及凸轮）夹紧机构，定心夹紧机构，铰链夹紧机构，联动夹紧机构等。,99,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,1.斜楔夹紧机构 利用其斜面移动而产生的压力来夹紧工件。斜楔压紧是夹紧机构中最基本的形式之一，螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、定心夹紧机构等都可以视为斜楔夹紧机构的变型。在实际应用时，直接用楔块楔紧工件的情况较少见，多数楔块与其它机构组合使用，广泛运用于气动或液压夹紧装置中。,100,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,1）作用原理及夹紧力 图示，工件在6个支承钉上定位，利用斜楔的斜面移动时产生的力对工件进

34、行夹紧。 斜楔受外加作用力Q后所产生的夹紧力W，可按斜楔受力的平衡条件求得。斜楔受力如图（b）所示，斜楔受到工件对它夹紧力W和摩擦力F2，W与 F2的合力为W，夹具体的反作用力N和摩擦力F1，N和F1的合力为N，则N和N的夹角为夹具体与斜楔之间的摩擦角 1，W与W的夹角即为工件与斜楔之间的摩擦角 2。,101,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,102,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,（a） （b） 图 斜楔夹紧机构的作用原理及受力分析,夹紧工件时，Q、W、N三力平衡，由图示的力平衡图可得：,2）结构特点 （1）斜楔的自锁性：当外力Q一旦消失或撤除后，夹紧机构在纯摩擦力的作用下仍保持其处于夹紧状态而不

35、会松开。 图（a）为自锁斜楔的一种结构，其楔角一般为1:10,103,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,图 自锁斜楔结构条件分析,对斜楔夹紧机构而言，这时摩擦力的方向与斜楔企图松开退出的方向相反。由图（b）所示斜楔满足自锁要求，则必须是： F2Nsin(- 1) 因 F2=Wtan 2 W= Ncos(- 1) 即 Wtan 2Wtan（- 1） 故 1+ 2 由此可见，满足斜楔自锁条件，其楔角应小于斜楔与工件以及斜楔与夹具体之间的摩擦角 1与 2之和。通常取 1= 2=6，因此取12。但考虑到斜楔的实际工作条件，为自锁更可靠，则实际取=6，这时tan60.1=1/10。,104,第六节 工件的夹

36、紧及夹紧装置,（2）斜楔具有扩力作用 从夹紧力计算公式中可知，斜楔具有扩力作用，即外加一个较小的作用力Q，却可获得一个比Q大好几倍的夹紧力W，一般以扩力比ip(ip=W/Q)表示，而且当Q一定时，越小，扩力作用越大。因此，在以气动或液动作为动力源的夹紧装置中，常用斜楔作为扩力机构。 （3）斜楔的夹紧行程小 一般斜楔的夹紧行程很小，而且与斜楔的楔角有关。当越小，自锁性越好，但夹紧行程也越小，因此，在斜楔长度一定时，增加夹紧行程和斜楔的自锁性能是互相矛盾的。,105,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,（4）斜楔夹紧的效率低 如前例斜楔与夹具体及工件之间皆为滑动摩擦，故夹紧的效率低。为提高其效率，可采用

37、带滚子的斜楔夹紧机构，但此时自锁性能降低，故一般用于机动夹紧上。采用带滚子的斜楔夹紧机构的夹紧力W。,106,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,2. 螺旋夹紧机构 夹紧机构是利用螺旋直接夹紧工件或与其他元件或机构组合夹紧工件的一种夹紧机构。 优点：结构简单、夹紧可靠、通用性强等优点。 缺点：夹紧及松开工件比较费时。 1）作用原理及基本结构 螺旋夹紧机构中所用的螺杆，实际上相当于把斜楔绕在螺杆的圆柱上，因此其作用原理与斜楔是相同的。不过这里是通过转动螺杆，相当于使绕在圆柱上的斜楔高度发生改变来夹紧工件。,107,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,108,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,1手柄 2螺杆 3螺

38、母套筒 4止动螺钉 5压块 6工件 图 典型螺旋夹紧机构及压块结构,2）夹紧力的计算 夹紧力计算与斜楔相似，螺杆可以看作是绕在圆柱体上的斜楔，其螺旋升角即为楔角。若沿螺杆中径展开，则螺杆相当于一个斜楔作用在工件与螺母之间，其受力情况如图示。,109,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,图 螺旋夹紧中的螺杆受力分析,分析：当在手柄上施加作用力矩MQ=QL后，工件对螺杆的作用力有垂直于螺杆端部的反作用力W（即夹紧力）及摩擦力F2。摩擦力分布在整个接触面上，计算时可视为集中于当量半径r的圆柱上，其力矩为MF2。夹具上的螺母对螺杆的作用力有垂直于螺旋面的正压力N及螺旋面上的摩擦力F1，其合力为N。此力分布在

39、整个螺旋面上，计算时可视为集中在螺纹中径d2处，其作用力矩为MN。根据平衡条件，对螺杆中心线的力矩应相抵为零，即： MQ-MF2-MN=0,110,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,式中： 1方牙螺纹杆的摩擦角； d2方牙螺纹中径； 2螺纹端部与工件（或压脚）的当量摩擦角； r螺纹端部与工件（或压脚）的当量摩擦半径，螺杆端部为球面时，r=0。 对其它类型螺纹的螺杆夹紧机构，可按下式计算： 式中： 1螺母与螺杆的当量摩擦角 对于三角形螺杆： 1=arcot（1.15tan 1） 对于梯形螺纹： 1=arcot(1.03tan 1),111,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,3）适用范围 优点：结构简单、

40、制造容易、夹紧可靠、扩力比大和夹紧行程不受限制等特点，所以在手动夹紧装置中被广泛使用。 缺点：夹紧动作慢、效率低。 应用：在夹具中除采用螺杆直接夹紧工件外，经常采用螺旋压板夹紧机构。,112,螺旋钩形压板夹紧机构：,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,3、偏心轮夹紧机构 是一种快速夹紧的机构。它的工作效率高，夹紧性能稳定。常用的偏心轮有圆偏心和曲线偏心两种类型。曲线偏心常用阿基米德螺旋线或对数螺旋线为轮廓曲线（升角变化均匀，但制造复杂：应用较少）。圆偏心轮结构简单，制造容易，在生产中得到广泛应用。,113,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,4、定心对中夹紧机构,114,图 按定位夹紧元件等速移动或转动原

41、理实现定心、对中夹紧的典型结构,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,图（b）偏心式对中夹紧机构。转动手柄1，双面凸轮2推动卡爪3、4同时夹紧工件。凸轮2左右凸轮曲线对称。 图（c）斜面定心夹紧机构。工作时油缸或气缸通过推杆3推动锥体1向右移动，使多个卡爪2同时伸出，对工件内孔进行定心夹紧。 图（d）杠杆定心夹紧机构。原始作用力Q作用于拉杆1，拉杆1带动滑动块2左移，通过三个勾形杠杆同时收拢三个卡爪4，对工件进行定心夹紧。,115,(a) 弹簧卡头 (b) 膜片卡盘 1卡盘体 2压紧螺钉3膜片固定螺钉 4弹簧膜片 5工件 (c) 碟片簧片夹具 1压紧螺母 2压紧套 3碟片簧片 4心轴体 5支承环 6销

42、 7垫圈、F、定位端面 图 按定位夹紧元件均匀弹性变形原理实现定心夹紧的典型结构,(a) (b) (c),第六节 工件的夹紧及夹紧装置,(a)单臂铰链夹紧机构 1垫板 2滚子 3铰链 4压板 (b)双臂单作用铰链夹紧机构 (c)双臂双作用铰链夹紧机构 (d)单臂铰链夹紧机构中铰链的受力分析 1拉杆 2、5销轴 3铰链臂 4压板,116,图 几种铰链夹紧机构及受力分析,5. 铰链夹紧机构 （a）:铰链臂3的两端是由铰链连接，一端带滚子2，滚子2由气缸活塞杆推动，可在垫板1上左右运动。当滚子向左运动到垫板左端斜面时，压板4松开工件，当滚子向右运动时，通过铰链臂3顶起压板左端使压板4压紧工件。,第六

43、节 工件的夹紧及夹紧装置,6、联动夹紧机构 工件装夹所使用的夹具，有的需要同时有几个点对工件进行夹紧，而有的则需要同时夹紧几个工件。对于手动夹具来说，采用此种夹紧机构可以简化操作，减轻劳动强度。对于机动夹具来说，则可减少动力装置（如气缸、油缸等），简化结构，降低成本。,117,图 浮动压头及四点双向浮动夹紧机构,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,118,图 平行式多件夹紧,图 依次连续多件夹紧,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,图 夹紧与其他动作联动,119,第六节 工件的夹紧及夹紧装置,一般情况下，夹具设计大致可分为六个步骤，即收集和研究有关资料；确定夹具的结构方案；绘制夹具总图；确定并标注夹具总图

44、有关尺寸、配合及技术条件；绘制夹具零件图及试用使用的技术支持。 一、收集和研究有关资料 1生产批量 2零件图及工序图 3零件工艺规程 4夹具典型结构及有关标准,120,第七节 夹具设计的基本要求和步骤,二、确定夹具的结构方案 在广泛收集和研究有关资料的基础上，着手拟定夹具的结构方案，主要包括： 1根据工件的定位原理，确定工件的定位方式、选择定位元件； 2确定工件的夹紧方式，设计适宜的夹紧装置； 3确定刀具的对准及引导方式，选取刀具的对准及引导元件； 4确定其它元件或装置的结构型式，如定向元件、分度装置等； 5统筹各元件、装置的布置，确定夹具体结构尺寸和总体结构；,121,第七节 夹具设计的基本

45、要求和步骤,三、绘制夹具总图 绘制夹具总图应遵循国家制图标准，绘图比例应尽量取1：1，以便使图形有良好的直观性。如被加工工件的尺寸过大，夹具总图可按1：2或1：5的比例绘制；被加工工件尺寸过小，总图也可按2：1或5：1的比例绘制。夹具总图中视图的布置也应符合国家制图标准，在能清楚表达夹具内部结构和各元件、装置关系的情况下，视图的数目应尽量少。 总图的主视图应取操作者实际工作的位置，以便于夹具装配及使用时参考。被加工工件在夹具中被看作为“透明体”，所画的工件轮廓线与夹具上的任何线彼此独立，不相干涉，其外廓以黑色双点划线表示。,122,第七节 夹具设计的基本要求和步骤,四、确定并标注有关尺寸、配合

46、及技术条件 1应标注的尺寸及配合（五类） （1）工件与定位元件的联系尺寸 常指工件以孔在心轴或定位销上（或工件以外圆在内孔中）定位时，工件定位表面与夹具上定位元件间的配合尺寸及公差等级。 （2）夹具与刀具的联系尺寸 用来确定夹具上对刀、引导元件位置的尺寸。对于铣、刨床夹具，是指对刀元件与定位元件的位置尺寸；对于钻、镗床夹具，则是指钻（镗）套与定位元件间的位置尺寸，钻（镗）套之间的位置尺寸，以及钻（镗）套与刀具导向部分的配合尺寸等。,123,第七节 夹具设计的基本要求和步骤,（3）夹具与机床的联系尺寸 用于确定夹具在机床上正确的尺寸。对于车、磨床夹具，主要是指夹具与主轴端的连接尺寸；对于铣、刨床

47、夹具，则是指夹具上的定向键与机床工作台上的T型槽的配合尺寸。 （4）夹具内部的配合尺寸 主要是为了保证夹具装配后能满足规定的使用要求，它们与工件、机床、刀具无关。 （5）夹具的外廓尺寸 一般指夹具最大外轮廓尺寸。若夹具上有可动部分，应包括可动部分处于极限位置所占的空间尺寸。,124,第七节 夹具设计的基本要求和步骤,2应标注的技术条件（位置精度要求）有如下几个方面： （1）定位元件之间或定位元件与夹具体底面间的位置要求。 （2）定位元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求。 （3）对刀元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求。 （4）定位元件与引导元件的位置要求。 数值应取工件相应技术要求所规

48、定数值的 1/31/5。 五、绘制夹具零件图 在以上夹具设计完成后得到夹具总图。 在夹具设计完成后，设计人员应关注夹具的制造和装配过程。,125,第七节 夹具设计的基本要求和步骤,CA6140接头零件图。系大批生产，45钢，毛坯模锻。设计加工该零件上尺寸为28H11的槽口时所用夹具。 零件槽口的加工要求: 保证宽度28H11、深度40mm,表面粗糙度侧面为Ra3.2m，底面为Ra6.3m。并要求两侧面对孔20H7的轴心线对称，公差为0.1mm；两侧面对孔10H7的轴心线垂直，其公差为0.1mm。,126,图 接头零件图,第八节 夹具设计实例,分析： 1.零件的加工工艺过程安排是在加工槽口之前，除孔10H7尚未进行加工外，其它各面均已加工达到图纸要求。槽口的加工采用三面刃铣刀在卧式铣床上进行。 2按加工要求确定工件装夹方案 两侧面宽度28H11取决于铣刀的宽度，与夹具无关； 深度40mm由调整刀具相对夹具的位置保证； 两侧面对孔10H7轴心线的垂直度，因该孔未加工，由下道序工序保证；,127,第八节 夹具设计实例,定位方案： 主要应满足两侧面与孔20H7轴心线的对称要求。根据基准重合的原则，应选孔20H7的轴心线为第一定位基准。 由于要保证一定的加工深度，故工件沿高度方向的自由度也应限制。 此外，从零件的工作性能要求