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1、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì),主講人：李愛(ài)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(jī)構(gòu) 3.2.4 夾緊機(jī)構(gòu)的動(dòng)力裝置,3.2 夾緊裝置的設(shè)計(jì),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(lái)。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(dòng)和振動(dòng)。 夾緊裝置設(shè)計(jì)內(nèi)容： 夾緊力的確定；夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 夾緊動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)或選擇。,（一）夾緊裝置的組成 1動(dòng)力源（動(dòng)力裝置）：產(chǎn)生原始作用力的部分。 夾緊力的來(lái)源：人力；某種動(dòng)力裝置。 常用的動(dòng)力裝置： 液壓裝置、氣壓裝置、電磁裝置、電動(dòng)裝置、 氣一液聯(lián)合裝置、真

2、空裝置。 手動(dòng)夾緊：用人力對(duì)工件進(jìn)行夾緊。 機(jī)動(dòng)夾緊：用液壓裝置、氣壓裝置、電磁裝置、電動(dòng) 裝置等動(dòng)力裝置進(jìn)行夾緊。,2夾緊機(jī)構(gòu)： 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(wù)的部分。 中間遞力機(jī)構(gòu)： 把人力或動(dòng)力裝置產(chǎn)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(wù)。 人力或動(dòng)力裝置（原始作用力）中間遞力機(jī)構(gòu)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(dòng)力裝置，鉸鏈臂和壓板等組成了鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)，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(duì)夾緊裝置的基本要求 1確能保證工件定位后占據(jù)的正確位置 2夾緊力的大小要適當(dāng)、穩(wěn)定 3夾緊裝置的復(fù)雜程度與生產(chǎn)類型相適應(yīng)。 4夾緊裝置必須可靠 5工藝性好,,返回,,有助于定位，不應(yīng)破壞定位.,,既要保證工件在加工過(guò)程中的位置穩(wěn)定不變，振動(dòng)小，又要使工件不產(chǎn)生過(guò)大的夾緊變形。夾緊力穩(wěn)定可減少夾緊誤差。,,手動(dòng)夾緊自鎖、機(jī)動(dòng)夾緊聯(lián)鎖保護(hù)、夾緊行程足夠等。,,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造和維修；多用標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)、方向、大小三要素。

4、 （一）夾緊力的方向 1夾緊力的方向應(yīng)有助于定位，而不應(yīng)破壞定位。 （1）只有一個(gè)夾緊力，夾緊力應(yīng)垂直于主要定位基面或使各定 位基面同時(shí)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(shí)受到夾緊力作用。 圖（a）所示，可對(duì)第一定位基面施加，對(duì)第二定位基面施加； 圖（）所示，施加代替、，使兩定位基面同時(shí)受到夾緊力的作

5、用。,圖（）所示，施加代替、，使兩定位基面同時(shí)受到夾緊力的作用。,一力兩用示例,（2）用幾個(gè)夾緊力分別作用時(shí)，朝向主要定位面的夾 緊力應(yīng)是主要夾緊力，應(yīng)注意幾個(gè)夾緊力動(dòng)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(yīng)首先作用。,,2夾緊力的方向應(yīng)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(guān)系,3夾緊力方向應(yīng)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(diǎn) 1應(yīng)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(zhuǎn)。 落在定位元件之上或支承范圍內(nèi),夾緊力作用點(diǎn)的位置,2夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)有助于減小夾緊變形。 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性好的方向和部位，特別對(duì)低剛度工件。 如發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸套加工，大多數(shù)工序采用軸向夾緊。 夾緊如圖）所示薄壁箱體時(shí)： 夾緊力應(yīng)作用在剛性好的凸邊上；

7、若箱體無(wú)凸邊時(shí)，可如圖），將單點(diǎn)夾緊改為三點(diǎn)夾緊， 使著力點(diǎn)落在剛性好的箱壁上。,夾緊力作用點(diǎn)與夾緊變形的關(guān)系,設(shè)計(jì)特殊形狀?yuàn)A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(lái)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(diǎn)應(yīng)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(dòng)（低剛度工件）。 不能滿足上述要求時(shí)，可以增設(shè)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(yīng)使夾具產(chǎn)生影響加工精度的變形 導(dǎo)向、定位與夾緊支架分開(kāi)（精加工夾具

8、） 例1:發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體精鏜主軸孔、凸輪軸夾具： 導(dǎo)向與夾緊支架分開(kāi)。 例2: 存在的問(wèn)題：夾緊力作用于導(dǎo)向支架上， 夾緊力的反作用力引起導(dǎo)向支架變形，影響導(dǎo)向精度； 改進(jìn)措施：導(dǎo)向支架與夾緊機(jī)構(gòu)分開(kāi)，讓夾緊力的反作用力不再作用在導(dǎo)向支架上。,夾緊引起導(dǎo)向支架變形,（三）夾緊力的大小： 夾緊力的大小必須適當(dāng)： 過(guò)小，加工過(guò)程中發(fā)生移動(dòng)或振動(dòng)，破壞定位； 過(guò)大，使工件和夾具產(chǎn)生夾緊變形，影響加工質(zhì)量。 夾緊力確定方法：實(shí)驗(yàn)法、估算法。 估算夾緊力通常將夾具和工件看成一個(gè)剛性系統(tǒng)以簡(jiǎn)化計(jì)算。 估算時(shí)，應(yīng)找出對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)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(zhǔn)確場(chǎng)合實(shí)驗(yàn)法確定夾緊力。,夾緊力估算步驟： 1計(jì)算切削力； 2求出理論夾緊力W 根據(jù)加工過(guò)程中，工件受到切削力F（按對(duì)夾緊最不利的加 工條件）、夾緊力W（大型工件的重力，高速運(yùn)動(dòng)工件的慣 性力，高速旋轉(zhuǎn)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(shí)際夾緊力W：W=KW K安全系數(shù)，與加工性質(zhì)、切削特點(diǎn)、夾緊力來(lái)源、刀具情 況有關(guān)：一般取K1.53。 粗加工時(shí)，K2.53；精加工時(shí)，K1.52.5。,夾緊力計(jì)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(jì)；因壓板是活動(dòng)的，壓板對(duì)工件的摩擦力不計(jì)。

10、 銑削時(shí)，切削力的作用點(diǎn)、方向和大小是變化的，應(yīng)按最危險(xiǎn)情況考慮。,銑削時(shí)夾緊力的估算,對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)是銑刀切入全深、切削力達(dá)到最 大時(shí)，工件繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，形成切削力矩，需用夾緊 力產(chǎn)生的摩擦力矩、與之平衡， 設(shè) 則 夾緊工件的實(shí)際夾緊力為,,,,,,,,,,,返回,3.2.3 常用的夾緊機(jī)構(gòu) 基本夾緊機(jī)構(gòu) ： 斜楔夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)和偏心夾緊機(jī)構(gòu) (一)斜楔夾緊機(jī)構(gòu) 斜楔夾緊原理： 利用其斜面移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來(lái)夾緊工件的，即利 用斜面的楔緊作用夾緊工件。,斜楔夾緊機(jī)構(gòu),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(kāi)工件。

11、由于用斜楔直接夾緊工件的夾緊力較小，且操作費(fèi)時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)多數(shù)情況下是將斜楔與其它機(jī)構(gòu)聯(lián)合起來(lái)使用： 圖（b）是將斜楔與滑柱合成一種夾緊機(jī)構(gòu)，一般用氣壓或液壓驅(qū)動(dòng)斜楔。 圖（c）是由端面斜楔與壓板組合而成的夾緊機(jī)構(gòu)。,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(huì)松開(kāi)工件的現(xiàn)象。 此時(shí)摩擦力的方向與斜楔企圖松開(kāi)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(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)一般取 液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)的斜楔，可取,,,,,,,,3斜楔的擴(kuò)力比與夾緊行程 （1）擴(kuò)力比：夾緊力與原始作用力之比稱為擴(kuò)力比，即： 若 斜楔具有擴(kuò)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(guò)程中移 動(dòng)的距離： 由于s受到斜楔長(zhǎng)度的限制，要增大夾緊行程，就得增大斜角 ，這樣會(huì)降低自鎖性能。 當(dāng)要求機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)特點(diǎn) （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(dòng)摩檫。 多用于機(jī)動(dòng)夾緊裝置中,（二）螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 由螺釘、螺母、墊圈、壓板等元件組成的夾緊機(jī)構(gòu)。,常見(jiàn)螺旋夾緊機(jī)構(gòu),（1）單個(gè)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)： 直接用螺釘或螺母夾緊工件的夾緊機(jī)構(gòu)。 螺釘頭直接與工件表面接觸，螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可能損傷工件表面，或帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。為克服這一缺點(diǎn)，可在螺釘頭部裝上擺動(dòng)壓塊（已標(biāo)準(zhǔn)化）。 當(dāng)擺動(dòng)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(huì)隨螺釘一起轉(zhuǎn)動(dòng)。,擺動(dòng)壓塊,快速夾緊機(jī)構(gòu)： 單個(gè)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)夾緊動(dòng)作慢，裝卸工件費(fèi)時(shí)，為了克服這 一缺點(diǎn)，出現(xiàn)了各種快速螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。,,使用了開(kāi)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(dòng)手柄2，使擺動(dòng)壓塊迅速靠近工件，繼而轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，夾緊工件并自鎖。,,手柄4帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，因手柄5的限制，螺母不能右移，致使螺桿帶著擺動(dòng)壓塊3往左移動(dòng)，從而夾緊工件。松開(kāi)時(shí)，只要反轉(zhuǎn)手柄4，稍微松開(kāi)后，即可轉(zhuǎn)動(dòng)手柄5，為的快速移動(dòng)讓出了空間。,夾緊力計(jì)算： 原始作用力Q； 工件對(duì)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(duì)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(duì)螺桿產(chǎn)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(dāng)量摩擦半徑，與螺桿端面形狀有關(guān)。,,,,,（2）螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)形式變化最多的是螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)， 如圖所示是常見(jiàn)的螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。 圖a）、b）為移動(dòng)壓板； 圖c）、d）為回轉(zhuǎn)壓板。,螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu),螺旋鉤形壓板機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便。 當(dāng)鉤形壓板妨礙工件裝卸時(shí)，可采用自動(dòng)回轉(zhuǎn)鉤形壓板， 它避免了用手轉(zhuǎn)動(dòng)鉤

16、形壓板的麻煩。有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算可查閱 “夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)”。 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)夾緊中用得最多的一種夾緊機(jī)構(gòu)。,螺旋鉤形壓板夾緊機(jī)構(gòu),自動(dòng)回轉(zhuǎn)鉤形壓板,（三）偏心夾緊機(jī)構(gòu) 利用偏心件直接或間接夾緊工件的夾緊機(jī)構(gòu)。 原理：利用偏心件回轉(zhuǎn)時(shí)半徑逐漸增大而產(chǎn)生夾緊力來(lái)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(jī)構(gòu),偏心夾緊機(jī)構(gòu)特點(diǎn)： 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(dòng)小、夾壓面公差小的加工中。 常用的一種手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。,（四）其它夾緊機(jī)構(gòu)

17、1鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)： 特點(diǎn)：動(dòng)作迅速，增力比大，易于改變力的作用方向； 缺點(diǎn)：自鎖性能差。 用于氣動(dòng)、液壓夾緊。 設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 進(jìn)行鉸鏈、杠桿受力分析、運(yùn)動(dòng)分析、主參數(shù)分析計(jì)算； 設(shè)置必要的浮動(dòng)、調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。,2定心夾緊機(jī)構(gòu) （1）定位夾緊元件按等速位移原理來(lái)均分工件定位面的 尺寸誤差，實(shí)現(xiàn)定心和對(duì)中。,錐面定心夾緊心軸,螺旋定心夾緊機(jī)構(gòu),（2）定位夾緊元件按均勻彈性變形原理實(shí)現(xiàn)定心夾緊。 如彈性心軸、彈性?shī)A頭、液性塑料夾頭等。,彈簧套筒結(jié)構(gòu),彈簧夾頭結(jié)構(gòu),3聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)： 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)夾緊，或多個(gè)工件同時(shí)夾緊； 實(shí)現(xiàn)使工件先可靠定位再夾緊，或先鎖緊輔助支 承再夾緊。 設(shè)計(jì)聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)注意問(wèn)題

18、？,,返回,3.2.4 夾緊機(jī)構(gòu)的動(dòng)力裝置 1氣動(dòng)夾緊裝置：采用壓縮空氣作為夾緊裝置的動(dòng)力源。 特點(diǎn)： 壓縮空氣具有粘度小，不污染，傳送分配方便的優(yōu)點(diǎn)； 工作壓力為，執(zhí)行件氣缸，結(jié) 構(gòu)尺寸較大，有排氣嘈聲。,典型氣壓傳動(dòng)系統(tǒng),2液壓夾緊裝置： 與氣動(dòng)夾緊裝置相比有下列優(yōu)點(diǎn)： （1）工作介質(zhì)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(dòng)系統(tǒng)的機(jī)床和切削力較大的場(chǎng)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(dòng)力，油液為傳動(dòng)介質(zhì)，兼有氣動(dòng)和液壓夾緊裝置的優(yōu)點(diǎn)。 下圖為氣液增壓器：將壓縮空氣的動(dòng)力轉(zhuǎn)換成較高壓力的液體，供應(yīng)夾具的夾緊油缸。,氣液增壓器,4其它動(dòng)力裝置 （1）真空夾緊,（2）電磁夾緊：平面磨床電磁吸盤(pán)。 （3）其它方式夾緊： 重力、慣性力、彈性力等夾緊工件。,,返回,