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附件1： 3.2.2 夾緊力作用點 選擇作用點的問題是指在夾緊方向已定的情況下，確定夾緊力作用點的位置和數(shù)目。由于夾緊力作用點的位置和數(shù)目直接影響工件定位后的可靠性和夾緊后的變形，應(yīng)依據(jù)以下原則： 1.夾緊力作用點應(yīng)落在支承元件上或幾個支承元件所形成的支承面內(nèi) 如圖3-6(a)所示，夾緊力作用在支承面范圍之外，會使工件傾斜或移動，而如圖3-6(b)所示，夾緊力作用在支承面范圍之內(nèi)則是合理的。 (a)不合理 (b)合理 圖3-6 夾緊力作用點應(yīng)在支承面內(nèi) 2.夾緊力作用點應(yīng)落在工件剛性好的部位上 如圖3-7所示，將作用在殼體中部的單點改成在工件外緣處的兩點夾緊，工件的變形大為改善，且夾緊也更可靠。該原則對剛度差的工件尤其重要。 (a)不合理 (b)合理 圖3-7 夾緊力作用點應(yīng)在剛性較好部位 3.夾緊力作用點應(yīng)盡可能靠近被加工表面，以減小切削力對工件造成的翻轉(zhuǎn)力矩 必要時應(yīng)在工件剛性差的部位增加輔助支承并施加夾緊力，以免振動和變形。如圖3-8所示，支承a盡量靠近被加工表面，同時給予夾緊力Q2。這樣翻轉(zhuǎn)力矩小又增加了工件的剛性R，既保證了定位夾緊的可靠性，又減小了振動和變形。 圖3-8 夾緊力作用點應(yīng)靠近加工表面 3.2.3 夾緊力大小 夾緊力的大小主要影響工件定位的可靠性、工件夾緊變形以及夾緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸和復(fù)雜性，夾緊力大小要適當(dāng)，過大了會使工件變形，過小了則在加工時工件會松動，造成報廢甚至發(fā)生事故。 1.夾緊力的大小確定方法 在實際設(shè)計中確定夾緊力大小的方法有兩種：經(jīng)驗類比法和分析計算法。 經(jīng)驗類比法如手動夾緊時，可憑人力來控制夾緊力的大小，一般不需要算出所需夾緊力的確切數(shù)值，只是必要時進(jìn)行概略的估算。 采用分析計算法，一般將夾具和工件看做一剛性系統(tǒng)，以簡化計算。根據(jù)工件在切削力、夾緊力(重型工件要考慮重力，高速時要考慮慣性力)作用下處于靜力平衡，列出靜力平衡方程式，即可算出理論夾緊力，再乘以安全系數(shù)K，作為所需的實際夾緊力Q。 K的取值范圍一般為1.5～3，粗加工時為2.5～3，精加工時為1.5～2。 夾緊力的計算可根據(jù)圖3-4中的幾種情況來進(jìn)行?，F(xiàn)分析其中的三種情況： 1）切削力完全作用在支承上。 這時可不增加夾緊力或增加少量的夾緊力，如在拉削套筒、盤類零件的孔時就可不增加夾緊力。 2）切削力與夾緊力的方向垂直。 夾緊力的情況如圖3-4（b）所示，切削力F的計算公式為： （3-1） 式中，f1為工件已加工定位面與定位元件之間的摩擦系數(shù)，一般取0.10～0.15；f2為夾緊元件與工件夾緊表面之間的摩擦系數(shù)，一般取0.2～0.25。 不計工件重力，并考慮安全系數(shù)，則由式（3-1）變形可得夾緊力為： （3-2） 3）切削力與夾緊力的方向相反。 夾緊力的情況如圖3-4（f）所示：此時需要夾緊力最大為： （3-3） 2.計算夾緊力的典型實例 1）車削加工時的夾緊力計算 如圖3-9所示，工件夾于三爪卡盤上，每爪的夾緊力為Q。車削時，工件所受的切削力F分為Fx、Fy、Fz三個分力。 圖3-9 車削時的夾緊力計算 由于工件夾于三爪卡盤上，三個夾緊力Q要克服工件切削時的軸向移動和繞軸線的轉(zhuǎn)動，軸向移動分力為Fx，繞軸線的轉(zhuǎn)動扭矩為，但夾緊力是夾緊在直徑為D的截面處，故根據(jù)力矩平衡關(guān)系可得直徑為D處的力： 則合力F為 則可得工件與卡爪間處夾緊力值： 式中，n為卡爪數(shù)；f為工件與卡爪間的摩擦系數(shù)。 2）鉆削加工時的夾緊力計算 鉆孔時產(chǎn)生軸向力和扭矩，軸向力可以幫助夾緊。如圖3-10（a）所示為用壓板壓緊工件時鉆孔，考慮最不利的情況，鉆削扭矩全部由夾緊力Q克服，這時由力矩平衡關(guān)系可得： 式中，M為鉆削扭矩（Nm）。 如圖3-10（b）所示為用三爪卡盤夾緊工件時鉆孔，這時鉆削扭矩和軸向力全部由三個爪的夾緊力承受，由靜力學(xué)平衡關(guān)系可知： 式中，F(xiàn)為鉆削時的軸向力（N）；D為需要加工孔的直徑（mm）。 （a）用壓板壓緊工件時鉆孔 （b）用三爪卡盤夾緊工件時鉆孔 圖3-10 鉆孔時的夾緊力計算 3）銑削加工時的夾緊力計算 如圖3-11所示為在臥式銑床上用圓柱銑刀銑削工件上的一個平面，工件由側(cè)面上的兩處進(jìn)行夾緊。圖中表示了一個刀齒正在切削的情況，其徑向力Fr和周向力FT的合力為F這時合力F會使工件繞O點翻轉(zhuǎn)，其力矩為FL，而阻止它的反力矩是兩個夾緊力Q1、Q2產(chǎn)生的摩擦力矩。 圖3-11 銑削時的夾緊力計算 若兩處夾緊力相等 【小提示】若有幾個刀齒同時切削，可逐個刀齒進(jìn)行計算。由于加工中的切削力隨刀具的磨鈍、工件材料的性質(zhì)和余量不均勻等因素而變化，而且切削力的公式是在一定的條件下求得的，使用時雖然根據(jù)實際的加工情況給予修正，但是很難計算準(zhǔn)確，所以在實際生產(chǎn)中一般很少通過計算的方法求的夾緊力，而是通過類比的方法估算夾緊力大小。對于關(guān)鍵的重要夾具，則往往通過試驗的方法測定所需的夾緊力。 夾緊力三要素的確定是一個綜合性問題，必須全面考慮工件的結(jié)構(gòu)特點、工藝方法、定位元件的結(jié)構(gòu)和布置等多種因素，才能最后確定并具體設(shè)計出較為理想的夾緊機(jī)構(gòu)。 例3-1 如圖3-12所示，工件在V形塊上定位，進(jìn)行鏜孔。在工件的上母線上施以垂直向下的夾緊力Q，求夾緊力Q的大小。 圖3-12 鏜孔時V形塊定位的受力分析 解 鏜孔時，工件受到圓周切削力Fz和軸向切削力Fx的作用。圓周切削力Fz使工件受到在V形塊內(nèi)轉(zhuǎn)動的力矩，而軸向切削力Fx會使工件軸向移動。工件重力相對很小，可忽略不計。 （1）防止工件轉(zhuǎn)動所需夾緊力。圓周切削力產(chǎn)生的切削轉(zhuǎn)距為M=Fzr，它由夾緊后夾緊點和定位點產(chǎn)生的摩擦力距平衡。 設(shè)理論夾緊力為，定位表面的支反力為N，由力的平衡方程得 即 設(shè)夾緊點的磨擦系數(shù)為m1，支承點的摩擦系數(shù)為m2，由力矩平衡方程得 即 整理得 考慮安全系數(shù)K，則所需的夾緊力Q為 （2）防止工件軸向移動所需的夾緊力、摩擦力與軸向切削力平衡方程為 整理得 考慮安全系數(shù)K，且Q=KQ/，則所需的夾緊力為 比較防止工件轉(zhuǎn)動所需夾緊力和防止工件軸向移動所需的夾緊力，取其較大者作為實際所需的夾緊力。 【小提示】各接觸表面間的摩擦系數(shù)m取決于工件與定位支承面或壓板之間的接觸情況。當(dāng)接觸表面均為已加工表面時，摩擦系數(shù)可按下列數(shù)據(jù)選?。? （1）支承塊表面為光滑面時，m=0.16～0.25。 （2）支承塊表面有與位移方向一致的溝槽時，m=0.3。 （3）支承塊表面有與位移方向垂直的溝槽時，m=0.4。 （4）支承塊表面有交錯的網(wǎng)狀溝槽時，m=0.7～0.8。