夹紧原理与典型的夹紧.pptx
夹紧装置的组成及基本要求夹紧装置的组成及基本要求组成（1）力源装置（2）夹紧元件（3）中间传力机构作用1）改变作用力的方向；2）改变作用力的大小；3）使夹紧实现自锁。基本要求1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置；稳2）夹紧力大小要适当；牢3）夹紧操作要迅速、安全、方便、省力；快4）结构紧凑，易于制造与维修。第1页/共69页应考虑的问题：1.夹紧力（三要素：大小、方向、作用点）？2.夹紧机构（增力、快速、机动等）？3.力源装置（手动、气动、液动、电动等）？第2页/共69页夹紧力的方向夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好，保证工夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好，保证工件定位准确可靠件定位准确可靠 夹紧力三要素设计原则夹紧力三要素设计原则第3页/共69页4A0.02 A间隙配合刚性心轴第4页/共69页夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、重力等的方向夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、重力等的方向一致，以减小夹紧力一致，以减小夹紧力。夹紧力的方向夹紧力的方向图:夹紧力的方向对夹紧力大小的影响 第5页/共69页夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形变形。由于工件在不同方向上刚性不同，因此对工件在不同方向施加夹紧力时所产生的变形也不同。夹紧力的方向夹紧力的方向动画动画第6页/共69页 力的作用点的位置应能保持工件的正确定位而不发生位移或偏转。作用点的位置应正对着支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，使夹紧力均匀分布在接触面上。夹紧力的作用点夹紧力的作用点第7页/共69页 夹紧力的作用点应位于工件刚性较大处。且作用点应有足够的数目，这样可使工件的变形量最小。夹紧力的作用点夹紧力的作用点第8页/共69页 夹紧力的作用点应尽量靠近工件被加工表面。这样可使切削力对该作用点的力矩减小，同时减小工件的振动。若加工面远离夹紧作用点，可增加辅助支承并附加夹紧力以防止工件在加工中产生位置变动、变形或振动。夹紧力的作用点夹紧力的作用点第9页/共69页式中：理论计算的夹紧力；安全系数，一般取 1.53.0（粗加工时，K=2.53.0;精加工时，K1.52.0）对工件所施加的夹紧力，要适当。夹紧力过大，会引起工件变形；夹紧力过小，易破坏定位。进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看作一刚性系统，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。为安全起见，计算出的夹紧力应乘以安全系数K，故实际夹紧力一般比理论计算值大23倍。夹紧力的大小夹紧力的大小第10页/共69页常用夹紧机构斜楔夹紧机构 偏心夹紧机构 定心：位于中心、对中用偏心件直接或间接夹紧工件的机构。螺旋夹紧机构 特点：夹紧力小，费时组合单螺旋夹紧机构 螺旋压板夹紧机构 特点：动作慢，费时特点：夹紧力可靠，应用广泛定心夹紧机构 夹紧机构夹紧机构第11页/共69页楔块夹紧装置 主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。楔块夹紧常与杠杆、压板、螺旋等组合使用。常用的典型夹紧机构常用的典型夹紧机构第12页/共69页动画动画1第13页/共69页楔块夹紧受力的计算楔块夹紧受力的计算当当时，夹紧力时，夹紧力，自锁性能，自锁性能，但水平行程，但水平行程，升程，升程，操作时间操作时间。h/s=tan，故 h 远小于 s；第14页/共69页(2)楔块的自锁条件当原始力撤除后，楔块在摩擦力的作用下仍然不会松开工件的现象称为自锁。楔块在力FR1、FR2作用下平衡，此时摩擦力的方向与楔块松开的趋势相反，自锁的条件应该是：若12，f 0.10.15，=tg,摩擦角545832,则11.517。为安全起见一般取1015或更小些。(3)传力系数 夹紧力与原始力之比称传力系数，以iP表示则有：摩擦角 取57，取8，一般ip=2.83.3第15页/共69页特点：特点：结构简单，有增力作用。一般扩力比3。楔块夹紧行程小，增大行程会使自锁性能变差,(如双斜面楔块）；要能自锁，操作不便，夹紧和松开均需敲击,夹紧力小，需与机械、汽动、液压机构联动，主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。楔块材料：通常用20钢渗碳，淬硬5862HRC偏心轮、凸轮、螺旋为楔块的变种第16页/共69页螺旋夹紧装置是从楔块夹紧装置转化而来的，相当于把楔块绕在圆柱体上，转动螺旋时即可夹紧工件。螺旋夹紧装置螺旋夹紧装置 标准浮动压块1-夹紧手柄；2-螺纹衬套；3-防转螺钉4-夹具体；5-浮动压块；6-工件第17页/共69页螺旋夹紧装置螺旋夹紧装置a.移动压板 b.转动压板 c.翻转压板第18页/共69页第19页/共69页工件处于夹紧状态时，根据力的平衡、力矩的平衡可算得夹紧力：式中 螺旋升角，一般为=24；1螺母与螺杆间的摩擦角；2 工件与螺杆头部(或压块)间的摩擦角；r中螺旋中径的一半 r1摩擦力矩计算半径。其数值与螺杆头部或压块的 形状有关，螺杆夹紧力计算螺杆夹紧力计算第20页/共69页楔块夹紧装置的自锁条件为11.517，而螺旋夹紧装置的螺旋升角(a24)很小，故自锁性能好。传力系数为：因为螺旋升角小于楔块升角，而L大于r中和r1，所以螺旋夹紧装置的传力系数远比楔块夹紧装置的大。螺旋夹紧的自锁性能和传力系数第21页/共69页特点：(1)夹紧结构简单，夹紧可靠，自锁性能好，在夹具中得到广泛应用；(2)夹紧力比斜楔夹紧力大，增力比大，螺旋夹紧行程不受限制，所以在手动夹紧中应用极广；(3)螺旋夹紧动作慢，辅助时间长，效率低，在实际生产中，螺旋压板组合夹紧比单螺旋夹紧应用更为普遍。(4)通常采用各种形式的快速夹紧机构 第22页/共69页偏心夹紧装置是将楔块包在圆盘上，旋转圆盘使工件得以夹紧。偏心夹紧装置偏心夹紧装置第23页/共69页圆偏心夹紧原理圆偏心夹紧原理圆偏心轮直径为D，几何中心为O1，回转中心为O，偏心距为e，虚线圆为基圆，其直径为D2e，为圆盘转角。第24页/共69页P点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁，故 自锁条件 式中：1、2材料的摩擦角。p P 点压力角自锁条件：D/e1420D/e叫偏心轮的偏心特性，表示偏心轮的工作可靠性。圆偏心夹紧的自锁条件圆偏心夹紧的自锁条件2e/D(偏心轮与工件的摩擦系数)D/e 2/一般=0.10.15 第25页/共69页 圆偏心夹紧力计算圆偏心夹紧实际上是斜楔夹紧的一种变形，假设一升角为的楔块：圆偏心夹紧的传力系数圆偏心最大升角p8.13,而螺旋升角为24,又因在一般情况下r中，因此圆偏心夹紧的传力系数远小于螺旋夹紧的传力系数。第26页/共69页特点：1.夹紧迅速方便；2.夹紧力、行程小；增力比不大，自锁性不稳定；3.用于切削力小、振动小及工件尺寸公差不大的场合。第27页/共69页在切削加工中，若工件是以中心线或对称面为工序基准，为使C定0，可采用一种保证工件准确定心或对中的装置，使工件的定位和夹紧过程同时完成，而定位元件与夹紧元件合二为一。这种装置称为定心夹紧装置。定心夹紧装置的原理在定心夹紧装置中，利用等速移动或均匀的弹性变形，使定位夹紧元件或工件定位基准的尺寸制造误差均匀分布在工件定位面上，保证工件的中心或对称位置不变。定心夹紧机构定心夹紧机构第28页/共69页定心夹紧机构定心夹紧机构第29页/共69页 定位夹紧元件等速移动的装置。左右螺旋定心夹紧装置斜楔定心夹紧装置定心夹紧机构定心夹紧机构定心精度不高 夹紧力和夹紧行程较大，常用于粗加工和半精加工 第30页/共69页定位夹紧元件均匀弹性变形的装置定心精度高 夹紧力和夹紧行程较小，仅用于精加工 及工件定心尺寸精度等级不低于IT8的场合第31页/共69页多点联动夹紧机构多点联动夹紧机构 联动夹紧机构是操作一个手柄或用一个动力装置在几个夹紧位置上同时夹紧一个工件(单件多位夹紧)或夹紧几个工件(多件多位夹紧)的夹紧机构。在设计联动夹紧机构时应注意的问题：(1)必须设置浮动环节，以补偿同批工件尺寸偏差的变化，保证同时且均匀地夹紧工件。(2)联动夹紧一般要求有较大的总夹紧力，故机构要有足够刚度，防止夹紧变形。(3)工件的定位和夹紧联动时，应保证夹紧时不破坏工件在定位时所取得的位置。第32页/共69页1、单件双向多点联动夹紧机构、单件双向多点联动夹紧机构多点联动夹紧机构多点联动夹紧机构第33页/共69页2 2 2 2、多件单向联动夹紧机、多件单向联动夹紧机构构第34页/共69页3 3 3 3、单件同向联动夹紧机构单件同向联动夹紧机构单件同向联动夹紧机构单件同向联动夹紧机构第35页/共69页4 4 4 4、单件对向联动夹紧机构、单件对向联动夹紧机构、单件对向联动夹紧机构、单件对向联动夹紧机构多件对向联动夹紧机构（见书多件对向联动夹紧机构（见书P107P107图图2-97 2-97（c c）)第36页/共69页5 5 5 5、单件双向联动夹紧机、单件双向联动夹紧机、单件双向联动夹紧机、单件双向联动夹紧机构构构构第37页/共69页夹紧动力源装置夹紧动力源装置1.气动夹紧装置2、液动夹紧装置3、真空夹紧装置气动夹紧装置是以压缩空气作为工作介质，推动气缸中的活塞与活塞杆，活塞杆与夹紧机构的的作用力输入端相连，从而推动夹紧机构夹紧工件。特点：夹紧力基本恒定，夹紧动作迅速，但由于空气是可压缩的，夹紧刚性较差。液动夹紧装置是以液压油产生动力。特点：(1)工作压力高，传动力大，不需增力机构，夹具结构简单；(2)油液不可压缩，夹紧刚性大，工作平稳，夹紧可靠；(3)噪声小，劳动条件好。(4)适用于重力切削或加工大型工件时的多处夹紧。缺点：需要专用的液压辅助装置，成本较高真空夹紧装置是利用封闭腔内的真空度吸紧工件，实质上是利用大气压来夹紧工件。主要用于加工精度要求而刚性很差的薄片等夹紧。第38页/共69页第39页/共69页车床夹具工件均为回转体，夹具随机床主轴一起旋转，因此要求夹具结构紧凑、轮廓尺寸尽可能小、重量尽可能靠近回转轴线，以减少惯性力和回转力矩;转速高，必须考虑平衡、夹紧力大小、元件刚度和强度、操作安全等问题，注意消除不平衡引起的振动现象;与机床的联接视具体情况而定，通常有较准确的圆柱孔或圆锥孔;夹具带动工件旋转，不允许工件相对主轴位移;为使夹具使用安全，应尽可能避免带有尖角或凸出部分，必要时要加防护罩典型机床夹具典型机床夹具第40页/共69页安装在车床主轴上的夹具：各种卡盘、顶尖、各种心轴或其它专用夹具。加工时夹具随机床主轴一起旋转，切削刀具作进给运动。三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘第41页/共69页第42页/共69页典型机床夹具典型机床夹具铣床夹具铣床夹具特点：1.工件安装在夹具上随同机床工作台一起作送进运动2.铣削为断续切削，冲击、振动大，夹紧力要求较大3.夹具要有足够的刚度和强度，本体应牢固地固定在机床工作台上4.铣削加工效率高，工件安装应迅速，要有快速对刀元件第43页/共69页2、铣床夹具的构造主要由夹具体、定位板、夹紧机构、对刀块、定向键等第44页/共69页第45页/共69页铣床夹具的对刀装置：由对刀块、（平、圆）塞尺等组成第46页/共69页典型机床夹具典型机床夹具钻床夹具钻床夹具首先根据工件的具体情况选定钻模类型，以及解决如何保证和提高孔的位置精度问题 通过钻套引导刀具进行加工是钻模的主要特点。钻套是用来引导钻头、扩孔钻、铰刀等孔加工刀具，加强刀具刚度，并保证所加工的孔和工件其它表面有准确的相对位置。合理选择钻模板，钻模板主要用来安装钻套，应有一定的刚度和强度。第47页/共69页钻模类型:固定式钻模、回转式钻模、翻转式钻模、盖板式钻模、滑柱式钻模 固定式钻模:加工中钻模相对于工件的位置保持不变。回转式钻模：具有分度装置 翻转式钻模:可翻转，在多个方向上钻孔,适用重量比较轻的中小件。盖板式钻模：没有夹具体。结构简单，多用于加工大型工件上的小孔。滑柱式钻模：是一种具有升降模板的通用可调整钻模,适用孔垂直度和孔心距要求不高的中小型工件。第48页/共69页第49页/共69页第50页/共69页第51页/共69页第52页/共69页固定钻套固定钻套可换钻套可换钻套快换钻套快换钻套（1）钻套:钻套是引导刀具的元件，用以保证孔的加工位置，并防止加工过程中刀具的偏斜。一般取H=（12.5）D加工钢件时，取h=（0.7l.5）D；加工铸铁件时，取h=（0.30.4）D；第53页/共69页加长钻套加长钻套斜面钻套斜面钻套小孔距钻套小孔距钻套定位夹紧钻套定位夹紧钻套第54页/共69页(2)钻模板:固定式、铰链式、分离式、悬挂式。固定式钻模板：钻模板直接固定在夹具体上，结构简单，精度较高。铰链式钻模板：钻模板通过铰链与夹具体相联接。铰链处存在间隙，因而精度不高。工件装卸方便。分离式钻模板：钻模板可拆卸，方便工件装卸.悬挂式钻模板：悬挂在主轴上，随主轴一起靠近或离开工件。它与夹具体的相对位置由滑柱来保证。多与组合机床的多轴头联用。第55页/共69页对机床夹具的基本要求 稳定地保证工件的加工精度；提高机械加工的劳动生产率；结构简单，有良好的结构工艺性和劳动条件；应能降低工件的制造成本。考虑上述四方面要求时，应在满足加工要求的前提下，根据具体情况处理好生产率与劳动条件、生产率与经济性的关系，解决主要矛盾。应在设计过程中深入生产实际进行调查研究，广泛征求操作者的意见，吸收国内外有关的先进经验，在此基础上拟出初步设计方案，经过讨论，然后定出合理的方案进行具体设计。机床夹具的基本要求和设计步骤机床夹具的基本要求和设计步骤第56页/共69页确定夹具的结构方案，绘制结构草图确定夹具的结构方案，绘制结构草图研究原始资料，明确设计任务研究原始资料，明确设计任务绘制夹具总图绘制夹具总图确定并标注有关尺寸和夹具技术要求确定并标注有关尺寸和夹具技术要求绘制夹具零件图绘制夹具零件图基本步骤基本步骤第57页/共69页总体设计的几点要求总体设计的几点要求：1.定位件、夹紧件、导引件等元件设计时应尽可能标准化、通用化2.为操作方便和防止装反，应设置止动销、障碍销、防误装标志等3.运动部件必须运动灵活、可靠4.零部件结构工艺性要好，应易于制造、检测、装配和调整5.夹具结构应便于维修和更换零部件6.适当考虑提高夹具的通用性第60页/共69页绘制夹具零件图绘制夹具零件图夹具中的非标准件都应绘制零件图并按总图要求标注尺寸、公差、表面粗糙度和技术要求。第63页/共69页XYZ第64页/共69页钻床夹具设计举例钻床夹具设计举例钻床夹具钻床夹具第65页/共69页1.机床夹具是由定位元件、夹紧装置、对刀元件、夹具体等部分组成，其中定位与夹紧两个环节是夹具设计的重点。2.定位就是确定工件在夹具中的正确位置，是通过定位元件实现。工件有完全定位和不完全定位，过定位和欠定位。欠定位是不允许的，过定位有条件地采用。3.由于基准不重合、定位副制造不准确等原因，定位过程中会产生误差，定位误差的计算要根据具体情况分析计算。4.夹紧是为了克服切削力等外力干扰而使工件在空间中保持正确的定位位置的一种手段。夹紧一般在定位步骤之后，有时定位与夹紧是同时进行的，如定心夹紧机构。5.机床夹具设计应根据具体设计任务，遵循夹具设计的基本要求和步骤进行设计。第66页/共69页机床夹具的现状及发展方向能迅速而方便地装备新产品，以缩短生产准备周期，降低生产成本能装夹一组具有相似性特征的工件适用于精密加工的高精度机床夹具适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率提高机床夹具的标准化程度第67页/共69页现代机床夹具的发展方向精密化：如精密分度、高精度自定心高效化：缩短加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度柔性化：通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素标准化：按夹具零件及部件的国家标准以及各类通用夹具、组合夹具标准制造，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。第68页/共69页感谢您的观看。第69页/共69页
