《机床夹具设计》夹紧装置设计.docx

模块 3 夹紧装置设计【学问目标】Ø 机床夹具夹紧装置的组成和根本要求；Ø 夹紧装置中夹紧力大小、方向及作用点的根本确定方法；Ø 根本夹紧机构(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】Ø 把握联动夹紧机构、定心夹紧机构以及夹紧动力装置的应用；Ø 把握专用夹具夹紧装置设计的根本方法及应用；Ø 培育学生查阅“设计手册”和资料的力气，逐步提高学生处理实际工程技术问题的力气。【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，保证加工质量和生产安全，夹紧装置的设计尤为重要，一般夹具构造中都必需 设计夹紧装置将工件牢靠夹牢。同时夹紧装置的构造合理性、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，本任务就是依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。23【任务分析】图 3-1 加工摇臂零件f18H7 孔图 3-1 为加工摇臂零件f18H7 孔的工序图，要求依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； 其次要依据夹紧装置的根本要求，来确定夹紧的三要素大小、方向、作用点，并且依据常见夹紧装置的构造及生产现场的状况初步确定夹紧装置的构造特点。最终要对夹紧装置进 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根本要求是什么？(3) 夹紧力确定的根本原则是什么？(4) 根本夹紧机构有哪些？主要构造特点是什么？(5) 联动夹紧机构的种类有哪些？主要构造特点是什么？ (6)定心夹紧机构的种类有哪些？主要构造特点是什么？ (7)夹紧动力装置有哪些？主要构造特点是什么？(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？(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？【学问预备】学习情境 3.1 夹紧装置的组成和根本要求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局部组成。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，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，中间传力机构能够转变作用力的方向和大小，起增力作用；还能使夹紧 实现自锁，保证力源供给的原始力消逝后，仍能牢靠地夹紧工件，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 夹紧装置的根本要求夹紧装置是夹具重要组成局部，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成并非一成不变，须依据工件的加工要求、安装方法和生产规模等条件来确定。但无论其组成如何，都必需满足以下根本要求：(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外表损伤。(3) 夹紧机构的自动化程度和简洁程度应和工件的生产规模相适应，并有良好的构造工艺性，尽可能承受标准化元件。(4) 夹紧动作要快速、牢靠，且操作要便利、省力、安全。(5)构造简洁，易于制造。学习情境 3.2 夹紧力确实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：方向、作用点和大小。确定这些要素时，要分析工件的构造特点、加工要求、切削力和其他外力作用工件的状况,以及定位元件的构造和布置方式。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 3-3a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 3-3b所示的夹紧力方向垂直于 B 面，则因 A、B 面间有垂直度误差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，这样可使机构轻松、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状况。明显，图3-4a最合理，图 3-4f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 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全都的，不同的受力外表也因其接触面积不同而变形各 异，尤其在夹紧薄壁工件时，更需留意。如图 3-5 所示的套筒，用三爪自定心卡盘夹紧外圆， 明显要比用特制螺母从轴向夹紧工件的变形大得多。3.2.2 夹紧力作用点(a)不合理(b)合理图 3-5 夹紧力方向与工件刚性关系选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的状况下，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牢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 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，且夹紧也更牢靠。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外表，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关心支承并施加夹紧力，以免振动和变形。如图3-8 所示，支承 a 尽量靠近被加工外表，同时赐予夹紧力 Q2。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牢靠性，又减小了振动和变形。3.2.3 夹紧力大小图 3-8 夹紧力作用点应靠近加工外表夹紧力的大小主要影响工件定位的牢靠性、工件夹紧变形以及夹紧装置的构造尺寸和简洁性，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：阅历类比法和分析计算法。阅历类比法如手动夹紧时，可凭人力来把握夹紧力的大小，一般不需要算出所需夹紧力的精准数值，只是必要时进展概略的估算。承受分析计算法，一般将夹具和工件看做一刚性系统，以简化计算。依据工件在切削力、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。夹紧力的计算可依据图 3-4 中的几种状况来进展。现分析其中的三种状况：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。夹紧力的状况如图 3-4b所示，切削力F 的计算公式为：F = Q(f+ f)+ Gf 3-1121式中，f1 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；f2 为夹紧元件与工件夹紧外表之间的摩擦系数，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 =KF3-2f+ f123） 切削力与夹紧力的方向相反。夹紧力的状况如图 3-4f所示：此时需要夹紧力最大为：Q = KF + G 3-32. 计算夹紧力的典型实例1） 车削加工时的夹紧力计算如图 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。xyz图 3-9 车削时的夹紧力计算由于工件夹于三爪卡盘上，三个夹紧力 Q 要抑制工件切削时的轴向移动和绕轴线的转D动，轴向移动分力为 F ，绕轴线的转动扭矩为F×1 ，但夹紧力是夹紧在直径为 D 的截面xZ2处，故依据力矩平衡关系可得直径为D 处的力 F / ：ZF1 = FDZ2/ZD2D1DF / = FZZ则合力 F 为F / 2 + F 2ZXF =Qf = K Fn则可得工件与卡爪间处夹紧力值：Q = K Fnf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KM = Q × f × LQ = K MfL钻孔时产生轴向力和扭矩，轴向力可以帮助夹紧。如图3-10a所示为用压板压紧工 件时钻孔，考虑最不利的状况，钻削扭矩全部由夹紧力Q 抑制，这时由力矩平衡关系可得：式中，M 为钻削扭矩N·m。如图 3-10b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：n × Q × f = æ F + M ö × KçèD ø÷Q = K æ F + M ö 1çèD ø nf÷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展夹紧。图中表示了一个刀齿正在切削的状况，其径向力 Fr 和周向力 FT 的合力为 F 这时合力 F 会使工件绕 O 点翻转，其力矩为 FL，而阻挡它的反力矩是两个夹紧力 Q1、Q2 产生的摩擦力矩。图 3-11 铣削时的夹紧力计算F × L × K = Q (f+ f )l+ Q (f+ f )l假设两处夹紧力相等F = F = F1211212122F × L × K = Q(f + f )(l + l )1212【小提示】假设有几个刀齿同时切削，可逐个刀齿进展计算。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确定的条件下求得的，使用时虽然依据实际的加工状况赐予修正，但是很难计算准确，所以在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。夹紧力三要素确实定是一个综合性问题，必需全面考虑工件的构造特点、工艺方法、定位元件的构造和布置等多种因素，才能最终确定并具体设计出较为抱负的夹紧机构。例3-1如图3-12所示，工件在V形块上定位，进展镗孔。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 Fz和轴向切削力 Fx的作用。圆周切削力 Fz使工件受到在 V 形块内转动的力矩，而轴向切削力 Fx不计。会使工件轴向移动。工件重力相对很小，可无视（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 /，定位外表的支反力为 N，由力的平衡方程得Q/ = F + 2N sinza2即N = Q/ - F2 sinza2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F r = Q/ m R + 2Nm Rz1212即F r = Q/ m R +Q/ m RF m Rz1sina2-za22sin2整理得F æ r sin a + Rm öQ/ =zçè22÷øRæ m sin+ m öçaè122 ø÷考虑安全系数 K，则所需的夹紧力 Q 为F æ r sin a + Rm öQ = KzçRæ m sin a + m öè22÷øçè122 ø÷（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 + 2Nm = F12xQ/ - F2 sinaz m2= Fx2Q/ m +1整理得Fsin a + F mQ/ =Xm sin a + m2Z2122Fsin a + F mQ = KXm sin a + m2Z2122考虑安全系数 K，且 Q=KQ/，则所需的夹紧力为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】各接触外表间的摩擦系数m取决于工件与定位支承面或压板之间的接触情况。当接触外表均为已加工外表时，摩擦系数可按以下数据选取：1支承块外表为光滑面时，m=0.160.25。（2） 支承块外表有与位移方向全都的沟槽时，m=0.3。（3） 支承块外表有与位移方向垂直的沟槽时，m=0.4。（4） 支承块外表有穿插的网状沟槽时，m=0.70.8。学习情境 3.3 根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、工件构造、生产率等方面的要求，因此，在设计夹紧机构时，首先需要了解各种根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)。常用的根本夹紧机构有斜楔、螺旋、偏心等形式，它们都是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转变夹紧力方向。如图3-13a所示为手动式斜楔夹紧机构，图 3-13b所示为机动式斜楔夹紧机构。在图 3-13b中斜楔 2 在气动(或液动)作用下向前推动，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 连续前进，此时柱塞 3 压缩弹簧 7 而压板 6 停顿不动。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 上的销子 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 3-14a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 F2121与 F1 的合力为 R ，Q 与 F 的合力为 Q 。和，相应的摩擦角分别为fF12和f 。R1图 3-14 斜楔夹紧力的计算当斜楔处于平衡状态时，依据静力学平衡，可得斜楔对工件所产生的夹紧力Q 为Q =(P3-4tana +f1)+ tanf2P式中， 为夹紧原动力N；a为斜楔的楔角°，一般为6°10°；f 和f12分别为斜楔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Q =Ptan a + 2f()12122. 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。依据这一要求，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3-14b所示。则斜楔夹紧的自锁条件为a £ f +f12f钢铁外表间的摩擦因数一般为 =0.10.15，可知摩擦角f1和f 的值为 5.75°8.5°。2因此，斜楔夹紧机构满足自锁的条件为 a11.5°17°。但为了保证自锁牢靠，一般取a=10°15°或更小些。3. 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 ，它确定程度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 确定时，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，致使构造不紧凑，夹紧速度变慢。所以在选择楔角a时，必需同时兼顾扩力比和夹紧行程，不行顾此失彼。5. 应用场合斜楔夹紧机构构造简洁，工作牢靠，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开工件偏转而破坏定位和损伤工件外表。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。依据力矩平衡原理，可得螺旋夹紧机构的夹紧力 Q 为Q =PL()3-5r tanf + r12ztana +f1式中，L 为手柄长度mm；rz 为螺旋中径一半mm；r1 为压紧螺钉端部的当量摩擦半径mm；a为斜楔的楔角°，一般为 2°4°；f1为螺旋与螺杆间的摩擦角°；f2为工件与螺杆头部的或压块间的摩擦角°。2. 自锁条件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工件螺旋夹紧机构自锁条件和斜楔夹紧的自锁条件一样，即a £ f1+f 。但螺旋夹紧机构的2螺旋升角很小一般为 2°4°，故自锁性能好。3. 扩力比由于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构造简洁，制造简洁，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渐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，可使工件夹紧稳定牢靠，但制造困难；圆偏心外形为圆，制造便利，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像，只是变，而偏心夹紧的楔3-18a所示的偏心3-18b所示。的夹紧原理与斜楔斜楔夹紧的楔角不角是变化的。如图轮开放后情形如图1. 夹紧力的计算图 3-18 偏心夹紧原理如图 3-19 所示为偏心轮在 P 点处夹紧时的受力状况。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2. 自锁条件Q = rtan f2PL+ tan(a +f1)3-6依据斜楔自锁条件，可得圆偏心夹紧机构的自锁条件为e £ tanf= m 3-7R22式中，e 为偏心轮的偏心距mm；R 为偏心轮的半径mm；2 为偏心轮作用点处的摩擦因数。2假设 =0.10.15，则圆偏心夹紧机构的自锁条件可写为R / e ³ 7 10 。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便利、夹紧快速、构造紧凑；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展夹紧。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】联动夹紧机构依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需用浮动件相联系，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异较大的场合。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3-20a所示为浮动压头，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 3-20b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 充分浮动以确保牢靠地联动。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 向下移动时，通过双臂铰链使浮动压板2 相对转动，最终将工件 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3-22a所示为双向浮动四点联动夹紧机构， 把两个摇摆压块 1、3 装在一个本身也可以摇摆的钩形板上，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3-22b所示为通过摇摆 压块 1 实现斜交力两点联动夹紧的浮动压头。图 3-22 互垂力或斜交力联动夹紧机构1、3摇摆压块；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3-23a所示为平行式浮动压板机构，由于刚性压板 2、摇摆压块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 3-23b所示为液性介质联动夹紧机构。密闭腔内的不行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摇摆压块；4球面垫圈；5螺母；6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。在抱负条件下，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缺乏，或者首个工件被夹坏的结果。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、逐个积存，造成夹紧力方向的误差很大，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。图 3-26 复合式多件联动夹紧机构1、4压板；2工件；3摇摆压块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需设置必要的浮动环节，并具有足够的浮动量 ，动作灵敏，符合机械传动原理。如前述联动夹紧机构中，承受滑柱、球面垫圈、揺臂、摇摆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，确保了联动夹紧的牢靠性。常见的浮动环节构造如图 3-27 所示。图 3-27 浮动环节的构造类型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，假设工件数量越多，则 在确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， 需无限增大原始力，从而给夹具的强度、刚度及构造等带来一系列问题。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，并要避开承受过多的杠杆，力求构造简洁紧凑，提高工作效率，保证机构牢靠的工作。（4） 设置必要的复位环节，保证复位准确，松夹装卸便利。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 强行松夹的构造1斜楔滑柱机构；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。一般状况下，联动夹紧机构所需总夹紧力较大 ，故在构造形式及尺寸设计时必需予以重视，特别要留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，避开工件在定位、夹紧时的逐个积存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需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， 利用定位夹紧元件的等速移动或均匀弹性变形，来消退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安排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，螺距一样。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便利，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。图 3-30 液性塑料定心夹紧机构1夹具体；2薄壁套筒；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快速，增力比大，易于转变力的作用方向；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根本类型，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)。图 3-32 铰链夹紧机构的五种根本类型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，多承受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给，使用、操纵便利。（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，比较轻松，而手动夹紧一般约需 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承受 。当切力不够大时，可和斜模、杠杆等增力机构结合使用。（5） 一般压缩空气站供给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展滤清和去除水分，以免锈蚀元件、堵塞通道；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。图 3-33 常用气压传动系统图3. 气缸(或气室)1） 活塞式气缸活塞式气缸是气压夹具中最常用的气缸，其按气缸的工作方向分，可分为单作用(单向) 气缸和双作用(双向)气缸，如图 3-34 所示为双作用气缸，它是由缸体、缸盖、活塞和活塞杆等局部组成的。活塞 6 在压缩空气推动下作往复直线运动，实现夹紧和松开。图 3-34 双作用气缸1 缸体；2、4缸盖；3活塞杆；5密封圈；6活塞此外，活塞式气缸按工作运动方式分，可分为固定式、摇摆式及回转式等，如图 3-35 所示为回转式气缸。图 3-35 回转式气缸Q =D 2 pqh - q4当活塞式气缸为单作用气缸时，其夹紧力的计算公式为3-8式中，D 为活塞直径mm；p 为工作气压Pa，一般 p=4×105Pa，；q 为弹簧作用力N；h为考虑摩擦和漏气等损失的机械效率，一般h=85%。当活塞式气缸为双作用气缸时，无活塞杆局部夹紧力的计算公式为Q =D 2 pq43-9Q = ()4D 2 - d 2 pqh有活塞杆部分夹紧力的计算公式为3-10式中，d 为活塞杆直径mm。活塞与气缸壁的密封关键在于确定的压力范围内和工作温度下不漏气；用的密封装置多用橡胶密封圈，如图 3-36 所示。图 3-36 活塞式气缸的密封装置