1、知识目标：知识目标：技能目标：技能目标：任务描述：任务描述：机床夹具夹紧装置的组成和基本要求：机床夹具夹紧装置的组成和基本要求：夹紧装置中夹紧力的大小、方向及作用点的基本确定方法；夹紧装置中夹紧力的大小、方向及作用点的基本确定方法；基本夹紧机构的工作特性。基本夹紧机构的工作特性。 掌握联动夹紧机构、定心夹紧机构及夹紧动力掌握联动夹紧机构、定心夹紧机构及夹紧动力装置的应用；装置的应用； 掌握专用夹具夹紧装置设计的基本方法及应用；掌握专用夹具夹紧装置设计的基本方法及应用； 培养学生查阅设计手册和资料的能力，逐步提培养学生查阅设计手册和资料的能力，逐步提高学生处理实际工程技术问题的能力。高学生处理实
2、际工程技术问题的能力。 加工如图所示的摇臂工件的加工如图所示的摇臂工件的18H7孔。孔。学习情境一学习情境一 夹紧装置的组成和基本要求夹紧装置的组成和基本要求学习情境二学习情境二 夹紧力的确定夹紧力的确定学习情境三学习情境三 基本夹紧机构设计基本夹紧机构设计学习情境四学习情境四 其他夹紧机构设计其他夹紧机构设计学习情境五学习情境五 夹紧装置的动力源夹紧装置的动力源一、夹紧装置的组成一、夹紧装置的组成 夹紧装置：夹紧装置：指工件定位后将其固定，使其在加工过程中能保持定位位置不变的装置。指工件定位后将其固定，使其在加工过程中能保持定位位置不变的装置。 1. 动力装置动力装置 动力装置：动力装置：是
3、产生夹紧力的装置。是产生夹紧力的装置。 动力装置原始力：动力装置原始力：由动力装置产生的力：有手动、气动、液动、电动等。由动力装置产生的力：有手动、气动、液动、电动等。 2. 中间传力机构中间传力机构 是介于动力装置和夹紧元件之间的传递力的机构。是介于动力装置和夹紧元件之间的传递力的机构。 增力作用与自锁作用增力作用与自锁作用 3. 夹紧元件夹紧元件 夹紧装置的最终执行元件，与工件直夹紧装置的最终执行元件，与工件直接接触完成夹紧作用。接接触完成夹紧作用。二、夹紧装置的基本要求二、夹紧装置的基本要求 合理设计夹紧装置的意义：合理设计夹紧装置的意义：保证工件加工质量、提高生产率、降低劳动强度。保证
4、工件加工质量、提高生产率、降低劳动强度。 对夹紧装置的基本要求：对夹紧装置的基本要求： （1）保持工件定位后能占据正确位置；保持工件定位后能占据正确位置； （2）夹紧力大小要适当，过小过大都不好；夹紧力大小要适当，过小过大都不好； （3）自动化程度与复杂程度与工件批量相相应；自动化程度与复杂程度与工件批量相相应； （4）夹紧动作要迅速可靠、操作方便、省力安全；夹紧动作要迅速可靠、操作方便、省力安全； （5）结构简单、制造容易、成本经济。结构简单、制造容易、成本经济。 夹紧力：夹紧力：是夹紧装置合理性的核心。是夹紧装置合理性的核心。 夹紧力的三要素：夹紧力的三要素：夹紧力的大小、方向和作用点。夹
5、紧力的大小、方向和作用点。一、确定夹紧力的方向一、确定夹紧力的方向 考虑因素：考虑因素：工件定位基准的位置、所受外力作用方向。工件定位基准的位置、所受外力作用方向。 三个原则：三个原则： 1. 夹紧力的作用方向应指向（垂直于）主要定位基准面夹紧力的作用方向应指向（垂直于）主要定位基准面 有助于工件定位准确稳定。有助于工件定位准确稳定。夹紧力的方向应指向主要定位面夹紧力的方向应指向主要定位面一、确定夹紧力的方向一、确定夹紧力的方向 1. 夹紧力的作用方向应指向（垂直于）主要定位基准面夹紧力的作用方向应指向（垂直于）主要定位基准面 2. 夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小夹紧力的作用方向应使所需夹
6、紧力最小 可使机构轻便、紧凑，工件变形小，减轻劳动强度。可使机构轻便、紧凑，工件变形小，减轻劳动强度。 夹紧力方向与夹紧力大小的关系夹紧力方向与夹紧力大小的关系一、确定夹紧力的方向一、确定夹紧力的方向 1. 夹紧力的作用方向应指向（垂直于）主要定位基准面夹紧力的作用方向应指向（垂直于）主要定位基准面 2. 夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小 3. 夹紧力作用方向应使工件变形最小夹紧力作用方向应使工件变形最小 夹紧力的作用方向应在工件刚性好的地方。夹紧力的作用方向应在工件刚性好的地方。二、确定夹紧力的作用点二、确定夹紧力的作用点 考虑因素：考虑因素：在夹紧力作用
7、方向已定的情况下，确定夹紧力的作用点和数目。其合理性影响在夹紧力作用方向已定的情况下，确定夹紧力的作用点和数目。其合理性影响夹紧后的可靠性和变形大小。夹紧后的可靠性和变形大小。 1. 夹紧力的作用点应落在支承元件上或支承作用面内夹紧力的作用点应落在支承元件上或支承作用面内二、确定夹紧力的作用点二、确定夹紧力的作用点 1. 夹紧力的作用点应落在支承元件上或支承作用面内夹紧力的作用点应落在支承元件上或支承作用面内 2. 夹紧力的作用点应落在工件刚性好的部位夹紧力的作用点应落在工件刚性好的部位 特别对刚性差的工件尤为重要。特别对刚性差的工件尤为重要。二、确定夹紧力的作用点二、确定夹紧力的作用点 1.
8、 夹紧力的作用点应落在支承元件上或支承作用面内夹紧力的作用点应落在支承元件上或支承作用面内 2. 夹紧力的作用点应落在工件刚性好的部位夹紧力的作用点应落在工件刚性好的部位 3. 夹紧力的作用点应尽可能靠近被加工表面夹紧力的作用点应尽可能靠近被加工表面 必要时可增加辅助支承。必要时可增加辅助支承。三、确定夹紧力的大小三、确定夹紧力的大小 夹紧力大小对夹紧系统的影响：夹紧力大小对夹紧系统的影响：可靠性、工件夹紧变形、夹紧装置结构及尺寸；可靠性、工件夹紧变形、夹紧装置结构及尺寸； 影响夹紧力大小的因素：影响夹紧力大小的因素：切削力、摩擦力、工件重力（重型工件）、惯性力（高速工件）的切削力、摩擦力、工
9、件重力（重型工件）、惯性力（高速工件）的综合作用；综合作用； 夹紧力大小应适当：夹紧力大小应适当：过大，工件变形；过小，工件定位破坏，易发事故。过大，工件变形；过小，工件定位破坏，易发事故。 1. 夹紧力大小的确定方法夹紧力大小的确定方法 确定方法：确定方法：经验类比法和分析计算法。经验类比法和分析计算法。 经验类比法：经验类比法：与已有夹具相类比，估算夹紧力的大小，如手动夹具等。与已有夹具相类比，估算夹紧力的大小，如手动夹具等。 分析计算法：分析计算法：将夹具系统简化为一刚性体，根据工件在切削力、摩擦力、工件重力（重型工将夹具系统简化为一刚性体，根据工件在切削力、摩擦力、工件重力（重型工件）
10、、惯性力（高速工件）的共同作用下处于静力平衡，通过建立平衡方程来计算理论夹紧力，件）、惯性力（高速工件）的共同作用下处于静力平衡，通过建立平衡方程来计算理论夹紧力，再考虑安全系数，确定夹紧力的大小再考虑安全系数，确定夹紧力的大小 。三、确定夹紧力的大小三、确定夹紧力的大小 1. 夹紧力大小的确定方法夹紧力大小的确定方法 分析计算法：分析计算法：按切削力、摩擦力、工件重力与夹紧力之间的关系有下图几种情况。按切削力、摩擦力、工件重力与夹紧力之间的关系有下图几种情况。 1）切削力完全作用在支承上）切削力完全作用在支承上 此时切削力起到了夹紧力的作用，夹紧力可减小。此时切削力起到了夹紧力的作用，夹紧力
11、可减小。 三、确定夹紧力的大小三、确定夹紧力的大小 1. 夹紧力大小的确定方法夹紧力大小的确定方法 1）切削力完全作用在支承上）切削力完全作用在支承上 2）切削力与夹紧力的方向垂直）切削力与夹紧力的方向垂直 夹紧力要通过产生摩擦力来克服切削力的作用。夹紧力要通过产生摩擦力来克服切削力的作用。 如右图，切削力如右图，切削力F 的计算式为：的计算式为：工件重量。）；25.02.0面的摩擦系数（夹紧元件与工件夹紧表）；15.01.0件之的的摩擦系数（工件定位面与定位元夹紧力；式中：)(21121GffFGfffFFWW 所需夹紧力：所需夹紧力：25.1，精加工为35.2安全系数，粗加工为式中：）（未
12、计重力11KGffKFFW 3）切削力与夹紧力的方向相反）切削力与夹紧力的方向相反KFGFW三、确定夹紧力的大小三、确定夹紧力的大小 1. 夹紧力大小的确定方法夹紧力大小的确定方法 2. 计算夹紧力的典型实例计算夹紧力的典型实例 1）车削加工时的夹紧力计算）车削加工时的夹紧力计算 三爪卡盘上的三个夹紧力三爪卡盘上的三个夹紧力FW, 要克服工件轴向分力要克服工件轴向分力FX导致的轴向移动、克服主切削力导致的轴向移动、克服主切削力FZ引起的绕轴转动。引起的绕轴转动。卡爪上要克服的主切削力卡爪上要克服的主切削力FZ引起的绕轴转动力引起的绕轴转动力FZ 切削力对卡爪的合力：切削力对卡爪的合力：可得工件
13、与卡爪之间的夹紧力为：可得工件与卡爪之间的夹紧力为：221122xZZZZZFFFDDFFDFDFnfFKFnFKfFWW数。工件与卡爪间的摩擦系卡爪数，式中：fn三、确定夹紧力的大小三、确定夹紧力的大小 1. 夹紧力大小的确定方法夹紧力大小的确定方法 2. 计算夹紧力的典型实例计算夹紧力的典型实例 1）车削加工时的夹紧力计算）车削加工时的夹紧力计算 2）钻削加工时的夹紧力计算）钻削加工时的夹紧力计算 钻削时产生轴向力（可帮助夹紧）和扭矩，扭矩使钻削时产生轴向力（可帮助夹紧）和扭矩，扭矩使工件滑动。设扭矩全由夹紧力平衡：工件滑动。设扭矩全由夹紧力平衡： 压板夹紧：压板夹紧： 三爪卡盘夹紧：三爪
14、卡盘夹紧：fLMKFfLFKMWW为钻头直径。为轴向力，式中：1)()(DFnfDMFKFDMFKfnFWW三、确定夹紧力的大小三、确定夹紧力的大小 1. 夹紧力大小的确定方法夹紧力大小的确定方法 2. 计算夹紧力的典型实例计算夹紧力的典型实例 1）车削加工时的夹紧力计算）车削加工时的夹紧力计算 2）钻削加工时的夹紧力计算）钻削加工时的夹紧力计算 3）铣削加工时的夹紧力计算）铣削加工时的夹紧力计算 卧铣平面：侧面两处夹紧。卧铣平面：侧面两处夹紧。 一个刀齿正在切削，切削力一个刀齿正在切削，切削力F F会使工件绕支点会使工件绕支点O O翻转，翻转，这个刀齿产生的力矩这个刀齿产生的力矩FLFL与安
15、全系数的乘积等于阻止它的与安全系数的乘积等于阻止它的反力矩（两个夹紧力产生的摩擦力矩），即反力矩（两个夹紧力产生的摩擦力矩），即 )()()()(212121212122121211LLffFLKFLLffFFLKFFFLffFLffFFLKWWWWWWW，则若两处夹紧力相等，三、确定夹紧力的大小三、确定夹紧力的大小例例3 31 1确定工件以确定工件以V V型块定位镗孔时的夹紧力型块定位镗孔时的夹紧力F FW W。 镗孔时，工件受到圆周切削力镗孔时，工件受到圆周切削力Fz, Fz, 会使工件受到在会使工件受到在V V形块内转动的力矩。形块内转动的力矩。 轴向切削力轴向切削力FxFx，会使工件轴
16、向移动；，会使工件轴向移动； （1 1）确定防止工件转动所需夹紧力）确定防止工件转动所需夹紧力F FW W。)2sin()2sin(212RRrFKFzW （2 2）确定防止工件轴向移动所需的夹紧力）确定防止工件轴向移动所需的夹紧力F FW W。2122sin2sinxxWFFKF 比较以上两者，取较大者为实际所需的夹紧力。比较以上两者，取较大者为实际所需的夹紧力。 夹紧机构：夹紧机构：能实现一定夹紧力夹紧工件，选定夹紧点功能的完整机构。能实现一定夹紧力夹紧工件，选定夹紧点功能的完整机构。 夹紧机构的选择：夹紧机构的选择：加工方法、夹紧力大小、工件结构、生产率等因素。加工方法、夹紧力大小、工件
17、结构、生产率等因素。 设计夹紧机构：设计夹紧机构：夹紧机构类型的特点、夹紧力、自锁性能、夹紧行程、扩力比。夹紧机构类型的特点、夹紧力、自锁性能、夹紧行程、扩力比。 常见夹紧机构：常见夹紧机构：斜楔、螺旋、偏心等形式。斜楔、螺旋、偏心等形式。原理：斜面自锁原理：斜面自锁。一、斜楔夹紧机构设计一、斜楔夹紧机构设计 用途：用途：增大夹紧力或改变夹紧力方向。增大夹紧力或改变夹紧力方向。一、斜楔夹紧机构设计一、斜楔夹紧机构设计 1.1.斜楔夹紧机构夹紧力的计算斜楔夹紧机构夹紧力的计算 复习：摩擦角的概念复习：摩擦角的概念 摩擦面间的最大静摩擦因数摩擦面间的最大静摩擦因数 最大静摩擦力最大静摩擦力 全束力
18、全束力 正压力与最摩擦力的合力；正压力与最摩擦力的合力； 摩擦角摩擦角 ：全约束力与法线间的夹角的最大值。：全约束力与法线间的夹角的最大值。 sfsNfFFmaxmaxFsNffFFmaxtanf 即：最大静摩擦因数等于摩擦角的正切；摩即：最大静摩擦因数等于摩擦角的正切；摩擦角与摩擦因数一样，都是表示材料表面性质的擦角与摩擦因数一样，都是表示材料表面性质的量。量。一、斜楔夹紧机构设计一、斜楔夹紧机构设计 1.1.斜楔夹紧机构夹紧力的计算斜楔夹紧机构夹紧力的计算 如右图所示，工件与夹具体施加在斜楔（楔角如右图所示，工件与夹具体施加在斜楔（楔角）上的作用力分别为上的作用力分别为 F FW W 和和
19、 R R ，工件和夹具体与斜楔的摩，工件和夹具体与斜楔的摩擦力分别为擦力分别为 F F1 1 和和 F F2 2 ，相应的摩擦角分别，相应的摩擦角分别 1 1 和和2 2 。 列出垂直方向列出垂直方向的平衡方程：的平衡方程： 当斜楔处于平衡状态时，根据静力学平衡，可得斜当斜楔处于平衡状态时，根据静力学平衡，可得斜楔对工件所产生的夹紧力楔对工件所产生的夹紧力F FW W 为为 设设 有：有： )2tan(PFW)tan(tan12PFW21一、斜楔夹紧机构设计一、斜楔夹紧机构设计 1.1.斜楔夹紧机构夹紧力的计算斜楔夹紧机构夹紧力的计算 如右图所示，工件与夹具体施加在斜楔（楔角如右图所示，工件与
20、夹具体施加在斜楔（楔角）上的作用力分别为上的作用力分别为 F FW W 和和 R R ，工件和夹具体与斜楔的摩，工件和夹具体与斜楔的摩擦力分别为擦力分别为 F F1 1 和和 F F2 2 ，相应的摩擦角分别，相应的摩擦角分别 1 1 和和2 2 。 列出垂直方向列出垂直方向的平衡方程：的平衡方程： 列出水平方向的平衡方程：列出水平方向的平衡方程： 得：得： 设设 有：有： )tan(，1111XYWYWRRFRF)2tan(PFW)tan(tan1212WWXFFPRFP)tan(tan12PFW21一、斜楔夹紧机构设计一、斜楔夹紧机构设计 1.1.斜楔夹紧机构夹紧力的计算斜楔夹紧机构夹紧力
21、的计算 2. 2.斜楔夹紧机构的自锁条件斜楔夹紧机构的自锁条件 自锁：自锁：工件夹紧并撤除夹紧原动力工件夹紧并撤除夹紧原动力P P后，夹紧机构依靠摩擦力的作用仍后，夹紧机构依靠摩擦力的作用仍能保持对工件的夹紧状态，承受切削力。能保持对工件的夹紧状态，承受切削力。 夹紧力撤除后的斜楔受力如图：夹紧力撤除后的斜楔受力如图： 在水平方向的平衡方程在水平方向的平衡方程 要自锁，要自锁，)tan(tan12WWFF)tan(tan12WWFF12 所以斜楔夹紧机构自锁条件为所以斜楔夹紧机构自锁条件为21 斜楔夹紧机构常用楔角：斜楔夹紧机构常用楔角： 按钢铁材料间摩擦因数为按钢铁材料间摩擦因数为f = 0
22、.1f = 0.1 0.150.15，可知摩擦角，可知摩擦角为为 = 5.75= 5.758.5 8.5 ，则斜楔夹紧机构满足自锁的条件为，则斜楔夹紧机构满足自锁的条件为11.511.517 17 ，但为保证自锁可靠，但为保证自锁可靠， 一般取斜楔楔角一般取斜楔楔角101015 15 )tan(tan12WWFF)tan(tan12WWFF一、斜楔夹紧机构设计一、斜楔夹紧机构设计 1.1.斜楔夹紧机构夹紧力的计算斜楔夹紧机构夹紧力的计算 2. 2.斜楔夹紧机构的自锁条件斜楔夹紧机构的自锁条件 3. 3.斜楔夹紧机构的扩力比斜楔夹紧机构的扩力比 扩力比：扩力比：夹紧机构的夹紧力夹紧机构的夹紧力
23、F FW W 与原动力与原动力 P P 的比值。的比值。 夹紧机构的扩力比越大，力的放大作用越大，所需动力夹紧机构的扩力比越大，力的放大作用越大，所需动力越小。越小。 夹夹紧机构紧机构的行程比的行程比 行程行程比比i i：夹紧夹紧机构斜楔的移动行程机构斜楔的移动行程L L与工件需要的夹紧与工件需要的夹紧行程行程s s的比值。的比值。 行程比越大，原动件行程大，所以行程比反映了夹紧机行程比越大，原动件行程大，所以行程比反映了夹紧机构的尺寸大小。构的尺寸大小。 小提示小提示 行程比、扩力比与楔角的关系行程比、扩力比与楔角的关系: : 楔角越小，容楔角越小，容易自锁，扩力比就大，但行程比就小；反之宜
24、然。所以楔角易自锁，扩力比就大，但行程比就小；反之宜然。所以楔角要适当。要适当。 前述：一般钢铁材料取斜楔楔角前述：一般钢铁材料取斜楔楔角101015 15 二、螺旋夹紧机构设计二、螺旋夹紧机构设计 螺旋夹紧机构：螺旋夹紧机构：螺旋可以看作是绕在圆柱体上的斜楔，所以螺旋夹紧机构可由斜楔夹紧机构螺旋可以看作是绕在圆柱体上的斜楔，所以螺旋夹紧机构可由斜楔夹紧机构转化而来。转化而来。 螺旋夹紧机构的组成：螺旋夹紧机构的组成：由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构称为螺旋夹紧机构。由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构称为螺旋夹紧机构。 螺旋夹紧机构的特点：螺旋夹紧机构的特点：结构简单、容
25、易制造，而且自锁性好，夹紧力大；但行程大，动作较结构简单、容易制造，而且自锁性好，夹紧力大；但行程大，动作较慢；是手动夹具上用得最多的一种夹紧机构。慢；是手动夹具上用得最多的一种夹紧机构。二、螺旋夹紧机构设计二、螺旋夹紧机构设计 1. 1.螺旋夹紧机构夹紧力的计算螺旋夹紧机构夹紧力的计算 按图示螺旋夹紧的受力分析：列出水平面内的力矩平衡方程按图示螺旋夹紧的受力分析：列出水平面内的力矩平衡方程 zXrRrFPL112)tan(,111WxWYFRFR22tanWFF )tan(tan121zWrrPLF可得螺旋夹紧机构的夹紧力可得螺旋夹紧机构的夹紧力式中：式中：LL手柄长度；手柄长度； r rz
26、 z-螺纹中径之半；螺纹中径之半； r r1 1压紧螺杆端部的当量摩擦半径；压紧螺杆端部的当量摩擦半径； 斜楔的楔角（螺纹螺旋升角）一般为斜楔的楔角（螺纹螺旋升角）一般为2 24 4 ； 1 1螺母与螺杆间的摩擦角；螺母与螺杆间的摩擦角； 2 2工件与螺杆头部间的摩擦角。工件与螺杆头部间的摩擦角。二、螺旋夹紧机构设计二、螺旋夹紧机构设计 1. 1.螺旋夹紧机构夹紧力的计算螺旋夹紧机构夹紧力的计算 2.2.螺旋夹紧机构的自锁条件螺旋夹紧机构的自锁条件 螺旋夹紧机构的自锁条件与斜楔夹紧机构的自锁条件相同。螺旋夹紧机构的自锁条件与斜楔夹紧机构的自锁条件相同。 螺旋夹紧机构的螺旋升角很小，一般为螺旋夹
27、紧机构的螺旋升角很小，一般为2 24 4 ，故自锁性能好。，故自锁性能好。 3.3.螺旋夹紧机构的扩力比螺旋夹紧机构的扩力比 因为螺旋夹紧机构的自锁角较小，故扩力比远远大于斜楔夹紧机构。因为螺旋夹紧机构的自锁角较小，故扩力比远远大于斜楔夹紧机构。 4. 4.螺旋夹紧机构的应用场合螺旋夹紧机构的应用场合 螺旋夹紧机构结构简单、容易制造，而且自锁性好，夹紧力大；但行螺旋夹紧机构结构简单、容易制造，而且自锁性好，夹紧力大；但行程大，动作较慢；在手动夹具上应用广泛，但不适合用在自动化夹紧机构程大，动作较慢；在手动夹具上应用广泛，但不适合用在自动化夹紧机构上。上。21三、偏心夹紧机构设计三、偏心夹紧机构
28、设计 偏心夹紧机构：偏心夹紧机构：靠偏心轮回转时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件的。靠偏心轮回转时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件的。 偏心夹紧机构的组成：偏心夹紧机构的组成：由偏心轮、压板等元件组成的夹紧机构。由偏心轮、压板等元件组成的夹紧机构。 偏心夹紧机构的特点偏心夹紧机构的特点：偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速，但夹紧力和夹紧行程都较小。：偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速，但夹紧力和夹紧行程都较小。主要用于切削力不大、振动小、没有离心力影响的加工中。主要用于切削力不大、振动小、没有离心力影响的加工中。三、偏心夹紧机构设计三、偏心夹紧机构设计 偏心夹紧机构：偏心夹紧机构：靠偏心轮回转
29、时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件的。靠偏心轮回转时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件的。 偏心夹紧机构的组成：偏心夹紧机构的组成：由偏心轮、压板等元件组成的夹紧机构。由偏心轮、压板等元件组成的夹紧机构。 偏心夹紧机构的特点偏心夹紧机构的特点：当偏心轮回转半径逐渐增大时，其楔角是变化的（偏心圆）；偏心夹：当偏心轮回转半径逐渐增大时，其楔角是变化的（偏心圆）；偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速，但夹紧力和夹紧行程都较小。主要用于切削力不大、振动小、没有紧机构操作方便、夹紧迅速，但夹紧力和夹紧行程都较小。主要用于切削力不大、振动小、没有离心力影响的加工中。离心力影响的加工中。二、偏心夹紧机构设计
30、二、偏心夹紧机构设计 1. 1.偏心夹紧机构夹紧力的计算偏心夹紧机构夹紧力的计算 如图所示，偏心轮在如图所示，偏心轮在Q Q点处夹紧时的受力情况，可以将圆偏心轮看成是点处夹紧时的受力情况，可以将圆偏心轮看成是一个一个楔角楔角x x的斜楔，该斜楔位于偏心轮回转轴与工件压块夹紧面之间，可的斜楔，该斜楔位于偏心轮回转轴与工件压块夹紧面之间，可以按照类似于螺旋夹紧机构的夹紧力计算方法，来估算偏心轮夹紧机构的以按照类似于螺旋夹紧机构的夹紧力计算方法，来估算偏心轮夹紧机构的夹紧力。夹紧力。 式中：式中：LL手柄长度；手柄长度； 偏心轮转动到某位置时的楔角偏心轮转动到某位置时的楔角 ； 偏心轮在某位置（偏心
31、轮在某位置（）时）时Q Q点与转动中心的距离；点与转动中心的距离； 1 1偏心轮与转轴接触处的摩擦角；偏心轮与转轴接触处的摩擦角； 2 2偏心轮与压板（或工件）接触处的偏心轮与压板（或工件）接触处的 摩擦角，摩擦因数为摩擦角，摩擦因数为2 2。 注意：注意：由于楔夹紧机构的各点楔角由于楔夹紧机构的各点楔角x x 不同，不同，各点夹紧力也不相同。在各点夹紧力也不相同。在P P点接触时，点接触时，x x 为为最大，所需的夹紧力也为最大。最大，所需的夹紧力也为最大。)tan(tan12PLFW二、偏心夹紧机构设计二、偏心夹紧机构设计 1. 1.偏心夹紧机构夹紧力的计算偏心夹紧机构夹紧力的计算 2 2
32、. .偏心夹紧机构的偏心夹紧机构的自锁条件自锁条件 参照斜楔夹紧机构的自锁条件，可得圆偏心夹紧机构的自锁条件为参照斜楔夹紧机构的自锁条件，可得圆偏心夹紧机构的自锁条件为22tanRe 式中：式中：2 2偏心轮与压板（或工件）接触处的摩擦角，相应的摩擦因数为偏心轮与压板（或工件）接触处的摩擦角，相应的摩擦因数为2 2。 e e偏心轮的偏心距；偏心轮的偏心距； R R偏心轮的直径；偏心轮的直径； 若：对取若：对取2 20.10.10.150.15，则，则 圆偏心夹紧机构的自锁条件为：圆偏心夹紧机构的自锁条件为： 107 eR二、偏心夹紧机构设计二、偏心夹紧机构设计 1. 1.偏心夹紧机构夹紧力的计
33、算偏心夹紧机构夹紧力的计算 2.2.偏心夹紧机构的自锁条件偏心夹紧机构的自锁条件 3. 3.偏心夹紧机构的扩力比偏心夹紧机构的扩力比 圆圆偏心夹紧机构的扩力比远小于螺旋机构的扩力比，但大于斜楔夹紧偏心夹紧机构的扩力比远小于螺旋机构的扩力比，但大于斜楔夹紧机构的扩力比。机构的扩力比。 4. 4.偏心夹紧机构的应用场合偏心夹紧机构的应用场合 偏心偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速，但夹紧力和夹紧行程都较小。主夹紧机构操作方便、夹紧迅速，但夹紧力和夹紧行程都较小。主要用于切削力不大、振动小、没有离心力影响的加工中。要用于切削力不大、振动小、没有离心力影响的加工中。 其他夹紧机构：其他夹紧机构：在基本夹紧
34、机构的基础上，拓展了夹紧功在基本夹紧机构的基础上，拓展了夹紧功能，以实现多处联动夹紧、定心夹紧，还有铰链夹紧机构等。能，以实现多处联动夹紧、定心夹紧，还有铰链夹紧机构等。一、联动夹紧机构一、联动夹紧机构 联动夹紧：联动夹紧：用同一个动力源，通过浮动件传递动力，实现用同一个动力源，通过浮动件传递动力，实现对同一工件的多个夹紧点同时夹紧；也可以对多个工件同时夹对同一工件的多个夹紧点同时夹紧；也可以对多个工件同时夹紧。紧。 浮动件：浮动件：由于工件各夹紧点处的尺寸在自身公差范围内变由于工件各夹紧点处的尺寸在自身公差范围内变动，为保证各处都能均匀夹紧，夹紧机构中各夹紧点之间的联动，为保证各处都能均匀夹
35、紧，夹紧机构中各夹紧点之间的联系必然要是浮动的，采用浮动件就成为联动夹紧机构的特征。系必然要是浮动的，采用浮动件就成为联动夹紧机构的特征。一、联动夹紧机构一、联动夹紧机构 1. 1.联动夹紧机构的主要类型联动夹紧机构的主要类型 （按工件数量分：单件、多件）（按工件数量分：单件、多件） 1 1）单件联动夹紧机构）单件联动夹紧机构 （按夹紧力方向分：同向、对向、互垂或斜交）（按夹紧力方向分：同向、对向、互垂或斜交）（1 1）单件同向夹紧机构）单件同向夹紧机构 示例示例 工件定位点：工件定位点： 夹紧点：同一平面上的三点同向浮动夹紧。夹紧点：同一平面上的三点同向浮动夹紧。 夹紧动作过程分析：夹紧动作
36、过程分析： 浮动位置：四处浮动位置：四处 一、联动夹紧机构一、联动夹紧机构 1. 1.联动夹紧机构的主要类型联动夹紧机构的主要类型 （按工件数量分：单件、多件）（按工件数量分：单件、多件） 1 1）单件联动夹紧机构）单件联动夹紧机构 （按夹紧力方向分：同向、对向、互垂或斜交）（按夹紧力方向分：同向、对向、互垂或斜交）（1 1）单件同向夹紧机构）单件同向夹紧机构 （2 2）单件对向夹紧机构）单件对向夹紧机构 示例示例 工件定位点：工件定位点： 夹紧点：不同平面相对方向浮动夹紧。夹紧点：不同平面相对方向浮动夹紧。 夹紧动作过程分析：夹紧动作过程分析： 浮动位置：浮动位置： 一、联动夹紧机构一、联动
37、夹紧机构 1. 1.联动夹紧机构的主要类型联动夹紧机构的主要类型 （按工件数量分：单件、多件）（按工件数量分：单件、多件） 1 1）单件联动夹紧机构）单件联动夹紧机构 （按夹紧力方向分：同向、对向、（按夹紧力方向分：同向、对向、 互垂或斜交）互垂或斜交）（1 1）单件同向夹紧机构）单件同向夹紧机构 （2 2）单件对向夹紧机构）单件对向夹紧机构（3 3）互垂力或斜交力夹紧机构）互垂力或斜交力夹紧机构 示例示例 工件定位点工件定位点 夹紧点：不同平面垂直方向浮动夹紧。夹紧点：不同平面垂直方向浮动夹紧。 夹紧动作过程分析：夹紧动作过程分析： 浮动位置：浮动位置： 一、联动夹紧机构一、联动夹紧机构 1
38、. 1.联动夹紧机构的主要联动夹紧机构的主要 1 1）单件联动夹紧机构）单件联动夹紧机构 2 2）多件联动夹紧机构）多件联动夹紧机构（用于中、小工件的夹紧）（用于中、小工件的夹紧）（1 1）平行式多件联动夹紧机构）平行式多件联动夹紧机构 示例示例 工件定位点工件定位点 夹紧点：夹紧点： 夹紧动作过程分析：夹紧动作过程分析： 浮动位置：浮动位置： 一、联动夹紧机构一、联动夹紧机构 1. 1.联动夹紧机构的主要联动夹紧机构的主要 1 1）单件联动夹紧机构）单件联动夹紧机构 2 2）多件联动夹紧机构）多件联动夹紧机构（用于中、小工件的夹紧）（用于中、小工件的夹紧）（1 1）平行式多件联动夹紧机构）平
39、行式多件联动夹紧机构 （2 2）连续式多件联动夹紧机构）连续式多件联动夹紧机构 示例示例 工件定位点工件定位点 夹紧点：夹紧点： 夹紧动作过程分析：夹紧动作过程分析： 浮动位置：浮动位置： 一、联动夹紧机构一、联动夹紧机构 1. 1.联动夹紧机构的主要联动夹紧机构的主要 1 1）单件联动夹紧机构）单件联动夹紧机构 2 2）多件联动夹紧机构）多件联动夹紧机构（用于中、小工件的夹紧）（用于中、小工件的夹紧）（1 1）平行式多件联动夹紧机构）平行式多件联动夹紧机构 （2 2）连续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（）对向式多件联动夹紧机构（）复合式多件联动夹紧机构（
40、）复合式多件联动夹紧机构 示例示例 工件定位点工件定位点 夹紧点：夹紧点： 夹紧动作过程分析：夹紧动作过程分析： 浮动位置：浮动位置： 一、联动夹紧机构一、联动夹紧机构 1. 1.联动夹紧机构的主要联动夹紧机构的主要 2.2.联动夹紧机构的设计要求联动夹紧机构的设计要求（1 1）两个夹紧点之间必须设置必要的浮动环节，具有足够的浮动量，以适应同批工件公差的变）两个夹紧点之间必须设置必要的浮动环节，具有足够的浮动量，以适应同批工件公差的变化。化。图中：两点式，指浮动在二维平面上；三点式，指浮动在三维空间上；多点式指多维度。图中：两点式，指浮动在二维平面上；三点式，指浮动在三维空间上；多点式指多维度
41、。（2 2）要适当限制被夹工件）要适当限制被夹工件的数量。的数量。（3 3）中间传力机构）中间传力机构应能增力，以减小驱动力。应能增力，以减小驱动力。一、联动夹紧机构一、联动夹紧机构 1. 1.联动夹紧机构的主要联动夹紧机构的主要 2.2.联动夹紧机构的设计要求联动夹紧机构的设计要求（4 4）要设置必要的复位环节。）要设置必要的复位环节。（5 5）要保证联动夹紧机构的）要保证联动夹紧机构的系统刚度。系统刚度。 （6 6）要正确处理夹紧力和工）要正确处理夹紧力和工件加工面之间的关系件加工面之间的关系 避免工件避免工件在定位、夹紧时的逐个积累误差在定位、夹紧时的逐个积累误差对加工精度产生影响。对加
42、工精度产生影响。二、定心夹紧机构二、定心夹紧机构 定心夹紧：定心夹紧：同时实现工件的定位和夹紧，如三爪自定心卡盘等。同时实现工件的定位和夹紧，如三爪自定心卡盘等。 定心夹紧原理：定心夹紧原理：靠定心夹紧元件移动或靠定心夹紧元件弹性变形来补偿工件的定位尺寸靠定心夹紧元件移动或靠定心夹紧元件弹性变形来补偿工件的定位尺寸偏差，达到同时定位和夹紧。偏差，达到同时定位和夹紧。 1. 1.按等速移动原理工件的定心夹紧机构按等速移动原理工件的定心夹紧机构 二、定心夹紧机构二、定心夹紧机构 1. 1.按等速移动原理工作的定心夹紧机构按等速移动原理工作的定心夹紧机构 2.2.以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构
43、以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构 二、定心夹紧机构二、定心夹紧机构 1. 1.按等速移动原理工作的定心夹紧机构按等速移动原理工作的定心夹紧机构 2.2.以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构 三、铰链夹紧机构三、铰链夹紧机构 铰链夹紧机构特点：铰链夹紧机构特点：动作迅速、增力比大，易于改变夹紧方向，但不易自锁，主要用于动作迅速、增力比大，易于改变夹紧方向，但不易自锁，主要用于气动、液动夹紧中。气动、液动夹紧中。三、铰链夹紧机构三、铰链夹紧机构 铰链夹紧机构的五种类型：铰链夹紧机构的五种类型： 夹紧源动力：手动夹紧夹紧源动力：手动夹紧 用于小型夹具或少批量生
44、产的夹具。用于小型夹具或少批量生产的夹具。 动力夹紧动力夹紧 用于大批量生产或中大型夹具。用于大批量生产或中大型夹具。 动力夹紧：动力夹紧：有气压、液压、气液动、电动、电液动等动力装置。有气压、液压、气液动、电动、电液动等动力装置。一、气压夹紧动力装置一、气压夹紧动力装置 应用最为广泛的动力装置，动力源是压缩空气。应用最为广泛的动力装置，动力源是压缩空气。 1. 1.气压夹紧的特点气压夹紧的特点 （1 1）车间集中供应压缩空气，使用方便；）车间集中供应压缩空气，使用方便； （2 2）气压流动快，夹紧效率高；）气压流动快，夹紧效率高； （3 3）操作轻便，工人只操作气阀；）操作轻便，工人只操作气
45、阀； （4 4）不适合加工重型零件：空气弹性，夹紧刚度不高。（可与其）不适合加工重型零件：空气弹性，夹紧刚度不高。（可与其它增力机构结合使用）；它增力机构结合使用）； （5 5）气压：空气站气压大约）气压：空气站气压大约 0.8MPa, 0.8MPa, 经管路到达夹具后为经管路到达夹具后为 0.40.40.60.6MPaMPa（能量损失）；（能量损失）； （6 6）工作后的压缩空气排放有噪声，有污染。）工作后的压缩空气排放有噪声，有污染。一、气压夹紧动力装置一、气压夹紧动力装置 2. 2.气压传动系统及其元件气压传动系统及其元件 气压系统如下图。气压系统如下图。 气压系统三大元件：气压系统三大
46、元件：分水滤气器、调压器、油雾器。分水滤气器、调压器、油雾器。 一、气压夹紧动力装置一、气压夹紧动力装置 3. 3. 气缸气缸 1 1）活塞式气缸）活塞式气缸 按气缸受力方向：按气缸受力方向：分单作用和双作用气缸。分单作用和双作用气缸。 按气缸运动方式：按气缸运动方式：固定式、摆动式、回转式。固定式、摆动式、回转式。一、气压夹紧动力装置一、气压夹紧动力装置 3. 3. 气缸气缸 1 1）活塞式气缸）活塞式气缸 回转式气缸回转式气缸一、气压夹紧动力装置一、气压夹紧动力装置 3. 3. 气缸气缸 1 1）活塞式气缸）活塞式气缸 单作用缸夹紧力计算单作用缸夹紧力计算 无杆腔进气：无杆腔进气：qpDF
47、W24 双作用缸夹紧力计算双作用缸夹紧力计算 无杆腔进气：无杆腔进气： 有杆腔进气有杆腔进气; ;pDFW24pdDFW）-（422机械效率。弹簧作用力；工作气压；活塞杆直径；活塞直径；式中：qpdD一、气压夹紧动力装置一、气压夹紧动力装置 3. 3. 气缸气缸 1 1）活塞式气缸）活塞式气缸 活塞与气缸的密封活塞与气缸的密封作用：不漏气，多采用橡胶材料。作用：不漏气，多采用橡胶材料。 O O型密封圈：结构简单，多用。型密封圈：结构简单，多用。 其它密封圈：角形、梯形、其它密封圈：角形、梯形、V V形、矩形等，适应各种要求。形、矩形等，适应各种要求。 一、气压夹紧动力装置一、气压夹紧动力装置
48、3. 3. 气缸气缸 1 1）活塞式气缸）活塞式气缸 2 2）薄膜式气缸）薄膜式气缸是一种单作用气缸是一种单作用气缸 结构：结构：用一种盘状橡皮薄膜将气室分为两腔，靠气压夹紧用一种盘状橡皮薄膜将气室分为两腔，靠气压夹紧工件，靠弹簧力松开。工件，靠弹簧力松开。 薄膜式气缸活塞杆能产生的推力薄膜式气缸活塞杆能产生的推力Q Q： 薄膜片直径为薄膜片直径为 d d 的平面部分推力的平面部分推力 薄膜片直径为薄膜片直径为 d d 至至 D D 的锥面部分推力的锥面部分推力 推力推力 注意：注意：由于弹簧阻力随行程的增大而增大，则气室推力是由于弹簧阻力随行程的增大而增大，则气室推力是一个随行程而变的变量：
49、行程越大，推力越小。一个随行程而变的变量：行程越大，推力越小。22123rRrRpQpd42qdDdDpqpdQQ2221124.弹簧阻力；工作气压式中：qp一、气压夹紧动力装置一、气压夹紧动力装置 3. 3. 气缸气缸 4. 4.配气阀配气阀 标准件供应。标准件供应。 作用：作用：控制气路，实现夹紧、松开操作。控制气路，实现夹紧、松开操作。 1 1）圆柱形配气阀）圆柱形配气阀 一、气压夹紧动力装置一、气压夹紧动力装置 3. 3. 气缸气缸 4. 4.配气阀配气阀 标准件供应。标准件供应。 作用：作用：控制气路，实现夹紧、松开操作。控制气路，实现夹紧、松开操作。 2 2）回转配气阀）回转配气阀
50、 回转缸，缸体要旋转，而配气装置不能旋转，就要用到回转配气阀。回转缸，缸体要旋转，而配气装置不能旋转，就要用到回转配气阀。 一、气压夹紧动力装置一、气压夹紧动力装置 3. 3. 气缸气缸 4. 4.配气阀配气阀 标准件供应。标准件供应。 作用：作用：控制气路，实现夹紧、松开操作。控制气路，实现夹紧、松开操作。 2 2）回转配气阀）回转配气阀 回转气缸的车床气动卡盘。回转气缸的车床气动卡盘。 二、二、液液压夹紧动力装置压夹紧动力装置 液压夹紧动力装置的特点：液压夹紧动力装置的特点： 1 1）压力高、结构紧凑、简单。）压力高、结构紧凑、简单。 2 2） 液体不可压缩，夹紧刚性大，可靠性好。液体不可
