机床夹具设计与制造第三章.ppt

1、第三章 机床夹具概论培训学习目标 第一章 机床夹具概论 掌握夹紧元件和装置的夹紧原理和方法，学会合理确定夹紧力的技能，并正确选用常见的夹紧机构。目 录第一节夹紧装置的组成和基本要求一、夹紧装置的组成二、对夹紧装置的基本要求第二节夹紧方式（夹紧力）的确定一、夹紧力方向的选择二、夹紧力着力点的确定原则三、夹紧力大小和夹紧误差的分析第三节常见的夹紧机构一、斜楔夹紧机构二、螺旋夹紧机构三、偏心夹紧机构四、定心夹紧机构五、联动夹紧机构六、机械增力机构七、电磁夹紧装置第四节定位和夹紧装置设计示例复习思考题第一节 夹紧装置的组成和基本要求 一、夹紧装置的组成 通用的夹紧装置，最常见的是由螺栓、螺母、垫圈、压

2、板组成的机械手动夹紧，也有使用液压、气压、电磁等作为动力装置的。（）产生力源部分对于力源（）夹紧部分即接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并执行夹紧任务的部分。-铣槽气动夹具斜面推杆 滚子 杠杆压板 定位支承 工件活塞 气缸 管道图-夹紧装置的组成图第一节 夹紧装置的组成和基本要求）“正”就是在夹紧过程中应保持工件原有的正确定位。）“牢”就是夹紧力要可靠、适当，既要把工件压紧夹牢，保证工件 不位移、不抖动；又不因夹紧力过大而使工件表面损伤或变形。）“简”就是结构简单、工艺性好、容易制造。只有在生产批量较大 的工件时，才考虑相应增加夹具夹紧机构的复杂程度和自动化程度。）“快”就是夹紧机构的操作应安

3、全、迅速、方便、省力。二、对夹紧装置的基本要求“正、牢、简、快”设计夹紧装置时，首先要合理选择夹紧力的方向，再确定其着力点和大小，并确定夹紧力的传递方式和相应的机构，最后选用或设计夹紧装置的具体结构，来保证实现上述基本要求。第二节 夹紧方式（夹紧力）的确定夹紧力是由力的作用方向、着力点和大小三个要素来体现的。（）夹紧力应尽可能与工件重力、切削力同向一、夹紧力方向的选择图-夹紧力方向的选择（）主要夹紧力应朝向主要限位基面选择夹紧力方向时，应考虑下列问题。图-夹紧力与重力、切削力的关系一、夹紧力方向的选择第二节 夹紧方式（夹紧力）的确定式中 摩擦因数（其值见表-）按静力平衡条件得一般工件定位基面与

4、夹具限位基面间的摩擦因数可取0.100.15，因此0.100.15（710)图-、三力方向垂直若不计，则（）着力点必须使夹紧力作用在定位元件所形成的限位支承面内，以有助于工件定位二、夹紧力着力点的确定原则第二节 夹紧方式（夹紧力）的确定（）为防止工件变形，着力点应位于工件刚度较大处或变集中的载荷为匀布载荷（）着力点应适当接近加工部位夹紧力的着力点靠近加工部位可提高夹紧的刚性，防止或减少工件产生振动 图-夹紧力着力点的选定第二节 夹紧方式（夹紧力）的确定（）车削夹紧力的估算三、夹紧力大小和夹紧误差的分析.夹紧力大小的分析图3-10 车削加工的夹紧力分析式中 工件与定位元件间的摩擦因数（见表-）；

5、、0加工前后的工件直径（）；卡爪数。切削力矩:0 设每个卡爪的夹紧力为（单位：），则三个卡爪所产生的摩擦阻力矩为00（）铣削夹紧力的分析三、夹紧力大小和夹紧误差的分析图3-11 铣削加工的夹紧力（）钻削加工夹紧力的分析 为简化计算，不考虑工件重力等影响，只考虑使压板夹紧时工件与夹具定位面所产生的摩擦阻力矩与外力矩保持平衡，解平衡方程，即可求出夹紧力。图-12 钻削加工的夹紧力第二节 夹紧方式（夹紧力）的确定第二节 夹紧方式（夹紧力）的确定工件在夹具中的夹紧误差分析三、夹紧力大小和夹紧误差的分析 工件在夹具中被夹紧时，夹紧力通过工件传至定位支承件，造成工件的定位基面和夹具的限位基面变形，从而使工

6、件加工面产生形位误差，此即为夹紧误差。（）工件的弹性变形图-13 轴承座的夹紧误差 是由于定位副的两个接触表面的形状误差和表面粗糙度所造成。（）定位副的接触变形第三节 常见的夹紧机构一、斜楔夹紧机构设计斜楔夹紧机构需要解决三个问题）保证斜楔自锁的条件是什么?）如何计算斜楔的夹紧力大小?）如何将原始作用力转化为夹紧力?.斜面自锁原理及斜楔自锁条件图-15 斜面自锁原理tanmas（-）式中 静摩擦因数（见表-）。massin第三节 常见的夹紧机构一、斜楔夹紧机构.斜面自锁原理及斜楔自锁条件上式表明：斜面升角小于接触面间的摩擦角，即是斜面自锁的条件。tantan则斜面自锁条件，必须使，即sinco

7、s，或sincos即所以（-）mascoscos由式（-），阻止下滑力为第三节 常见的夹紧机构.斜楔夹紧力的分析一、斜楔夹紧机构而 tan tan（）tantan（）（3-5a）式中 原始作用力（）；、分别为斜楔与工件、斜楔 与夹具体的摩擦角；斜楔升角。用上式计算时，当30，0.15，则夹紧力误差不超过。tan（）（3-b）图-16 斜楔受力分析第三节 常见的夹紧机构一、斜楔夹紧机构斜楔的扩力比与夹紧行程若不计摩擦力则上式可近似为 由图-可知，工件所要求的夹紧行程和斜楔位移量有如下关系:图-16 斜楔受力分析tan（）-）（-）tantan 或 tan （-）第三节 常见的夹紧机构 它的主要缺

8、点是夹紧和松开工件比较费时费力。二、螺旋夹紧机构 螺旋夹紧机构通常由螺钉（或螺柱）、螺母、垫圈、压板等元件组成。.单个螺旋夹紧机构 图-17 单个螺旋夹紧机构图-19 快速螺旋夹紧机构为了克服螺旋夹紧费时的缺点，可以使用各种快速接近或快速撤离工件的螺旋夹紧机构第三节 常见的夹紧机构 这是普遍使用的夹紧机构，表-所示为三种螺旋压板施力方式的典型结构，其结构图、受力分析、夹紧力、作用特点等，在表中可一目了然。它表明，在设计此类夹紧机构时，应注意根据杠杆平衡原理改变力臂的关系，以求操作省力方便。二、螺旋夹紧机构.典型螺旋压板夹紧机构特殊结构的螺旋压板机构-22 特殊结构的螺旋压板第三节 常见的夹紧机

9、构 用偏心件直接夹紧或与其他元件组合而实现夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。三、偏心夹紧机构.圆偏心夹紧原理及其特性图-25 圆偏心特性图-24 常见各种圆偏心轮和压板的夹紧机构第三节 常见的夹紧机构四、定心夹紧机构 定心夹紧的特点是定位与夹紧为同一元件，且各元件之间采用等速移动（趋近或退离工件），或均匀弹性变形的方式，来消除定位副制造误差或定位尺寸误差对定心或对中的不利影响，使这些误差相对于所定中心位置，能均匀而对称地分配在工件的定位基面上。图-29 定心夹紧机构定心夹紧工作原理（）按定心夹紧元件等速 移动原理工作的机构第三节 常见的夹紧机构四、定心夹紧机构图-虎钳式定心夹紧机构图（）按定心

10、夹紧元件均匀弹 性变形原理工作的机构特点:利用薄壁弹性元件受力后的 均匀弹性变形来实现定心夹 紧作用。图-33 弹性夹头和涨胎夹具体弹性筒夹锥套螺母1)弹性筒夹定心夹紧机构第三节 常见的夹紧机构四、定心夹紧机构2)波纹套定心夹紧机构 这种高精度波纹套心轴适用于直径大于，公差等级不低于孔的定位。图-35 波纹套弹性心轴缺点:由于变形量较小，适用范围受到限制。第三节 常见的夹紧机构四、定心夹紧机构图-36 膜片卡盘工作原理图3)膜片卡盘-37 膜片卡盘结构夹具体 膜片 卡爪 工件（齿轮）滚柱保持器 预涨环 顶杆 这种机构夹紧可靠，定心精度高，一般可保证同轴度在0.010.02之内，是其他弹簧夹头或

11、心轴难以达到的，但夹持范围较小，故适用于车、磨齿轮、轴承等工件的精加工工序。第三节 常见的夹紧机构图-38 液性介质弹性定心夹紧机构）液性塑料夹头 ）以油液作传力介质的弹性心轴4)液性介质弹性定心夹紧机构四、定心夹紧机构夹具体加压螺钉 柱塞 密封圈 薄壁弹性套 止动螺钉 螺钉 端盖 螺塞 10钢球11、12校准径跳和端跳的调整螺钉 13过渡盘第三节 常见的夹紧机构四、定心夹紧机构图-39 所示是薄壁套的几种典型结构 设计这类定心夹紧机构，主要是确定薄壁套的结构形式、尺寸、最大变形量以及恰当的布置通道等问题。第三节 常见的夹紧机构四、定心夹紧机构图-40 薄壁套的尺寸关系表-薄壁套的壁厚（单位：

12、）表-10 薄壁套两端尺寸、尺寸（单位：）第三节 常见的夹紧机构四、定心夹紧机构液性介质通道的布置要点：外涨式夹具一般在主体的中心加工出轴向孔道作为主通道，直径可与柱塞的直径相等或略小，表面粗糙度为16，与主通道和环形槽相通的孔道，一般为条，最好对称分布，并与主通道形成4575夹角，使介质在环形槽腹腔内的运动不超过180。一般柱塞的直径取，长度为 直径的两倍;形状误差不大于0.05;表面粗糙度达0.2;与座孔的配合用研配法保证,其配合间隙 在0.01-0.015内;对于油液介质，因设置了形密封圈，配 合间隙在0.02-0.06。图-41 介质通道及柱塞位置的选择第三节 常见的夹紧机构五、联动夹

13、紧机构 这种机构是将一个原始作用力通过中间递力机构分散到数个夹紧点上对一个工件进行夹紧。1.多点联动夹紧机构图-42 两力同向单件联动夹紧第三节 常见的夹紧机构（）平行夹紧.多件联动夹紧机构 这种夹紧机构，多用于夹紧小型工件，它在铣床夹具中应用最为广泛，是提高生产率的有效措施。五、联动夹紧机构图-46 平行夹紧机构第三节 常见的夹紧机构五、联动夹紧机构（）依次连续夹紧图-47 依次连续夹紧的夹具第三节 常见的夹紧机构五、联动夹紧机构（）对向式多件夹紧（）复合式多件夹紧图-48 对向双面夹紧双件这种联动夹紧机构是上述几种形式的综合应用.图-49 交叉平行多件联动夹紧第三节 常见的夹紧机构.设计联

14、动夹紧机构应注意的问题）联动夹紧一般要求有较大的总夹紧力，故机构的刚性非常重要。）对中间递力机构中的杠杆应力求增力，并避免采用过多的杠杆。）为保证夹紧可靠和各工件获得基本一致的夹紧力，联动夹紧机构 必须设置必要的浮动环节，并使其有足够的浮动量；同时要适当 限制被夹紧工件的数目。五、联动夹紧机构第三节 常见的夹紧机构 当需要较大夹紧力时，对手动夹紧装置，可采用中间增力机构以扩大夹紧力。六、机械增力机构常用的增力机构有：杠杆、铰链、斜楔式等类型；气-液传动装置也兼有增力作用（）式中 、复合机构中各理想的扩力比。增力复合机构的增力倍数是各扩力部分扩力比的连乘积。增力机构的夹紧力计算公式:优点:可减轻

15、操作者的劳动强度;对气-液夹具，则可减少动力。缺点:可能使整个夹具结构复杂化。(-14)第三节 常见的夹紧机构六、机械增力机构.斜楔-滚子增力机构图-50 带滚子的斜楔增力机构2.铰链增力机构图-51 铰链杠杆增力夹具配气阀管道气缸活塞活塞杆铰链杠杆压板图第三节 常见的夹紧机构图3-53 单作用双臂铰链杠杆增力机构 图-53 为单作用双臂铰链杠杆的增力机构 如果 则扩力比为:。设压板两力臂相等，活塞杆拉力为7 则压板所产生的夹紧力为 72.517500。例题:第三节 常见的夹紧机构图-54为双作用双臂铰链杠杆同时夹紧工件的增力机构，工件以垂直面和一孔在削边销上定位，铣削缺口。当时，双杠杆对压板

16、所产生的总作用力，因夹紧压板的力臂，故夹紧工件总的夹紧力。图3-54 双作用双臂铰链杠杆增力机构例题:第三节 常见的夹紧机构七、电磁夹紧装置电磁无心夹具广泛应用于磨削轴承环沟道的专用夹具。图-55 电磁无心夹具支承座（两块）支承元件（两件）磁极铁心线圈线框出线管接头过渡盘第三节 常见的夹紧机构 用电磁无心磨夹具磨削加工时，加工精度不受机床主轴回转精度的影响，因此可获得很高的加工精度，如加工以内的轴承环时，其圆度和壁厚差（相当于内外圆同轴度误差）为0.0040.01，甚至可达0.4。图-56 电磁无心磨工作原理七、电磁夹紧装置第四节 定位和夹紧装置设计示例 在工件拨叉上铣1611槽。根据工艺规程

17、，这是最后一道机加工工序。其加工要求有：例1 槽宽1611由铣刀保证；槽深；槽侧面对257孔轴线的 垂直度公差为0.08；孔轴线与面平行，且保 持距离110.2；槽底与面平行.图3-57 拨叉图第四节 定位和夹紧装置设计示例.定位方案分析 确定要限制的自由度 选择定位基面和定位元件。从加工要求考虑，铣 通槽只需限制五个自由度（可不必限制），但为了承受切削力，简化定位装置结构，仍采取完全定位方案。图-58 拨叉定位方案分析分析:方案1方案2方案3第四节 定位和夹紧装置设计示例方案3比较:方案3好假如在面处设置防转销时，离25孔轴线距离太近,尺寸公差又较大，故防转效果差，定位精度低。按加工要求，还

18、必须限制。若将挡销设置在P位置时，由于此处离孔轴线较远，因而防转效果好，定位精度较高，且能承受切削力所引起的转矩。图-59 防转挡销的位置第四节 定位和夹紧装置设计示例 本工序的定位误差只需计算槽侧面与面的距离(110.2)及槽侧面与25 孔轴线的垂直度要求即可。.定位误差的分析（）对尺寸(110.2)的定位误差（）槽侧面与25孔轴线的垂直度的定位误差y0.01图-60 铣拨叉槽时的定位误差第四节 定位和夹紧装置设计示例.夹紧方案分析 必须首先对窄长支承板施加夹紧力，然后才能固定辅助支承。分析1:由于支承板离加工表面较远，拨叉夹紧方案分析时的切削力又大，故需在靠近加工表面处再增加一个夹紧力.分

19、析2:但由于工件该部位的刚性差，夹紧变形大；若改用螺母与开口垫圈夹压在25孔的左端面，拨叉此处的刚性好，且夹紧力更靠近加工表面.图-61 拨叉夹紧方案分析第四节 定位和夹紧装置设计示例结论:拨叉铣槽的装夹方案应如图-62所示。装夹时，先将拨叉放在定位元件、上，再拧紧钩形压板，然后使辅助支承接触工件后拧紧螺钉，最后插上开口垫圈和拧紧螺母。图-62 拨叉的装夹方案钩形压板螺母开口垫圈长圆柱销辅助支承螺钉窄长支承板防转挡销夹具体.夹紧方案分析复习思考题夹紧装置一般由哪些部分组成?它们的作用是什么?对夹紧装置的基本要求有哪些?不良的夹紧装置将会产生什么后 果?工件在夹具中夹紧的目的是什么?夹紧与定位有

20、何区别?选择夹紧力的方向和着力点应注意哪些原则?用简图举出几个夹 紧力方向和着力点不恰当的例子，说明其可能产生的后果。试分析图中各夹紧力的方向和着力点是否合理，为什么?如何改进?工件在夹具中被夹紧时，会产生哪些变形?这些变形会造成工件 增加哪些加工误差?如何减少这些误差?斜楔夹紧机构必须解决哪三个问题?怎样解决这些问题?表3-6所示螺旋压板三种施力方式中，若改成不等臂 杠杆时，试推导其夹紧力的计算公式。圆偏心夹紧机构使用在哪些场合?10圆偏心轮有什么重要特性?设计圆偏心轮时，如何选择工作段?其自锁条件是什么?复习思考题11 列表比较斜楔、螺旋、偏心三种夹紧机构的增力原理、扩力比、夹紧力大小、自

21、锁条件、重要特性、使用性能特点及共同点。12 自动定心装置的工作原理是怎样的?典型的自动定心装置有哪几种?各应用在哪些场合?13 弹性筒夹的锥度与和它相配的锥体的锥度为何不相等?14 设计液性塑料定心夹紧机构的主要问题是什么?试设计工件定位孔 径为70，长度的薄壁套，包括薄壁套的结构形 式、壁厚及其他结构尺寸（绘草图）。15 试画出多点和多件联动夹紧机构简图，各举一例，并用箭头标明夹 紧力的传递方向。16 分析图-51铰链杠杆增力气动铣床夹具的夹紧机构增力原理。它属于图-52中哪一种类型?17 试说明电磁无心夹具的工作原理及结构特点。18 试设计图-64钢套工件钻孔的定位、夹紧与导向元件，用草图表达定位、导向、夹紧方案。