工件在夹具中的夹紧共20页
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第三章-工件在夹具中的夹紧
2．液压夹紧
液压夹紧是利用液压油为工作介质来传力的 一种装置。它与气动夹紧比较，具有夹紧力稳定、 吸收振动能力强等优点，但结构比较复杂、制造 成本高，因此适用于大量生产。液压夹紧的传动 系统与普通气压系统类似。
3、气-液组合夹紧
气-液组合夹紧的动力源为压缩空气，但要使用 特殊的增压器，比气动夹紧装置复杂。它的工作原理 如图所示，压缩空气进入气缸1的右腔，推动增压器 活塞3左移，活塞杆4随之在增压缸2内左移。因活塞 杆4的作用面积小，使增压缸2和工作缸5内的油压得 到增加，并推动工作缸中的活塞6上抬，将工件夹紧。
削扭矩M 将使工件绕中心旋转，当钻头的刃带进入切削时，
产生的钻削扭矩最大，此时应为工件夹紧的最不利情况。
2.按静力平衡原理列出平衡式并计算夹紧力W
由图可知，钻削扭矩M有使工件产生转动的趋势，这 需要由夹紧力W在夹紧点所产生的摩擦阻力矩及由钻削力P 和夹紧力W所产生的支承反力在工件和定位面间产生的摩 擦阻力矩相平衡，即有平衡式：
升角：是工件上受压面与旋转半径的法线行 程的夹角。从几何关系可知，它是由转轴中心O点 和偏心几何中心C点，分别与夹紧点的连线所形成 的夹角。
P
max
e r
2）圆偏心夹紧的自锁条件
P点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁
自锁条件 αmax ≤ 1 + 2
1-圆偏心轮与工件处的摩擦角。 2-圆偏心轮与转轴处的摩擦角。 tgαmax ≤ tg e/r ≤ , 取μ=0.1~0.15,
M / Q/ l
/
QL Q/ l
M M/
Q/ Q L l
N N
H1
H2 F1
F2
W
W
Q// H2 F2 W H1
第三章 工件在夹具中的夹紧
F1 F2
1 F 2
F ( L1 L2 ) 2 FR L
F 2 FR L ( L1 L2 )
2 K FR L F K ( L1 L2 )
3-3 夹紧机构设计
（1）斜楔夹紧机构
工作原理：利用楔块的斜面将楔块的推力转变 为夹紧力，从而夹紧工件。
1.根据加工简图，确定对工件夹紧的最不利的瞬时状 态。钻削力P使工件压向定位面，有利于工件夹紧，而钻 削扭矩M 将使工件绕中心旋转，当钻头的刃带进入切削时， 产生的钻削扭矩最大，此时应为工件夹紧的最不利情况。
2.按静力平衡原理列出平衡式并计算夹紧力W
由图可知，钻削扭矩M有使工件产生转动的趋势，这 需要由夹紧力W在夹紧点所产生的摩擦阻力矩及由钻削力P 和夹紧力W所产生的支承反力在工件和定位面间产生的摩 擦阻力矩相平衡，即有平衡式：
N
N
H1
Q // H 2 F 2
W H1
Q // Q / cos
H2
F1 F2
Q//
F 2 W tg 2
H 2 H1 tg( 1 ) W tg( 1 )
W
W
Q / cos W tg ( 1 ) tg 2
1 acrtg artg0.15 8032 /
1/ acrtg(1.15tg1 ) 90 47 /
80 62 W 2024 .48 N 0 / 0 / 10.86 tg (2 56 9 47 ) W N 2 sin 2 D M 夹＝（N B N C WA ) 2 1 W D 2024 .48 0.18 0.1 1 ＝ 1 ＝ 1 0 2 sin 2 sin 45 2 ＝43.99 N m
第四章第5节工件的夹紧及夹紧装置 (2)
3. 夹紧力的大小
夹紧力的大小可根据切削力和工件重力的大小、 方向和相互位置关系具体计算。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2～3倍。
进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看做一 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
的原始夹紧行程增加的倍数等于夹紧力的增力倍
数，即夹紧行程增大多少倍，夹紧力就增加多少
倍。
0.017455 0.052408 0.087489
0.12278 0.15838 0.19438
0.23087 0.26795 0.30573
0.34433
2、选用斜楔夹紧工件时，只要升角 取得合适， 就能实现夹紧机构的自锁。
3. 偏心夹紧机构是由偏心件作为夹紧元件，直接 夹紧或与其他元件组合实现对工件的夹紧。常用的
图3-35是一种常见的偏心轮—压板夹紧机构。 当顺时针转动手柄使偏心轮绕轴转动时， 偏心轮的 圆柱面紧压在垫板上，由于垫板的反作用力，使偏 心轮上移，同时抬起压板右端，而左端下压夹紧工
图3-35 偏心轮—压板夹紧机构
斜楔夹紧机构受力分析
夹紧力 Fc 是由作用在斜楔上的外力 Fe,x 产生的。
工件对它的反作用力 Fr1 和由此引起的摩 擦力 Ff1 、夹具体对它的反作用力 Fr2 和 由此引起的摩擦力 Ff 2 。
夹紧时，存在如下关系 考虑X方向上的受力平衡
将上述参数代入上式，可得斜楔所产生的夹紧力
由上式得如下结论
图3-43 先定位后夹紧联动机构
图3-43 先定位后夹紧联动机构
(2) 夹紧与移动压板联动机构。 如图3-44所示，逆时针扳动手柄，先是拨销1拨 动压板2上的螺钉3，使压板左移到夹紧位置，继续 逆时针扳动手柄，偏心轮5顶起压板夹紧工件。松开 时，顺时针扳动手柄，偏心轮5的作用先松开工件， 继而拨销1拨动螺钉4
夹紧原理与典型的夹紧
夹紧力的大小
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2∼3倍。
自锁条件 pmax12
式中： Φ1、 Φ2－－材料的摩擦角。
αp－－ P 点压力角
p arcs2D ienma,x
2e / D≤μ(偏心轮与工件的摩擦系数)
D/ e ≥2 / μ 一般μ=0.1～0.15
自锁条件：D/e≥14～20
D/e叫偏心轮的偏心特性，表示偏心轮的工作可靠性。
Fundamentals of Mechanical Manufacturing Technology
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(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： 1 2
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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。
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夹紧力的方向 ③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 。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。
第三章 工件的夹紧及夹紧装置(夹具设计)
2.偏心夹紧机构-夹紧特点 圆偏心夹紧机构结构简单，操作方便，动作迅
速，但自锁能力较差，增力比小，（取决于L/ρ的 比值）。常用在切削平稳且切削力不大的场合。
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第二节 基本夹紧机构
2.偏心夹紧机构-适用范围
几种常见偏心夹紧机构
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第二节 基本夹紧机构
3.螺旋夹紧机构-分类
直接夹紧式螺旋夹紧机构：拉紧式和压紧式 移动压板式螺旋夹紧机构：支点式和内嵌式 铰链压板式螺旋夹紧机构：遮盖式、杠杆式、翻转式、联动式 可拆卸压板式螺旋夹紧机构：直拆式和旋拆式
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移动式压板端面偏心轮夹紧机构
移动式压板端面偏心轮夹紧机构：主要由两个端面凸轮在不同的旋 转角度上产生的轴向位移来实现夹紧动作。它的结构简单、紧凑， 占用空间小，操作方便，但自锁性能差一些，因此，其夹紧行程受 到一定限制。
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转动式压板端面偏心轮夹紧机构
转动式压板端面偏心轮夹紧机构：主要由端面凸轮和滑动杆在转动 一定角度时产生的位移来实现夹紧动作。它的结构也比较简单，操 作方便，由于是利用杠杆原理进行夹紧，其夹紧力比较大，但占用 的空间要大一些。
夹紧力作用点的选择
2)作用在工件刚度高的部位
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第一节 夹紧机构原理
3.确定夹紧力的基本原则
夹紧力的作用点与工件变形 a）工件底面产生夹紧变形 b）改进方案
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第一节 夹紧机构原理
3.确定夹紧力的基本原则
夹紧力作用点的选择
3）夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件 切削部位的刚度和抗振性。
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第二节 基本夹紧机构
6.斜楔夹紧机构-适用范围
斜楔夹紧装置常用在尺寸公差较小的夹紧装置中，主要用 于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。
速，但自锁能力较差，增力比小，（取决于L/ρ的 比值）。常用在切削平稳且切削力不大的场合。
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第二节 基本夹紧机构
2.偏心夹紧机构-适用范围
几种常见偏心夹紧机构
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第二节 基本夹紧机构
3.螺旋夹紧机构-分类
直接夹紧式螺旋夹紧机构：拉紧式和压紧式 移动压板式螺旋夹紧机构：支点式和内嵌式 铰链压板式螺旋夹紧机构：遮盖式、杠杆式、翻转式、联动式 可拆卸压板式螺旋夹紧机构：直拆式和旋拆式
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移动式压板端面偏心轮夹紧机构
移动式压板端面偏心轮夹紧机构：主要由两个端面凸轮在不同的旋 转角度上产生的轴向位移来实现夹紧动作。它的结构简单、紧凑， 占用空间小，操作方便，但自锁性能差一些，因此，其夹紧行程受 到一定限制。
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转动式压板端面偏心轮夹紧机构
转动式压板端面偏心轮夹紧机构：主要由端面凸轮和滑动杆在转动 一定角度时产生的位移来实现夹紧动作。它的结构也比较简单，操 作方便，由于是利用杠杆原理进行夹紧，其夹紧力比较大，但占用 的空间要大一些。
夹紧力作用点的选择
2)作用在工件刚度高的部位
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第一节 夹紧机构原理
3.确定夹紧力的基本原则
夹紧力的作用点与工件变形 a）工件底面产生夹紧变形 b）改进方案
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第一节 夹紧机构原理
3.确定夹紧力的基本原则
夹紧力作用点的选择
3）夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件 切削部位的刚度和抗振性。
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第二节 基本夹紧机构
6.斜楔夹紧机构-适用范围
斜楔夹紧装置常用在尺寸公差较小的夹紧装置中，主要用 于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。
第十二课 3-1夹紧装置
夹紧装置一般由三部分组成，即力源装置、中间递力 结构、夹紧元件。
夹紧元件
力源装置 中间递 （气动、液压、电动） 力装置
二、夹紧装置的组成——中间递力装置
夹紧元件
中间递 力装置
中间递力装置：人力或力源装 置产生的原始作用力转变为夹 紧作用力。
1、改变夹紧作用力的方向 左图：将气缸的水平作用力通过斜 楔、压板转变为垂直方向的夹紧力。
选用情况
0° ～ 45° 曲线的升程很小，通常不能快速趋近工件。 一般不采用
90° ～180°
前半段升程迅速增大，有利于快速趋近工 件； 后半段楔升角逐渐减小，曲线平缓， 有利于得到大 而稳定的有效夹紧力，且 自锁性良好。但在接近 180°时升程为零， 容易发生咬死。
常用
升程迅速增大，但后半部曲线楔升角较大， 适合于夹紧 不 利于有效夹紧，而且楔升角的变化值 方向尺寸误 45° ～ 135° 也大，工件厚度稍加变化，夹紧性能就有 差较大的工 较大差异，夹紧力和自 锁性的变化都较 件的夹紧。 大。
3．偏心夹紧机构
偏心轮一般有圆偏心轮和曲线偏心轮。
圆偏心轮有什么重要特性？ 圆偏心轮的重要特性是：直径为 D，偏心距为
e 的圆偏心轮工作表面上各点的升角是连续变化的 值，轮缘上最大楔升角αmax = arcsin（ 2e/D）。
3．偏心夹紧机构 圆偏心轮工件段的选择
圆偏心轮工作 曲线段的选择
曲线段特点
3．偏心夹紧机构 圆偏心轮的工作自锁应满足的条件：
偏心轮与工件间的摩擦系数常取μ1=0.1~0.15 ψ1——偏心轮与工件间的摩擦角。
圆偏心轮保证自锁的结构条件：
定心夹紧机构的自动定心原理是什么？
答：它是利用夹紧元件的等速移动或均匀弹性变形，使工 件中心线或对称面不产生位 移，实现定心夹紧作用。它通 过中间递力机构，如螺旋、 斜楔、 杠杆等 使夹紧元件等速 移动，实现定心夹紧作用。
工件在夹具中的加工误差及夹具误差估算
在下图（a）所示工件上铣缺口，加工尺寸为 A和B。下图（b）所示为加工示意图，加工尺寸A 的工序基准是F面，定位基准是E面，两者不重合。 刀具相对于夹具的对刀尺寸C，在加工过程中是 不变的。由于一批工件中尺寸S的公差δS 使F面（工序基 准）的位置在一定 范围内变动，从而 使加工尺寸A产生 误差，这个误差就 是基准不重合误差。
基准不重合误差为：
B Amax Amin Smax Smin S
S是定位基准和工序基准间的距离尺寸，称为定 位尺寸。当工序基准的变动方向与加工尺寸的方向相 同时，基准不重合误差等于定位尺寸的公差，即
B S
当工序基准的变动方向与加工尺寸方向不同，其 夹角为α时，基准不重合误差为：
B S cos
② 基准位移误差 当工序基准与定位基准相同时，由于定位副
的制造误差和最小间隙配合引起定位基准位置变 动，从而造成的加工误差，称为基准位移误差， 用ΔY表示。
如下图所示，工件以圆柱孔在芯轴上定位，在圆 柱面上铣键槽，加工尺寸为A和B。
加工尺寸A的定位基准和工序基准都是内孔
轴线，两者重合，基准不重合误差ΔB＝0。但由 于工件内孔和芯轴有制造误差和最小配合间隙，
一般来说，用试切法加工工件时，不会引起 定位误差，但是用调整法加工工件时，则会引起 定位误差。
（1）定位误差的产生原因
工件在夹具中定位时，造成定位误差的原因 有两个：基准不重合误差和基准位移误差。
① 基准不重合误差 基准不重合误差是指由于工件的工序基准和定位
基准不重合而造成的加工误差，用ΔB表示。
2．夹紧误差ΔJ
夹紧误差ΔJ是指工件在夹紧变形时产生的误差， 其大小是工件基准面至刀具调整面之间距离的最大 与最小尺寸之差。
它包括工件在夹紧力作用下的弹性变形、夹紧 时工件发生的位移量或偏转量、工件定位面与夹具 支承面之间的接触部分的变形等。当夹紧力方向、 作用点和大小合理时，夹紧误差近似为零。
工件在夹具中的定位与夹紧
1）选择不加工面为粗基准 2）合理分配加工余量的原则 3）便于工件装夹原则 4）同方向上粗基准不得重复使用
（3）精基准的选择
主要应保证加工精度和装夹方便
选择精基准一般应遵循以下原则：
1）基准重合原则
设计(工序)与定位
2）基准统一原则
各工序的基准相同
3）互为基准原则
两表面位置精度高
4）自为基准原则
加工余量小而均匀
考虑定位方案时，先分析必须消除哪些自由度， 再以相应定位点去限制。
(3)欠定位与过定位
工件应限制的自由度未被限制的定位，为欠定位， 在实际生产中是绝对不允许的。
工件一个自由度被两个或以上支承点重复限制的 定位称为过定位或重复定位。一般来说也是不合 理的。
过定位造成的后果： （1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差； （2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销）
六点定位原理。
实际中一个定位元件可体现一个或多个支承点， 视具体工作方式及其与工件接触范围大小而定
定位与夹紧的区别： 定位是使工件占有一个正 确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置。
(2)完全定位与不完全定位 工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位， 允许少于六点的定位称为不完全定位。 都是合理的定位方式。
(２)夹紧力作用点的确定 1）夹紧力应作用在刚度较好部位
2）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件
形成的支承面内
3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面
(３)夹紧力大小的估算
夹紧力的大小根据切削力、工件重力的 大小、方向和相互位置关系具体计算，并 乘以安全系数K ，一般精加工K =1.5～2， 粗加工K = 2.5～3。
向上的变动量。由工件定位面和夹具定位元件的制造误差 以及两者之间的间隙所引起。
（3）精基准的选择
主要应保证加工精度和装夹方便
选择精基准一般应遵循以下原则：
1）基准重合原则
设计(工序)与定位
2）基准统一原则
各工序的基准相同
3）互为基准原则
两表面位置精度高
4）自为基准原则
加工余量小而均匀
考虑定位方案时，先分析必须消除哪些自由度， 再以相应定位点去限制。
(3)欠定位与过定位
工件应限制的自由度未被限制的定位，为欠定位， 在实际生产中是绝对不允许的。
工件一个自由度被两个或以上支承点重复限制的 定位称为过定位或重复定位。一般来说也是不合 理的。
过定位造成的后果： （1）使工件或夹具元件变形，引起加工误差； （2）使部分工件不能安装，产生定位干涉（如一面两销）
六点定位原理。
实际中一个定位元件可体现一个或多个支承点， 视具体工作方式及其与工件接触范围大小而定
定位与夹紧的区别： 定位是使工件占有一个正 确的位置，夹紧是使工件保持这个正确位置。
(2)完全定位与不完全定位 工件的六个自由度被完全限制的定位称完全定位， 允许少于六点的定位称为不完全定位。 都是合理的定位方式。
(２)夹紧力作用点的确定 1）夹紧力应作用在刚度较好部位
2）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件
形成的支承面内
3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面
(３)夹紧力大小的估算
夹紧力的大小根据切削力、工件重力的 大小、方向和相互位置关系具体计算，并 乘以安全系数K ，一般精加工K =1.5～2， 粗加工K = 2.5～3。
向上的变动量。由工件定位面和夹具定位元件的制造误差 以及两者之间的间隙所引起。