03工件在夹具中的夹紧

夹紧力的大小直接影响夹具使用的可靠性和安全 分析计算法是将夹具和工件看成是一个刚性系统， 根据工件在加工过程中受切削力、离心力、惯性力以 性及工件的变形量的大小。因此，既要足够的夹紧力， 及工件的重力的作用情况，找出在加工过程中对工件 但又不得过大。夹紧力大小的计算可根据具体情况用
最不利的瞬间状态，然后按静力平衡原理计算出理论 类比法进行估算或用分析计算进行估算。 夹紧力，再乘上安全系数即可得到实际夹紧力的数值。
在加工过程中不会因受到外力的作用而产生移动或
振动，又不得使工件产生不允许的变形或损伤。
（３）可靠的自锁性能
手动夹紧机构要有可靠的自锁性。机动夹紧装
置则要统筹考虑其自锁性和稳定的夹紧力。
（４）工艺性好和操作方便、安全、省力
在保证生产率和加工精度的前提下，应使其结
构的复杂程度与工件的生产节拍相适应。做到夹紧
和曲线偏心两种类型，常用的是圆偏心件(偏心轮或
偏心轴)，曲线偏心有阿基米德螺线偏心和对数螺线 偏心，因制造较困难故很少使用。
1）圆偏心的楔角
e sin x arctan R e cos

当圆心角（回转角）等于 900时，楔角接近最大值：
ax
e arctan R
构。
２.夹紧装置的基本要求
夹紧装置的设计是否正确，对保证工件的加 工精度、提高劳动生产率和减轻工人劳动强度等 都有直接影响。要想保证上述条件正确地设计夹 紧装置，则必须满足几点基本要求。
２.夹紧装置的基本要求
（１）确保工件既定位置不变 在夹紧过程中，工件受到夹紧力作用时不得破 坏既定位置。 （２）夹紧力的大小要适当 对工件所施加的夹紧力的大小，既要保证工件
夹具设计与制造
第一章 机床夹具概论 第二章 工件在夹具中的定位 第三章 工件在夹具中的夹紧 第四章 典型机床夹具设计 第五章 专用机床夹具设计方法 第六章 现代机床夹具的发展
第三章 工件在夹具中的夹紧
3.1 夹紧装置的组成及基本要求 3.2 夹紧力的确定 3.3 典型夹紧机构
工件在夹具中的夹紧
工件的夹紧及其装置
在机械加工中，往往要根据工件的结构特点或生
产率的需要，对一个工件同时施加几个夹紧力或在
一套夹具上对多个工件同时进行夹紧。因此在设计 机床夹具时常用联动夹紧机构来解决上述问题。 机床夹具的联动夹紧机构是指只需操作某一个手 柄就能同时从各个方向上均匀地夹紧一个工件，或 同时夹紧若干个工件。前者称为单件联动夹紧机构， 后者称为多件联动夹紧机构。
1.单件多点联动夹紧机构
2.多件联动夹紧机构 1) 平行式多件联动夹紧机构
1) 平行式多件联动夹紧机构
2) 连续式多件联动夹紧机构
3) 对向式多件联动夹紧机构
4）复合式多件联动夹紧机构
设计联动夹紧机构时应注意如下几点：
1)由于联动机构动作和受力情况比较复杂， 应仔细进行运动分析和受力分析，以确保设计意 图能够实现。 2)在联动机构中要充分注意在哪些地方设置 浮动环节如铰链、球面垫等，要注意浮动的方向 和浮动大小，要注意设置必要的调整环节，保证 各夹紧均衡，运动不发生干涉。
在机械制造过程中，工件的定位和夹紧是两个密 切相关的安装过程。工件定位后，就必须采用一定的 机构将工件压紧夹牢，以便保证工件在切削过程中不 会因受切削力、重力、惯性力或离心力等外力作用而 破坏原定位置。从而保证工件的加工精度和安全生产。 这种压紧夹牢工件的机构称为夹紧装置。
工件在夹具中的夹紧
工件在夹具中的夹紧
细进行铰链、杠杆的受力分析、运动分析和主要参
数的分析计算。在设计中应考虑设置必要的浮动，
调整环节，以保证铰链夹紧机构的正常工作。
铰链夹紧机构
铰链夹紧机构
铰链夹紧机构
铰 链 夹 紧 机 构
铰链夹紧机构
5.定心夹紧机构
定心夹紧机构的设计可按以下两种原理来进行：
1)定位一夹紧元件按等速位移原理来均分工件定
Q
Ｗ——斜楔夹紧时产生的夹紧力（N）； Ｑ——原始作用力（N）；
α——斜楔升角（0）；
φ1——平面摩擦时作用在斜楔面上的摩擦角（0）； φ２——平面摩擦时作用在斜楔基面上的摩擦角（0）。
2) 斜楔夹紧机构的增力比
W 1 ip Q tan 2 tan 1
3) 斜楔夹紧机构的自锁条件
夹紧机构的优点是结构简单，操作方便，动作迅速。
缺点是由于其夹紧点处的楔角（升角）是一个变值，
夹紧力的大小将随之变化，夹紧行程和增力比小，
自锁性能受到偏心轮几何参数的限制。因此一般用
于工件被夹表面尺寸变化不大，切削力小且平稳的
场合，不适合在粗加工中应用。
4.铰链夹紧机构
铰链夹紧机构的特点是动作迅速，增力比大， 易于改变力的作用方向。缺点是自锁性能差，一般 常用于气动和液动夹紧。铰链夹紧机构的设计要仔
即 ：Ｗk＝ＷＫ
式中 ： K ＝ K0Ｋ1Ｋ２Ｋ３Ｋ４Ｋ５Ｋ６
3.3 典型夹紧机构
1. 斜楔夹紧机构
斜楔夹紧是利用其斜面移动所产生的压力来夹
紧工件。在实际应用时，直接用楔块楔紧工件的情
况很少。多数是楔块与其它机构联合使用。广泛用
于气动或液压夹紧装置中。
1）斜楔夹紧机构的夹紧力计算
W
tan 2 tan 1
max 1 2
2e tan arctan tan 1 D
当f1=0.1时：
2e arctan 1 2 D
2e f D
D 20 e
D 14 e
当f1=0.15时：
偏心夹紧的偏心轮已标准化，其夹紧行程和夹
紧力在夹具设计手册上也给出了，可以选用。偏心
位面的尺寸误差，实现定心或对中。
2)定位一夹紧元件的均匀弹性变形原理来实现定 心夹紧。如各种弹性心轴，弹性筒夹，液性塑料夹 头等。
等速位移定心夹紧机构
均 匀 弹 性 变 形 定 心 夹 紧 机 构
均匀弹性变形定心夹紧机构
均匀弹性变形定心夹紧机构
均匀弹性变形定心夹紧机构
6.联动夹紧机构
制。螺旋夹紧机构包括单个螺旋夹紧机构、螺旋压板
夹紧机构和钩形压板夹紧机构。
螺 旋 夹 紧 机 构
1）螺旋夹紧力的计算
W
QL d0 tan 1 r tan 2 2
Ｗ——螺旋夹紧时产生的夹紧力（N）；
Ｑ——原始作用力（N）； L——作用力臂的长度（mm）；
α——螺纹升角（0）； d0——螺纹中径（mm）； φ1——螺纹处的摩擦角（0）； φ2——螺杆端部与工件间的摩擦角（0）； r’——螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）。
夹紧力的作用方向不仅影响工件的加工精度，
而且还影响工件夹紧的实际效果。夹紧力的作用方
向主要与工件的结构形状、定位元件的结构形状和
配置形式，工件加工时所受到的全部外力产生的变 形方向和大小等因素有关。具体应考虑几点原则。
1. 夹紧力作用方向的确定
１）夹紧力作用方向不应破坏工件的既定位置； ２）夹紧力作用方向应使工件所需夹紧力尽可能最小； ３）夹紧力作用方向应使工件的夹紧变形尽可能最小。
（２）中间递力机构
中间递力机构是将力源装置产生的夹紧作用力 传递给夹紧元件的机构。中间递力机构一般可以在 传递夹紧作用力的过程中，改变夹紧力的大小、方 向并具有一定的自锁性能。如螺旋机构、斜楔机构、 铰链机构、偏心机构等。
（３）夹紧元件
夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。通过 它与工件被夹表面的直接接触来完成夹紧动作。 如压板、压头等。在一些简单的手动夹紧装置中， 夹紧元件与中间递力机构组合在一起称为夹紧机
2）圆偏心夹紧力的计算
QL W tan p 2 tan 1


Ｗ——圆偏心夹紧时产生的夹紧力（N）；
Ｑ——原始作用力（N）； αp——圆偏心工作点P的楔角（0）； φ 1——偏心轮与工件间作用点的摩擦角（0）； φ ２——偏心轮回转孔与转轴间的摩擦角（0）。
3) 圆偏心夹紧机构的自锁条件
2. 夹紧力作用点的确定
夹紧力作用点的确定原则应在夹紧力作用方向的 确定原则基础上，具体考虑以下几点原则： １）夹紧力的作用点应作用在夹具定位元件支承表面 所形成的稳定受力区域内 ２）夹紧力的作用点应作用在工件刚性较好的部位上 ３）夹紧力的作用点应尽量靠近工件的加工表面
3. 夹紧力大小的确定
1 2
4）斜楔夹紧机构的行程比
h na t S
2. 螺旋夹紧机构
指采用单个螺旋直接夹紧或与其它元件组合实现
夹紧工件的机构。这类夹紧机构由于其机构简单，夹
紧可靠，通用性高等优点，故在机床夹具中得到广泛 应用。它的缺点是夹紧和松开工件时比较费工费时。 螺旋夹紧机构是斜楔夹紧机构的变形，但其增力 比和自锁性能都优于斜楔夹紧机构。夹紧行程不受限
3.1 夹紧装置的组成及基本要求
１.夹紧装置的组成
夹紧装置的结构形式是多种多样的。但根据
力源的不同可分为手动和机动夹紧装置。夹紧
装置一般由动力源装置、中间递力机构和夹紧
元件三部分组成。
工件在夹具中的夹紧
（１）力源装置
力源装置是产生夹紧作用力的装置。通 常是指机动夹紧时所用的气动、液压、电动 等装置。其目的是减少辅助时间，减轻工人 劳动强度，提高劳动生产率。手动夹紧没有 这种装置。
设计联动夹紧机构时应注意如下几点：
3)各压板都能很好地松夹，以便装卸工件。
4) 要注意整个机构和传动受力环节的强度和 刚度。 5) 联动机构不要设计得太复杂，注意提高可 靠性、降低制造成本。
动作迅速，操作方便，安全省力，经济性好，成本
低，便于制造和维修。
3.2 夹紧力的确定
确定夹紧力包括正确地选择夹紧力的大小、方 向和作用点。必须根据工件的形状、尺寸、重量和 加工要求，定位元件的结构及其分布形式，加工过 程中工件所到的外力（切削力、重力、惯性力和离 心力）大小等因素进行综合分析。