机床夹具设计夹紧装置
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
第三章 工件的夹紧及夹紧装置(夹具设计)
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。
机械学院
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
机械学院
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
机械学院
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。
夹紧机构
机床夹具设计
二、螺旋夹紧机构
FQ L
F2r '
FRX
d0 2
得
FW
d0 2
tg
FQ L
1 r 'tg2
式中 FW 一一夹紧力(N)；FQ 一一作用力(N)； Lo一一作用力臂(mm)； d 0 一一螺纹中径(mm)； 一一螺纹升角( )； 一一螺纹处
摩擦角( o )； 2一一螺杆端部与工件间的摩擦角( o )；
2
机床夹具设计
一、夹紧概述
目
保证工件定位时确定的正确位置,防止工
的
件在切削力、离心力、惯性力、重力等作用 下产生位移和振动。
（1）力源装置：手动装置 气压装置、液压装置气、 液增压装置、电动装置、磁力装置、真空装置
组 （2）中间传力机构
成
1）改变作用力的方向；
2）改变作用力的大小； 3）使夹紧实现自锁。
大 小
一般精加工K =1.5~2，粗加工K = 2.5~3。
(2)经验对比法。
7
机床夹具设计
表4-3常见夹紧形式所需的夹紧力计算公式
8
机床夹具设计
9
机床夹具设计
三、减小夹紧变形的方法 (1)分散着力点和增加压紧件接触面积。
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机床夹具设计
(1)分散着力点和增加压紧件接触面积。
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机床夹具设计
56
机床夹具设计 四、联动夹紧机构
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机床夹具设计 四、联动夹紧机构
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机床夹具设计 四、联动夹紧机构 (2)多件连续夹紧机构
59
机床夹具设计 四、联动夹紧机构
(3)对称式多件联动夹紧机构
60
机床夹具设计 四、联动夹紧机构
夹具(夹紧装置设计3-2)ppt课件
夹紧力估算步骤： 1．计算切削力； 2．求出理论夹紧力W０
根据加工过程中，工件受到切削力F（按对夹紧最不利的加 工条件）、夹紧力W０（大型工件的重力，高速运动工件的惯 性力，高速旋转工件的离心力）、支承反力及摩擦力，处于 静力平衡状态，求出理论夹紧力W０。 3．求出实际夹紧力W：W=KW０
K—安全系数，与加工性质、切削特点、夹紧力来源、刀具情 况有关：一般取K＝1.5～3。 粗加工时，K＝2.5～3；精加工时，K＝1.5～2.5。
◇当摆动压块与工件接触后，由于压块与工件间的摩擦力矩大 于压块与螺钉间的摩擦力矩，压块不会随螺钉一起转动。
摆动压块
★快速夹紧机构： 单个螺旋夹紧机构夹紧动作慢，装卸工件费时，为了克服这 一缺点，出现了各种快速螺旋夹紧机构。
使用了开口垫圈
采用了快卸螺母
夹紧轴1上的直槽连 着螺旋槽，先推动 手柄2，使摆动压 块迅速靠近工件， 继而转动手柄，夹 紧工件并自锁。
（b）所示：极限状态下，斜楔在工件反力和夹具体反力作用 下，处于平衡状态：
F 1 W 1 tF R g X W ( t2 g )
12 12
斜楔的自锁条件 斜楔的升角小于或等于斜楔与工件、斜楔与夹具体间
的摩擦角之和 12
若 1 2 → 0.1~0.15→ 6~8
◇手动夹紧机构一般取 1.15~17
手柄4带动螺母旋转时，因手柄5的限制，螺母不能右移， 致使螺杆带着摆动压块3往左移动，从而夹紧工件。松开时， 只要反转手柄4，稍微松开后，即可转动手柄5，为的快速 移动让出了空间。
★夹紧力计算：
◇原始作用力Q；
◇工件对螺杆的反作用力 W '：
垂直方向的反作用力W（夹紧力）、摩擦力 F2 ；
◇夹具体上的螺母对螺杆的作用力 R 1 ：
简述铣床夹具的夹紧装置设计要点
简述铣床夹具的夹紧装置设计要点
铣床夹具的夹紧装置设计要点包括以下几个方面：
1. 夹紧力方向：夹紧力的方向应尽可能垂直于工件的主要定位基准面，以保证工件的定位精度。
2. 夹紧力作用点：夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以减小工件的变形。
3. 夹紧力大小：夹紧力的大小应适当，过大会导致工件变形，过小则无法保证工件的夹紧。
4. 夹紧机构的自锁性：夹紧机构应具有自锁性，以防止在加工过程中因夹紧力的消失而导致工件松动。
5. 夹紧机构的快速性：夹紧机构应尽可能快速地实现夹紧和松开，以提高生产效率。
6. 夹紧机构的可靠性：夹紧机构应具有足够的强度和刚度，以保证在加工过程中不会发生松动或断裂。
7. 夹紧机构的可调节性：夹紧机构应具有一定的可调节性，以
适应不同尺寸和形状的工件。
8. 夹紧机构的人性化设计：夹紧机构的设计应考虑到操作人员的使用方便性和安全性。
以上是铣床夹具的夹紧装置设计要点的一些基本内容，具体的设计还应根据实际情况进行综合考虑。
常见夹紧机构-对工装夹具人员非常有帮助的一份资料
常见夹紧机构夹紧机构的种类很多，这里只简单介绍其中一些典型装置。
（1）斜楔夹紧机构图 4.52所示是一些斜楔夹紧实例。
斜楔夹紧机构是利用斜面的楔紧作用，将外力传递给工件，完成工件的夹紧。
当楔块的升角α 在 6 0 ~10 0 时具有自锁性能。
但自锁的稳定性较差，主要用于夹紧机构中来改变力的方向。
（ 2）螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构结构简单、容易制造，而且螺旋相当于一个斜楔缠绕在圆柱体的表面形成的；由于其升角小（ 3 0 左右）则螺旋机构具有较好的自锁性能，获得的夹紧力大，是应用最广泛的一种夹紧机构。
如图 4.53、4.56所示1）单个螺旋夹紧机构如图4.53（a）（b）中直接用螺钉或螺母夹紧工件的机构。
螺钉头部直接压在工件表面上，可能会损伤工件或带动工件旋转。
为克服这一缺点在其头部加装浮动压块，以增加接触面积，减少损伤。
如图4.54所示夹紧动作慢使这一机构的另一缺点。
通常采用一些快速结构，如快卸垫圈、快换螺母、快速机构等，如图 4.55所示。
2）螺旋压板夹紧机构图4.56是螺旋压板夹紧机构的几种典型结构，其在夹紧机构中广泛的使用。
3）钩形压板夹紧机构图4.57是螺旋钩形压板夹紧机构的一些结构，其特点是结构紧凑，使用灵活、方便。
（3）偏心夹紧机构它是利用偏心间直接或间接夹紧工件的机构。
偏心夹紧分圆偏心和曲线偏心两种，其特点是结构简单、操作方便、夹紧迅速，缺点是夹紧力小，夹紧行程短，用于振动小、切削力不大的场合。
图 4.58是几种典型的偏心夹紧机构的实例，图4.59是圆偏心轮的几种结构。
（4）联动夹紧机构是利用机构的组合完成单件或多件的多点、多向同时夹紧的机构。
它可以实现多件加工、减少辅助时间、提高生产效率、减轻工人的劳动强度等。
1）单件联动夹紧机构利用夹紧机构实现工件的多向、多点夹紧。
如图4.60所示机构实现二力垂直夹紧。
2）多件联动夹紧机构一般有平行式多件联动夹紧机构和连续式多件联动夹紧机构。
夹具设计说明书
专用夹具的设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，机床使用说明书降低劳动强度，需要设计专用的夹具。
车床夹具设计要点：（1）定位装置的设计要求在车床上加工回转面时要求工件被加工面的轴线与车床主轴的旋转轴线重合，夹具上定位装置的结构和布置，必须保证这一点。
因此，对于轴套类和盘类工件，要求夹具定位元件工作表面的对称中心线与夹具的回转轴线重合。
对于壳体、接头或支座等工件，被加工的回转面轴线与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时，应以夹具轴线为基准确定定位元件工作表面的位置。
（2）夹紧装置的设计要求在车削过程中，由于工件和夹具随主轴旋转，除工件受切削扭矩的作用外，整个夹具还受到离心力的作用。
此外，工件定位基准的位置相对于切削力和重力的方向是变化的。
因此，夹紧机构必须产生足够的夹紧力，自锁性能要可靠。
对于角铁式夹具，还应注意施力方式，防止引起夹具变形。
（3）夹具与机床主轴的连接车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的回转精度有决定性的影响。
因此，要求夹具的回转轴线与主轴轴线应具有尽可能高的同轴度。
心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接，用螺杆拉紧。
有的心根据径向尺寸的大小，其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式：1) 对于径向尺寸D<140mm，或D<(2～3)d的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中，并用螺杆拉紧。
这种连接方式定心精度较高。
2) 对于径向尺寸较大的夹具。
一般通过过渡盘与车床主轴头端连接。
过渡盘的使用，使夹具省去了与特定机床的联接部分，从而增加了通用性，即通过同规格的过渡盘可用于别的机床。
同时也便于用百分表在夹具校正环或定位面上找正的办法来减少其安装误差。
因而在设计圆盘式车床夹具时，就应对定位面与校正面间的同轴度以及定位面对安装平面的垂直度误差提出严格要求。
（4）总体结构设计要求车床夹具一般是在悬臂的状态下工作，为保证加工的稳定性，夹具的结构应力求紧凑、轻便，悬伸长度要短，使重心尽可能靠近主轴。
车床夹具设计
第三章 各类机床夹具3.1车床夹具在车床上用来加工工件的内、外回转面及端面的夹具称为车床夹具。
车床夹具多数安装在车床主轴上；少数安装在车床的床鞍或床身上，由于后一类夹具应用很少，属机床改装范畴，故本章不作介绍。
除了顶尖、拨盘、三爪自定心卡盘等通用夹具外，安装在车床主轴上的专用夹具通常可分为心轴式、夹头式、卡盘式、角铁式和花盘式等。
3.1.1角铁式车床夹具夹具体呈角铁状的车床夹具称之为角铁式车床夹具，其结构不对称，用于加工壳体、支座、杠杆、接头等零件上的回转面和端面，如图3—2和图4—3所示。
图3—2为加工图3—1所示的开合螺母上Φ40027.00+mm 孔的专用夹具。
工件的燕尾面和两个声Φ12 010.00+mm 孔已经加工，两孔距离为38±0．1mm ，Φ40027.00+mm 孔经过粗加工。
本道工序为精镗声Φ40027.00+mm 孔及车端面。
加工要求是：Φ40027.00+mm 孔轴线至燕尾底面C 的距离为45±0．05mm ，Φ40027.00+mm 孔轴线与c 面的平行度为0．05mm ，加工孔轴线与Φ12 010.00+mm 孔的距离为8±0．05mm 。
为贯彻基准重合原则，工件用燕尾面B 和C 在固定支承板8及活动支承板10上定位(两板高度相等)，限制五个自由度；用声Φ12010.00+mm 孔与活动菱形销9配合，限制一个技术要求: Φ40027.00+mm 的轴线对两B 面的对称面积垂直度为0.05图3-1 开合螺母车削工序图自由度；工件装卸时，可从上方推开活动支承板l0将工件插入，靠弹簧力使工件靠紧固定支承板8，并略推移工件使活动菱形销9弹入定位孔Φ12 010.00 mm内。
采用带摆动V形块3的回转式螺旋压板机构夹紧。
用平衡块6来保持夹具的平衡。
图3-2角铁式车床夹具1、11一螺栓2一压板3～摆动V形块4一过渡盘5一夹具体6～平衡块7一盖板8一固定支承板9一活动菱形销l0一活动支承板图3-3所示为车气门顶杆端面的夹具。
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显然由于摩擦的存在，斜楔机构的实际增力比变小。
楔
块 夹
3.行 程 比 i S ：
紧 装
i s=h/s= tan = 1/ i´ F
置
h—夹紧行程； s—水平移动行程；
对于需要自锁的手动斜楔夹紧机构来讲，增力比与行
程比是一对相互矛盾的参数。
4.自锁条件： F1＞Frx，
即FWtg 1＞ FW tg( － 2 )
2)楔块夹紧行程小，增大行程会使自锁性能变差
3)操作不便，夹紧和松开均需敲击
4)楔块材料：通常用20钢渗碳，淬硬58~62HRC
5)偏心轮、凸轮、螺钉为楔块的变种
1.斜楔夹紧受力的计算
FW—夹紧作用力；FQ—原始作用力；α—斜楔升角； φ 1 —斜楔与工件间的摩擦角 ； φ 2 —斜楔与夹具体间的摩擦角
第 一 节 概 述
图 3-4 夹紧装置的组成方框图
二、夹紧装置设计的基本要求
基 1）夹紧时不破坏工件定位后的正确位置； 稳
本 2）夹紧力大小、可靠； 求
快
一
4）结构紧凑，易于制造与维修。
节
夹紧装置设计和选择的核心问题是夹紧力的大小、方向
概 和作用点。 述
三、 夹紧力三要素设计原则
结论：夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向
(２)夹紧力作用点的确定 1）夹紧力应作用在刚度较好部位
第 一 节 概 述
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
第 一 节 概 述
a)错误，b)正确
3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面，以减少 切削力翻转力矩的影响，减少振动
第 一 节 概 述
➢ 夹紧力三要素的确定，是一个综合性问题，必须
考虑工件的结构特点、加工工艺方法、定位元件
的结构和布置等多种因素。
第二节 基本夹紧装置
夹具中常用的夹紧装置有楔块、螺旋、偏心轮等，它们
都是根据斜面夹紧原理夹紧工件。下面分别介绍各种夹紧装
置的结构、夹紧力的计算和它们的特性。
常 用 一、斜楔夹紧装置
的 夹
夹紧是工件装夹过程中的重要组成部分。工件定位 后必须通过一定的机构产生夹紧力，把工件压紧在定位 元件上，使其保持准确的定位位置，不会由于切削力、 工件重力、离心力或惯性力等的作用而产生位置变化和 振动，夹紧力既不能太大，也不能太小，这种产生夹紧 力的机构称为夹紧装置。夹紧机构在设计和使用过程中， 既要保证加工质量，又要讲究效率和经济性，因此学习 常用夹紧机构、夹紧机构的设计和选用是十分重要的。
夹紧机构，便有迫使夹紧机构松开的趋势。
2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小
第 一 节
概
从这个示例中，也可看出，考虑重力G对工件
述 的影响，则工件的主要定位基面不仅应该在水平
面内，而且还应该便于由上向下装夹工件。
结论：有利于减小夹紧力的大小
3）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小
第 一 节 概 述
一、夹紧装置的组成
工件在定位元件上定位后，必须采用一定的装置将工件压
紧夹牢，使其在加工过程中不会因受切削力、惯性力或离心力
等作用而发生振动或位移，从而保证加工质量和生产安全，这
第 种装置称为夹紧装置。
一
机械加工中所使用的夹具一般都必须有夹紧装置，在大型
节 工件上钻小孔时，可不单独设计夹紧装置。
概
夹紧装置分为手动夹紧和机动夹紧两大类。根据结构特点
必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点 (1)夹紧力方向的确定 1）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面
第 一 节
概 述
(a) 工序简图 （b）错误
（c）错误 （d）正确
图3-5 夹紧力应指向主要限位面
第 一 节 概 述
结论：主要夹紧力方向应尽量垂直主要定位面
2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小
述 及功用，典型夹紧装置由三部分组成，即力源装置、中间递力
机构和夹紧元件。
夹紧装置的组成
第 一 节
概
述
力源装置：它是产生夹紧作用力的装置。
组
传力机构：传递力的机构，其作用是：改变作用力的方向； 改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以保证夹紧可
成 靠。
夹紧元件：它是直接与工件接触完成夹紧作用的元件。
楔 tg 1＞tg( －2 )
块
由静力平衡：
F1+FRx=ＦＱ
楔 而F1= ＦＷ tan φ1
块 夹
FRx= FW tan(α+φ2)
紧 装 ∴ FW = FQ/［tanφ1+tan(α+φ2)］
置
2.增 力 比 i F ：
i F=FW / FQ=1/[tan(+ 2)+ tan 1]
若1= 2=0， i´ F=1/tan ， i´ F—理想增力比。
当作用点只能远离加工面，可增设辅助支承
(3) 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
工 统，以简化计算。根据工件在切削力、夹紧力 (重型工件要
件 的 夹
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。
利用斜面直接或间接夹紧工件的机构称为斜楔夹紧装置。
紧 斜楔夹紧装置主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。斜楔
装 夹紧常与杠杆、压板、螺旋等组合使用。 置
➢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。
常
用
的
夹 紧
斜楔夹紧机构
装
1－斜楔 2－工件 3－夹具体
置 特点：1)结构简单，有增力作用。 一般增力比iF≈3。
第 一 节
概 述
对于图（a）中的情况，当F、FW、G三力同向且指向夹具体，这时夹 紧力FW 最小，F、G这些外力产生的摩擦力可以补偿一部分为防止工件转
动所需的夹紧力，所以实际施加在工件上的夹紧力就很小。
对于图3-6（f）中的情况，当FW 与F、G的方向相反时， FW = F + G 这种夹紧方式，不仅所需的夹紧力较大，而且由于F和G的方向直接朝向
紧
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。
( 3)夹紧力大小的确定
①要足够防止加工时松动
②使工件受压变形小，刚性差的工件应均匀加压
③机动夹紧时应计算夹紧力的大小，以理论夹紧力乘以
第 安全系数K
一
粗加工取K＝2.5~3，
节
精加工取K＝1.5~2
概 述
一般采用机动（气动、液动）夹紧装置时，需对夹紧力进行计算； 而采用手动夹紧机构时，常根据经验或类比法确定所需的夹紧力。