机床夹具夹紧机构的设计

1、保证斜楔自锁的条件是什么？这就是合理 选择斜楔升角的问题 2、如何计算斜楔的夹紧力大小？ 3、如何将原始作用力转化为夹紧力？这实际是 解决中间递力机构的增力特性和夹紧行程问题
1、斜面自锁原理及斜楔自锁条件
斜面自锁条件 螺纹自锁条件
f
f
将斜面自锁条件推广到斜楔夹紧装置，两者的区别 仅在于用斜楔夹紧时，存在两处摩擦接触面，即斜 楔与工件、斜楔与夹具体。 因而有两个摩擦角φ1 φ2 自锁条件
2、螺旋夹紧机构夹紧力的计算
螺杆在三个力矩作用下，处于平衡状态：
3 螺旋夹紧机构的扩力比与夹紧行程
扩力比
FJ FQ L d2 tan 1 r tan 2 2
若使用力臂L=14d2的标准扳手或手柄 ，2＝6 取＝3 ，1＝8 30

当r 0时 1 当r d0时 3 3 1 D3 D0 当r 时 2 2 3 D D0
一、单件联动夹紧机构
（1）单件同向联动夹紧机构
（2）单件对向联动夹紧机构
（３）单件互垂力或斜交力联动夹紧机构
２、多件联动夹紧机构
（１）多件平行联动夹紧机构 图3.26
（2）多件连续夹紧机构 图3.27
（3）对称式多件联动夹紧机构 图3.28
（4）复合式多件联动夹紧机构图3.29
五 夹紧机构的动力装置
第四节 机床夹具夹紧机构的设计
一、夹紧机构设计应满足的要求 二、夹紧力的确定
三、常用夹紧机构 四、其它夹紧机构
五、夹紧机构的动力装置
一 夹紧机构设计应满足的要求
夹紧机构的设计原则： （1）保证定位准确、可靠（不能破坏定位）； （2）工件与夹具的变形要在允许的范围内； （3）夹紧机构必须可靠； （4）操作安全、省力、方便，符合习惯； （5）自动化程度与生产纲领适应。
②增力比大。i=65~140
③广泛用于手动夹紧中，通常使用快速装夹结 构提高工件安装速度。 ④结构简单，应用广泛。
三、偏心夹紧机构1
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三、偏心夹紧机构2
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三、偏心夹紧机构3
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三、偏心夹紧机构4
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偏心夹紧原理
偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等， a、c处 升角为为0， P处升角最大。
本节结束
3 偏心夹紧机构的扩力比与夹紧行程
扩力比：12～14 夹紧行程S S =MB－R0 = (MO1+O1B)－R0 =(MO1+R)－R0 =(R－R0) ＋e sinβ S= e (1＋sinβ)
有效工作区域：一般常选下面两种工作区域： 1) β=±30°～±45°，为P点左右，楔角变化小，工 作较稳定，α大自锁性能差； 2) β=－15°～75°，楔角变化大，工作不稳定，但夹 紧时α小，自锁性能好。
FW 1 i FQ tan 1 tan 2
如取1＝2＝6 ，＝ 10

得到i 2.6
可见，在作用力不太大的情况下，斜楔的夹 紧力是不大的（因为扩力比不大）
夹紧行程
h s tan tan 6 0.1

h 0.1 s
总结：
1. 斜楔夹紧机构：
特点：
①有自锁性。通常斜角α=6°～8°
②有增力作用。增力比为i=主要用于机动夹紧，当机动夹紧时不需要自锁， 可取α=15°～30°
二、螺旋夹紧机构1
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二、螺旋夹紧机构2
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1、螺旋夹紧机构自锁条件
标准三角螺纹的升角 4 ，

自锁性能良好
(一)气动夹紧装置 优点：传输、分配方便，干净； 缺点：尺寸较大，有排气噪音，夹紧力小。 (二)液压夹紧装置 优点：装置紧凑，工作平稳，无噪音； 缺点：成本高。 (三)气－液联合夹紧装置（气液增压器） 具有气动、液动的优点 (四)其它动力夹紧装置 真空夹紧（非导磁材料） 电磁夹紧 其它（重力、惯性力、弹性力等）
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快速装夹结构5--旋转快换
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2 典型螺旋压板夹紧机构
特点：
1 增大夹紧行程
2 比较费力
2典型螺旋压板夹紧机构
1 改变夹紧作用方向
2 夹紧力大于或等于 作用力
2典型螺旋压板夹紧机构
1 夹紧行程小
2 比较省力
3 特殊结构的螺旋压板机构 自动回转钩形压板
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总结：
2. 螺旋夹紧机构： 特点： ①自锁性好，可靠性高。
1 2
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自锁条件
1 2
通常f=0.1 1 2 arctan 0.1 5 43

11

6 ~ 8 为保证自锁，手动夹紧机构的升角一般取
2、斜楔的夹紧力的计算
3 斜楔的扩力比与夹紧行程
扩力比
夹紧力与作用力之比称为扩力比 i
二 夹紧力的确定
（一）夹紧力的方向（结合图例说明） 1、有利于工件的准确定位
2、有利于减小工件变形
3、有利于减小所需的夹紧力。
（二）夹紧力的作用点（结合图例说明） 1、保证定位稳定可靠
2、有利于减小变形
3、有利于减小振动
4、夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精 度的变形
（三）夹紧力大小
计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚 性系统以简化计算，然后根据工件受切削力、夹紧 力（大工件还应考虑重力，运动的工件还应考虑惯 性力等），运用理论力学知识，计算出理论夹紧力， 再乘以安全系数K，此时实际所需夹紧力数值
粗加工时，K=2.5～3
精加工时，K=1.5～2
（四）其它准则
⑴定位的夹紧力先动作，夹紧的夹紧力后动作 ↓F ↓F
一 铰链夹紧机构
优点：动作迅速，増力比大，易于改变力的方向。 缺点：自锁性差 应用：一般常用于气动、液压夹紧
二 定心夹紧机构
1 等速位移原理
2 均匀弹性变形原理
三 联动夹紧机构
联动夹紧机构：利用一个原始作用力实现单件或多件的 多点、多向同时夹紧的机构。 设计联动夹紧机构应注意如下几点： （1）仔细进行运动分析和受力分析，确保设计图 能够实现； （2）保证各处夹紧均衡，运动不干涉； （3）各压板能很好的松夹，以便装卸工作； （4）注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度； （5）提高可靠性，降低制造成本。
1、偏心夹紧机构自锁条件
自锁条件：D/ e ≥14～20
2、偏心夹紧机构夹紧力的计算
圆偏心在任一夹紧位置等效于一直线楔，所以夹 紧力计算与斜楔夹紧相似。又从斜楔夹紧力计算公式知 ，α角越大，产生的夹紧力越小，所以α→αmax时，夹 紧力最小： 2 FQ L FW min Dtan( max 2 ) tan 1 Fwmin——最小夹紧力(N)； FQ ——原始作用力(N) L ——手柄至偏心的距离 (mm)； 1 ——圆偏心与工件的摩擦角(°)； 2 ——圆偏心与转轴的摩擦角(°)； D ——圆偏心轮直径(mm)；
FJ 140 FQ FJ 109 FQ FJ 75FQ
夹紧行程
夹紧行程无限制，但时间较长
为了克服螺旋夹紧时费时的缺点，可以使用各种 快速接近或快速撤离工件的快速装夹结构 快速装夹结构1--钩形垫圈夹紧
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快速装夹结构2--活节螺栓夹紧机构
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快速装夹结构3—开口垫圈
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快速装夹结构4--快卸螺杆机构
P→
图3.10 定位夹紧力先动作
⑵夹紧元件只有在夹紧方向上移动，夹紧过程中才不致 破坏定位。
三、 基本夹紧机构
学习内容： 一、斜楔夹紧机构
二、螺旋夹紧机构
三、偏心夹紧机构
一、斜楔夹紧机构1
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一、斜楔夹紧机构2
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一、斜楔夹紧机构3
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一、斜楔夹紧机构4
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设计斜楔夹紧机构时，需要解决三个问题：
总结：
3.偏心夹紧机构：
特点：
① 自锁差，一般用于切削负荷不大的场合。
② 有增力作用。增力比为i=12 ～14。 ③ 夹紧迅速。 ④ 夹紧行程小。 ⑤ 一般用在切削力不大且无振动的场合，又夹紧行程小， 对夹紧尺寸要求较严。
四、 其他夹紧机构
学习内容： 一、铰链夹紧机构
二、定心夹紧机构
三、联动夹紧机构