機(jī)械制造之機(jī)床夾具設(shè)計(jì)課件

1、第九章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理 工件在機(jī)床上加工時(shí)，為保證加工精度和提高生產(chǎn)率，必須使工件在機(jī)床上相對(duì)刀具占有正確的位置，這個(gè)過程稱為定位。在切削過程中，為了克服工件受外力(慣性力、切削力、重力等)的作用而破壞定位，還必須對(duì)工件施加夾緊力，這個(gè)過程稱為夾緊。 定位和夾緊兩個(gè)過程的綜合稱為裝夾，完成工件裝夾的工藝裝備稱為機(jī)床夾具。機(jī)床夾具作用的實(shí)現(xiàn)必須滿足三個(gè)條件：(1)夾具在機(jī)床上的準(zhǔn)確裝夾；(2)工件在夾具中占有正確的加工位置；(3)刀具相對(duì)夾具具有準(zhǔn)確位置。工件的最終精度是由零件相對(duì)于機(jī)床獲得的。 9.1 機(jī)床夾具概述9.1.1 機(jī)床夾具的分類 按通用化程度機(jī)床夾具可分為兩大類，即通用夾具和專用

2、夾具。 通用夾具是由機(jī)床附件廠或?qū)ｉT的工具制造廠制造的，如三爪卡盤、四爪卡盤、頂尖、平口鉗、分度頭等。 專用夾具是指為某工件的某工序?qū)ｉT設(shè)計(jì)和制造的夾具；或在小批生產(chǎn)及新產(chǎn)品試制時(shí)由一套預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件，根據(jù)被加工工件的需要組裝成的組合夾具；或在多品種小批量生產(chǎn)時(shí)，夾具零件可以更換的成組專用夾具。9.1.2 夾具的作用和組成對(duì)刀塊大圓柱銷菱形銷1夾具的作用 (1) 保證加工精度的穩(wěn)定 (2) 縮短輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 (3) 擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍 (4) 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保證安全生產(chǎn)。2夾具的組成 (1) 定位元件 它與工件的定位基準(zhǔn)相接觸，用于確定工件在夾具中的正確位置。 (2) 夾緊裝

3、置 這是用于夾緊工件的裝置，在切削時(shí)使工件在夾具中保持既定位置。 (3) 對(duì)刀元件 這種元件用于確定夾具與刀具的相對(duì)位置。 (4) 夾具體 這是用于聯(lián)接夾具各元件及裝置，使其成為一個(gè)整體的基礎(chǔ)件。它與機(jī)床相結(jié)合，使夾具相對(duì)機(jī)床具有確定的位置。 (5) 其它元件及裝置 根據(jù)工件的加工要求，有些夾具要有分度機(jī)構(gòu)，銑床夾具還要有定位鍵等。9.2 工件的定位原理 任何一個(gè)自由剛體（工件），在空間直角坐標(biāo)系中均有六個(gè)自由度，即沿三個(gè)互相垂直坐標(biāo)軸的移動(dòng)（用 表示）和繞三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)（用 表示）。要定位，就必須限制這六個(gè)自由度。限制自由度的辦法是采用定位支承。 “六點(diǎn)定位原理” 采用六個(gè)按一定規(guī)則布置的

4、支承點(diǎn)，限制工件的六個(gè)自由度，使工件在機(jī)床或夾具中占有正確的位置。 實(shí)際上工件加工時(shí)并不一定要求限制其全部自由度。工件需要限制的自由度數(shù)由工件形狀和在該工序中的加工要求而定。在定位中可能出現(xiàn)的情況有四種： 1完全定位 ；2不完全定位 ；3欠定位；4過定位 消除過定位的干涉，一般有兩種途徑： （1）提高定位基面之間以及定位元件工作表面之間的位置精度； （2）改變定位元件的結(jié)構(gòu)。 典型定位元件的定位分析 工件的定位面夾 具 的 定 位 元 件平面支承釘定位情況1個(gè)支承釘2個(gè)支承釘3個(gè)支承釘圖示限制的自由度工件的定位面夾 具 的 定 位 元 件平面支承板定位情況一塊條形支承板二塊條形支承板一塊矩形支

5、承板圖示限制的自由度圓圓柱銷定位情況短圓柱銷長圓柱銷兩段短圓柱銷圖示限制的自由度定位情況菱形銷長銷小平面組合短銷大平面組合圖示限制的自由度工件的定位面夾 具 的 定 位 元 件孔圓錐銷定位情況固定錐銷浮動(dòng)錐銷固定錐銷和浮動(dòng)錐銷組合圖示限制的自由度外圓柱面V形塊定位情況一塊短V形塊兩塊短V形塊一塊長V形塊圖示限制的自由度定位套定位情況一個(gè)短定位套兩個(gè)短定位套一個(gè)長定位套圖示限制的自由度圓錐孔錐頂尖和錐度心軸定位情況固定頂尖浮動(dòng)頂尖錐度心軸圖示限制的自由度9.3 工件用夾具定位裝夾時(shí)的基準(zhǔn)位置誤差 設(shè)計(jì)夾具時(shí)，必須根據(jù)工件的加工要求和已確定的定位基面，選擇定位方法及定位元件并分析定位精度。9.3.

6、1 工件以平面定位1定位元件的布置 習(xí)慣上把限制自由度最多的定位基面稱第一定位基面，依次就是第二、第三定位基面?；蛘叻謩e稱為主要定位基面、導(dǎo)向基面和止推基面。 三個(gè)基面的選擇及其定位元件的布置，一般應(yīng)遵守下述原則： （1）主要定位基面（第一定位基面）應(yīng)是工件上最大且較精確的平面。 在主要定位基面范圍內(nèi)布置的支承釘或支承板等定位元件，應(yīng)能限制三個(gè)自由度。（2）導(dǎo)向基面（第二定位基面）應(yīng)選擇工件上窄長的平面，一般布置兩個(gè)定位支承, 限制二個(gè)自由度。 （3）止推基面（第三定位基面）一般選面積較小的面，布置一個(gè)定位支承，限制一個(gè)自由度。 2支承元件的結(jié)構(gòu)形式一般常用的支承元件，已有國家標(biāo)準(zhǔn)，可在機(jī)床夾

7、具手冊(cè)中查找。（1）主要支承 主要支承是指能起限制工件自由度作用的支承，它可分為： 固定支承 可調(diào)支承 自位支承（浮動(dòng)支承）。 固定支承屬于固定支承的定元件有：支承釘和支承板。 可調(diào)支承 支承的高度尺寸在一定范圍內(nèi)可以進(jìn)行調(diào)整。這種支承主要用于下列情況：當(dāng)毛坯質(zhì)量不高，特別是不同批的毛坯尺寸差別較大時(shí)，往往在加工每批毛坯的最初幾件時(shí)，需要按劃線來找正工件的位置；或者在產(chǎn)品系列化的情況下，可用同一夾具加工結(jié)構(gòu)相同而尺寸規(guī)格不同的零件，這時(shí)在夾具上常采用可調(diào)支承。 自位支承（浮動(dòng)支承） 指支承本身的角向位置在工件定位過程中能隨工件定位基面位置變化而自動(dòng)與之適應(yīng)。 （2）輔助支承 輔助支承是在夾具中

8、對(duì)工件不起限制自由度作用的支承。它主要用于提高工件的支承剛性，防止工件因受力產(chǎn)生變形。 輔助支承結(jié)構(gòu)形式 3平面定位時(shí)的基準(zhǔn)位置誤差 由于定位副（工件的定位基準(zhǔn)和定位元件工作表面）的制造誤差或定位方式，引起同批工件中的定位基準(zhǔn)在夾具中的位置的最大變動(dòng)量，稱為基準(zhǔn)位置誤差（用 表示）。 在工件以平面作為主要定位基準(zhǔn)時(shí)，只要定位基面為精基面，夾具上的定位元件工作面又處在同一平面上，則定位基面與定位平面接觸較好，同批工件中的定位基準(zhǔn)的位置基本上是一致的，所以基準(zhǔn)位置誤差很小，可以忽略不計(jì)，即 。當(dāng)工件以粗基準(zhǔn)定位時(shí)，由于通常都不以嚴(yán)格的要求來規(guī)定此平面的精度，在這種情況下也就沒有必要計(jì)算基準(zhǔn)位置誤差

9、。9.3.2工件以圓孔定位工件以圓孔為定位基準(zhǔn)時(shí)，常用的定位元件是各種心軸和定位銷。1間隙配合圓柱心軸 為便于工件的裝卸，孔與心軸采用間隙配合。因孔、軸之間存在間隙，會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)位置誤差，其值可按兩種情況考慮。（1）定位基準(zhǔn)孔與心軸任意接觸 當(dāng)心軸垂直放置，定位孔與心軸可以在任意方向接觸時(shí)，當(dāng)孔徑最大而軸徑最小時(shí)，則定位孔的幾何中心（即定位基準(zhǔn)）在夾具中位置的變動(dòng)量為O1O2，即該種情況下所產(chǎn)生的基準(zhǔn)位置誤差，用 表示，因此： （2）定位基準(zhǔn)孔與心軸固定邊接觸 當(dāng)心軸水平放置時(shí)，因受重力影響或在夾緊力作用下定位孔只能單向位移而與心軸固定邊接觸時(shí)，在孔徑最大（Dmin+ TD） 、軸徑最?。?dm

10、ax Td ）的情況下，孔的中心（即定位基準(zhǔn)）會(huì)下移到O2處；而當(dāng)孔徑最小為Dmin 、軸徑最大為dmax時(shí)，則上移到O1處。在兩種可能的極限情況下，孔中心位置的最大變動(dòng)量，即基準(zhǔn)位置誤差為：2過盈配合圓柱心軸 圓柱心軸中間的定位部分與工件孔用過盈配合。心軸前端有一導(dǎo)向部分，與工件作間隙配合，其作用是使工件易于套上心軸，并在壓入定位部分時(shí)起導(dǎo)向作用。心軸末端是傳動(dòng)部分。心軸兩端都打有中心孔，加工時(shí)安裝在機(jī)床前后頂尖上。 采用過盈心軸，裝卸工件比較費(fèi)時(shí)，但由于孔與軸間無間隙，基準(zhǔn)位置誤差為零，所以定心精度較高。Dmaxd14定位銷 圖為常用的定位銷結(jié)構(gòu)，其中圖a、b、c定位銷大多采用過盈配合直接

11、壓入夾具體孔中，定位銷頭部均有15倒角，以便引導(dǎo)工件套入。當(dāng)定位銷的工作部分直徑d10mm時(shí)，為增加剛性，通常在工作部分的根部倒成大圓角R（a），這時(shí)在夾具體上锪出沉孔，使圓角部分埋入孔內(nèi)，不致妨礙定位。 5圓錐銷 圖為工件以孔在圓錐銷上的定位情況。圖a用于精基準(zhǔn)，圖b用于粗基準(zhǔn)。由于孔與錐銷只能在圓周上作線接觸，工件容易傾斜，為避免這種現(xiàn)象產(chǎn)生。常和其它元件組合定位。9.3.3 工件以外圓柱面定位 工件以外圓作為定位基準(zhǔn)時(shí)，可以在V形塊、圓孔、半圓孔、定心夾緊裝置中定位，其中常用的是在V形塊中定位。1在V 形塊中定位 定位基準(zhǔn)不論是完整的圓柱表面還是局部圓弧面，都可以采用V形塊定位，它的最大

12、特點(diǎn)是對(duì)中性好，即工件定位圓的軸線與V形塊兩斜面對(duì)稱軸線保證重合，不受定位外圓直徑誤差的影響。對(duì)加工表面與外圓軸線有對(duì)稱度要求的工件，常采用V形塊定位。（1）V形塊的結(jié)構(gòu)（2）V 形塊在夾具中的安裝尺寸T V形塊已標(biāo)準(zhǔn)化，有關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸可參照標(biāo)準(zhǔn)選用。在設(shè)計(jì)V形塊時(shí)，主要由設(shè)計(jì)者確定安裝尺寸T。在V形塊上放置有一個(gè)直徑為d的檢驗(yàn)心軸，以檢驗(yàn)心軸的中心O來調(diào)整刀具的位置，而尺寸T就是定位基準(zhǔn)的高度尺寸，標(biāo)注在V形塊的工作圖上，用作檢驗(yàn)V形塊制造和調(diào)整精度的依據(jù)。當(dāng) 為 時(shí)則：T=H+0.707d-0.5N （3）工件以外圓在V形塊上定位時(shí)的基準(zhǔn)位置誤差 在標(biāo)準(zhǔn)V形塊中，夾角規(guī)定有60、90、120

13、三種。一般常選夾角為90的V形塊。 2在圓柱孔中定位 工件以外圓在圓柱孔中定位，與前述的孔在心軸或定位銷上定位情況相似，只是外圓與孔的作用正好對(duì)換。 3在半圓孔中定位 定位元件為切成兩半的定位套，其下半部固定在夾具體上，上半部裝在鉸鏈蓋板上，前者起定位作用，后者起夾緊作用。 半圓孔的定位情況與V形塊的基本相同，但工件與V形塊只有兩條母線接觸，當(dāng)夾緊力大時(shí)，接觸應(yīng)力很大，容易損壞工件表面。 而工件與半圓孔的接觸面積較大，避免了上述缺點(diǎn)。但應(yīng)注意，工件定位直徑精度不應(yīng)低于IT8IT9級(jí)，否則與定位半圓接觸不良，以致實(shí)際上只有一條母線接觸。9.3.4 工件以一面兩孔定位 在實(shí)際生產(chǎn)中，僅用前述的一個(gè)

14、基準(zhǔn)（平面、孔、外圓柱面）定位并不能滿足工藝上的要求，通常要求用一組基準(zhǔn)來進(jìn)行定位，或者說是用幾個(gè)基準(zhǔn)加以組合來定位。采用一組基準(zhǔn)定位時(shí)，最容易出現(xiàn)的問題是過定位。 在加工箱體、殼體等類零件時(shí)，常用一個(gè)平面和兩個(gè)圓柱孔定位。兩個(gè)圓柱孔可以是工件結(jié)構(gòu)上原有的，也可以是為滿足定位需要而專門加工的工藝孔。 圖為一箱體用一面二孔定位。支承板3限制三個(gè)自由度；定位銷1限制二個(gè)自由度，定位銷2限制二個(gè)自由度，被重復(fù)限制產(chǎn)生了過定位。由于一批工件中兩孔及兩銷之間的中心距都在一定公差范圍內(nèi)變動(dòng)，在極限情況下，就有可能使工件兩孔無法套入兩個(gè)定位銷中。為解決此問題，可采用兩種辦法：1減小第二定位銷的直徑 這可使孔

15、與銷之間的間隙增大，用以補(bǔ)償中心距的誤差。 1減小第二定位銷的直徑 假定工件兩個(gè)孔徑最小極限尺寸分別為D1、D2；兩定位銷最大直徑分別為d1、d2 ；銷與孔間最小間隙為兩定位孔中心距及偏差為 ；兩定位銷中心距及偏差為 。當(dāng)在一種極端情況下，即兩定位孔的孔徑及孔心距都是最小極限尺寸，而兩定位銷的直徑及銷心距都是最大極限尺寸時(shí)，仍能保證工件順利裝卸， 則由圖的幾何關(guān)系得：即設(shè)則由上式可知，第二定位銷與孔之間的最小間隙為顯然， 減小后， 值增大，這樣沿X軸移動(dòng)自由度（ ）僅由第一定位銷限制，第二定位銷此時(shí)只起限制一個(gè)自由度（ ）的作用。 這種定位方法產(chǎn)生的基準(zhǔn)位置誤差如下： 由于孔與銷是屬間隙配合，

16、對(duì)單個(gè)孔來說，基準(zhǔn)位置誤差即為孔的中心位置變動(dòng)量，由式計(jì)算；對(duì)兩孔來說，基準(zhǔn)位置誤差為兩孔連心線相對(duì)兩銷連心線偏轉(zhuǎn)時(shí)所造成的轉(zhuǎn)角誤差。當(dāng)定位孔對(duì)定位銷分別作上、下錯(cuò)移時(shí)，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差為： 最大的轉(zhuǎn)角誤差是2 。在工件加工精度不高時(shí)才使用這種方法。 2將第二定位銷作成菱形銷（削邊銷） 只在垂直于連心線方向上保留局部圓柱面，其直徑的基本尺寸與孔徑的相同，公差帶按f7或g6選取，這樣使得孔與銷間的最小間隙減小，從而減小轉(zhuǎn)角誤差。菱形銷的圓柱部分，只限制一個(gè)自由度，其寬度b的計(jì)算式為： 菱形銷結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化 。 作為一面兩孔定位的特例是一面一孔定位，但定位方案應(yīng)依工序要求不同而有所區(qū)別。 9.3.

17、5 節(jié)圓夾具94 工件用夾具裝夾時(shí)的加工誤差分析9.4.1 工件用夾具裝夾時(shí)加工誤差的組成 在調(diào)整好的機(jī)床上加工一批工件時(shí)，造成工件加工誤差的因素很多。如夾具在機(jī)床上的裝夾誤差、工件在夾具中的裝夾誤差、機(jī)床的調(diào)整誤差、刀具的制造和磨損誤差、工藝系統(tǒng)的受力變形和受熱變形的影響、機(jī)床的制造誤差和磨損等。 因此，為了保證加工中不出廢品，就必須滿足下列不等式： 其中由于各誤差的大小和方向都具有隨機(jī)性時(shí)，則合成后的總誤差應(yīng)為。 =此時(shí)，加工精度判定式為： 一般按經(jīng)驗(yàn)取： 9.4.2 定位誤差分析計(jì)算1定位誤差及其產(chǎn)生原因 同批工件在夾具中定位時(shí)，工序基準(zhǔn)位置在工序尺寸方向上的最大變動(dòng)量，稱為定位誤差，以

18、表示 。引起定位誤差的原因?yàn)椋?（1）由基準(zhǔn)不重合誤差引起的定位誤差本例為由 引起的定誤差，應(yīng)注意取其在工序尺寸方向上的分量（投影）即 （2）由基準(zhǔn)位置誤差引起的定位誤差 如V形塊定位，若在工件軸端鉆孔，會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)位置誤差， 同樣在加工工序尺寸方向上的分量（投影），就是引起的定位誤差，即 2定位誤差的分析計(jì)算定位誤差的計(jì)算，一般有兩種方法：（1）用 和 兩項(xiàng)誤差合成法計(jì)算定位誤差 例9-1 在一圓盤形工件在V形塊上定位鉆孔，孔的位置尺寸的標(biāo)注方法假定有三種，其相應(yīng)工序尺寸為A、B、C（圖a），顯然此時(shí)工序基準(zhǔn)分別是外圓中心、上母線和下母線，定位基準(zhǔn)是外圓中心。 對(duì)工序尺寸A，因工序基準(zhǔn)與定位基

19、準(zhǔn)重合， ，又因方向與工序尺寸方向一致，即兩者間的夾角 ，所以 對(duì)工序尺寸B，因工序基準(zhǔn)是外圓上母線，與定位基準(zhǔn)不重合， 和 同時(shí)存在，且兩者方向相同，并與工序尺寸方向一致，因此 對(duì)工序尺寸C，工序基準(zhǔn)為下母線，和同時(shí)存在，但兩者方向正好相反，所以綜合上述三種情況，在與Td相同的條件下，有 例9-2 工件以E、D兩平面為定位基準(zhǔn)銑平面F，要求保證工序尺寸A。工序基準(zhǔn)是孔中心，假定E、D兩平面已經(jīng)精加工，與定位元件接觸良好，可以認(rèn)為，因此只存在基準(zhǔn)不重合誤差。 在極端情況下，即當(dāng)定位尺寸b、都為最大（b+b，c+c）時(shí)，工序基準(zhǔn)在處，獲得工序尺寸Al；若尺寸b變到最?。╞-b），工序基準(zhǔn)則由移到

20、O1,再因尺寸c變到最?。╟-c）， O1又移至O2 ，此時(shí)得工序尺寸A2；得： （2）用微分法計(jì)算定位誤差例如在一軸上銑平面，要求保證的工序尺寸為A，求對(duì)A的定位誤差。由于定位誤差是工序基準(zhǔn)位置在工序尺寸方向上的變動(dòng)量，因此首先把工序基準(zhǔn)與夾具上的C點(diǎn)相連，并找出OC在工序尺寸方向上的分量y，然后由圖示幾何關(guān)系得y的函數(shù)式：對(duì)上式微分，得到： 最后所求定位誤差為： 9.5 工件的夾緊裝置設(shè)計(jì)9.5.1 夾緊裝置的組成及設(shè)計(jì)要求 夾緊裝置的任務(wù)，是保證工件在定位過程中取得的正確位置，不因受切削力、重力或慣性力的作用而發(fā)生變化。夾緊裝置一般由以下幾部分組成： （1）力源裝置。 （2）中間傳力機(jī)構(gòu)

21、。 （3）夾緊元件。設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求：（1）保證加工質(zhì)量。夾緊力的大小應(yīng)適當(dāng)，既保證工件夾緊的可靠性，又使夾緊時(shí)不破壞工件的定位或使工件和夾具上的元件產(chǎn)生不允許的變形。（2）保證生產(chǎn)率。要求夾緊動(dòng)作迅速，與生產(chǎn)率的要求相適應(yīng)。（3）操作方便、省力、安全。（4）具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。 上述要求中的核心問題是如何正確地施加夾緊力。即先要合理確定夾緊力的方向、著力點(diǎn)和大小，然后再選用或設(shè)計(jì)合適的夾緊機(jī)構(gòu)。 9.5.2 正確施加夾緊力1夾緊力的方向（1）夾緊力的方向應(yīng)不破壞工件的準(zhǔn)確定位 （2）夾緊力作用方向應(yīng)指向主要定位基準(zhǔn) 工件以A、B面定位鏜孔K，要求保證軸線與B面垂直，顯然B面

22、是主要定位基準(zhǔn)，主要夾緊力應(yīng)朝向該面。如果壓向A面，則因A、B兩面的夾角有誤差，會(huì)使鏜孔后的孔K不能保證加工要求。 （3）夾緊力的方向應(yīng)與工件剛度最大的方向一致，以減小工件變形 （4）夾緊力的方向盡量與切削力、工件重力的方向一致，以減小夾緊力 這樣可使夾緊裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作省力。假如夾緊力與重力、切削力的方向相反，就需要較大的夾緊力。 2夾緊力的作用點(diǎn) 確定夾緊元件與工件接觸點(diǎn)的位置，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。（1）夾緊點(diǎn)應(yīng)正對(duì)支承元件或位于支承元件所形成的支承面內(nèi)，避免使工件遭受翻轉(zhuǎn)力矩。（2）夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)位于工件剛性最好的部位，以防工件變形。 對(duì)于一些薄壁件，如果必須夾在剛性較差的部位，則采取防止

23、變形措施。如圖c所示，可在壓板下面加一厚度較大的錐面墊圈，使夾緊力均勻地分布在薄壁上。（3）夾緊點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工部位，防止或減小工件的振動(dòng)。3夾緊力的大小 為了保證夾緊的可靠性，選擇合適的夾緊裝置以及確定機(jī)動(dòng)（如氣動(dòng)、液壓等）夾緊裝置的動(dòng)力部件尺寸（如缸孔直徑）時(shí)，一般需要確定夾緊力的大小。在確定夾緊力時(shí)，視工件在切削力、夾緊力、重力和慣性力作用下，出現(xiàn)最不利情況仍處于靜力平衡，然后列出平衡方程式，即可求出理論夾緊力，為使夾緊可靠，應(yīng)再乘以安全系數(shù)K后作為實(shí)際所需的夾緊力。K值在粗加工時(shí)取2.53.5，精加工時(shí)取1.52。 在實(shí)際的夾具設(shè)計(jì)中，并非所有的情況都需要計(jì)算夾緊力。對(duì)于手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)，

24、常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或類比法進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)需要準(zhǔn)確計(jì)算夾緊力時(shí)，常常通過工藝試驗(yàn)來實(shí)測(cè)切削力的大小，然后計(jì)算夾緊力。 9.5.3 典型夾緊機(jī)構(gòu)1斜楔夾緊機(jī)構(gòu)（1）夾緊作用原理（2）斜楔夾緊力的計(jì)算 根據(jù)靜力平衡條件 和 可得 式中、 分別為斜楔與工件及夾具體間的摩擦角； 斜楔升角。一般取 = =6, =610。由此，可將上式變換以后得斜楔的擴(kuò)力比（放大倍數(shù)） （3）斜楔的自鎖條件 夾緊機(jī)構(gòu)一般都要求能自鎖，即當(dāng)原始力Fs撤除后，夾緊機(jī)構(gòu)在摩擦力作用下仍能保持其夾緊狀態(tài)而不松開。要實(shí)現(xiàn)自鎖，必須滿足條件 ，即因?yàn)?都很小，正切函數(shù)具有線性單調(diào)增的性質(zhì)。由此得自鎖條件為（4）斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1）由于擴(kuò)力比i

25、Fj/Fs，故斜楔具有明顯的增力特性。 越小，增力效果越好。2）夾緊行程小。工件要求的夾緊行程h和斜楔移動(dòng)距離S的關(guān)系為： 。增大 角可增加夾緊行程，但影響自鎖性能?？梢圆捎秒p升角的斜楔，即大升角使 h 增大，實(shí)現(xiàn)夾緊元件迅速進(jìn)退；小升角保證夾緊自鎖。3）自鎖性。自鎖條件為 。4）適用范圍：主要作為增力自鎖機(jī)構(gòu)與氣動(dòng)、液壓夾緊裝置組合使用。2螺旋夾緊機(jī)構(gòu)（1）作用原理 螺旋就像繞在圓柱體上的一個(gè)斜楔。轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋，使繞在圓柱體上的斜楔高度發(fā)生變化從而達(dá)到夾緊或放松工件的目的。（2）夾緊力計(jì)算 螺旋可看成是一個(gè)繞在圓柱體上的斜面。此時(shí)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)可以看成是力臂為L和rz（螺紋中徑之半）的杠桿機(jī)構(gòu)與斜

26、楔夾緊機(jī)構(gòu)的組合。此時(shí)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力計(jì)算公式為 （3）螺旋夾緊的特點(diǎn) 螺旋夾緊的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，增力效果突出，自鎖性能好，夾緊行程較大，故在各類夾具中應(yīng)用較廣。缺點(diǎn)是每次夾緊和松開工件時(shí)間較長，效率低。提高效率的措施是使用各種快速螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，如圖所示的壓板4，只要旋松螺釘，便可使壓板4退出，即可裝卸工件。 3偏心夾緊機(jī)構(gòu) 偏心夾緊機(jī)構(gòu)的基本元件為偏心輪，其形式通常有圓偏心和曲線偏心兩種。曲線偏心實(shí)際上屬于凸輪，制造比較復(fù)雜，而圓偏心輪因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，因此應(yīng)用較多。（1）夾緊作用原理圖示圓偏心輪直徑為D，幾何中心為O1，回轉(zhuǎn)中心為O2，偏心距為e。如以O(shè)2為圓心，以（Re）為

27、半徑畫一虛線圓（稱基圓），則圖中的陰影線部分就相當(dāng)于一個(gè)曲線楔繞在基圓盤上。因原始力使圓偏心回轉(zhuǎn)時(shí)，其回轉(zhuǎn)半徑不斷增大，相當(dāng)于把曲線楔逐漸楔緊于基圓和工件之間而把工件壓緊。 （2）幾何特性 在偏心輪夾緊過程中，O2到工件受壓面之間距離h的大小，可由圖示的幾何關(guān)系得 式中 為偏心輪回轉(zhuǎn)角；對(duì)于任意夾緊點(diǎn)x處的升角x，亦由圖求得顯然，x角隨轉(zhuǎn)角而變化在=0或時(shí)，x=0；在接近/2時(shí)，x有最大值。工程上近似認(rèn)為=/2時(shí)，x為最大，即（3）主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)主要是確定偏心量e、偏心輪直徑D及有效工作段的位置。1)偏心量e： 偏心量e主要取決于所需的夾緊行程大小。如果取BC弧為工作段，與B、C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角

28、為b和c。當(dāng)偏心輪從B點(diǎn)轉(zhuǎn)到C點(diǎn)，所形成的h的差值hBC 即為偏心輪的夾緊行程，得確定hBC時(shí)，考慮工件被夾緊處尺寸公差T，裝卸工件方便所需的間隙、行程儲(chǔ)備量以及夾緊機(jī)構(gòu)的變形等，一般取2)圓偏心輪直徑D 直徑D主要取決于自鎖條件。由斜楔夾緊原理可知，保證自鎖的條件是 ，因此只要能使 ，則偏心輪圓周上任何一點(diǎn)都滿足自鎖要求。為了夾緊可靠，通常忽略轉(zhuǎn)角處的摩擦角2，因此得滿足自鎖條件的關(guān)系式為3)圓偏心輪有效工作段的選擇 原則上圓偏心輪整個(gè)半圓OA圓弧都可用作工作段，但這要轉(zhuǎn)動(dòng)180，操作不方便。通常用得最多的是=45135所對(duì)應(yīng)的圓弧工作段，在這段圓弧上x變化較小，夾緊力和自鎖性能都較穩(wěn)定。

29、也有人主張選=75165所對(duì)應(yīng)的圓弧工作段理由是夾緊開始時(shí)x大，夾緊結(jié)束段x小，自鎖性更好。 （4）夾緊力計(jì)算 與單螺旋夾緊機(jī)構(gòu)一樣，也可看成是斜楔和力臂為L和的杠桿機(jī)構(gòu)的組合。斜楔楔入轉(zhuǎn)軸和工件受壓面間且兩面都有摩擦，因此，由斜楔夾緊力計(jì)算式可得圓偏心夾緊力的計(jì)算式（5）圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作迅速。但升角在各夾緊點(diǎn)是不相同的，夾緊行程小，夾緊力不大，因此一般適用于切削負(fù)荷小，且無很大振動(dòng)的場(chǎng)合。 4定心夾緊機(jī)構(gòu) 定心夾緊機(jī)構(gòu)是一種對(duì)工件同時(shí)實(shí)現(xiàn)定心定位和夾緊作用的夾緊機(jī)構(gòu)。該種機(jī)構(gòu)在夾緊過程中能使工件相對(duì)某一軸線或?qū)ΨQ面保持對(duì)稱性或?qū)χ行浴?定心夾緊的實(shí)質(zhì)，在于

30、定心夾緊元件能夠等速趨近或退離，從而使工件定位基面的尺寸偏差對(duì)稱地平均分配在夾緊方向上，而不產(chǎn)生基準(zhǔn)位置誤差。 定心夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式雖然很多，但從工作原理上可以歸納為兩種基本類型。（1）定心夾緊元件以等速移動(dòng)實(shí)現(xiàn)定心夾緊 斜楔式內(nèi)孔定心夾緊機(jī)構(gòu)（2）依靠定心夾緊元件產(chǎn)生均勻彈性變形實(shí)現(xiàn)定心夾緊液性塑料夾具5聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu) 當(dāng)在夾具中需要對(duì)一個(gè)工件上的多個(gè)地方或?qū)Χ鄠€(gè)工件進(jìn)行夾緊時(shí)，往往需要設(shè)置若干個(gè)夾緊元件或裝置。為了簡(jiǎn)化操作，要求從一處施力，能同時(shí)從不同的地方和方向?qū)σ粋€(gè)工件或若干個(gè)工件進(jìn)行夾緊。能實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求的裝置稱為聯(lián)動(dòng)裝置，或叫多點(diǎn)多件夾緊機(jī)構(gòu)。 在設(shè)計(jì)平行聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，必須注意在機(jī)

31、構(gòu)中設(shè)置浮動(dòng)環(huán)節(jié)，避免因工件尺寸誤差造成夾緊元件不能與工件很好接觸而難以將工件夾緊。 9.6 典型機(jī)床夾具的應(yīng)用9.6.1 車床夾具 設(shè)計(jì)車床類夾具時(shí)，應(yīng)注意以下特點(diǎn)和要求： （1）因?yàn)閵A具隨機(jī)床主軸一起回轉(zhuǎn)，所以要求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕且重心盡可能靠近回轉(zhuǎn)軸線，以減小慣性力和回轉(zhuǎn)力矩。（2）應(yīng)有平衡措施消除回轉(zhuǎn)不平衡引起的振動(dòng)現(xiàn)象。（3）夾具上應(yīng)避免有尖角或突出部分，必要時(shí)回轉(zhuǎn)部分外面應(yīng)加護(hù)罩。（4）注意夾具在車床主軸上的定位與連接。夾具與主軸的定位表面之間必須有良好的配合和可靠的聯(lián)接，特別是夾緊裝置的自鎖應(yīng)可靠。 9.6.2 銑床夾具設(shè)計(jì)銑床夾具時(shí)應(yīng)特別注意下列問題：（1）銑削是斷續(xù)切削，當(dāng)余

32、量大時(shí)易引起振動(dòng)，因此銑床夾具的受力元件要有足夠的強(qiáng)度和剛度；夾緊機(jī)構(gòu)提供的夾緊力應(yīng)足夠大，且要求有較好的自鎖性能。（2）當(dāng)需要用對(duì)刀塊來確定刀具和夾具間的正確位置。（3）銑床夾具在機(jī)床上的定位，一般是夾具體底面及其上的兩個(gè)定位鍵來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)刀塊使用示例 定位鍵的結(jié)構(gòu)及其在機(jī)床T型槽中的位置 9.6.3 鉆床夾具 鉆床夾具，也稱鉆模，它是在鉆床上用來鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔時(shí)所使用的一種裝置。 設(shè)計(jì)鉆床夾具時(shí)，有別于其它夾具的是鉆套結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)。 （1）固定式鉆套（2）可換鉆套（3）快換鉆套（4）特殊鉆套9.6.4 鏜床夾具 鏜床夾具（簡(jiǎn)稱鏜模）設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，是必須很好地解決鏜桿的導(dǎo)向，即有關(guān)鏜套的布置方式和鏜套結(jié)構(gòu)型式的選擇和設(shè)計(jì) ：