第5章 夾具設(shè)計(jì)2

5.4機(jī)床夾具夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

夾緊必須保證定位準(zhǔn)確可靠，而不能破壞定位。工件和夾具的變形必須在允許的范圍內(nèi)。夾緊機(jī)構(gòu)必須可靠。夾緊機(jī)構(gòu)各元件要有足夠的強(qiáng)度和剛度，手動夾緊機(jī)構(gòu)必須保證自鎖，機(jī)動夾緊應(yīng)有聯(lián)鎖保護(hù)裝置，夾緊行程必須足夠。夾緊機(jī)構(gòu)操作必須安全、省力、方便、迅速、符合工人操作習(xí)慣。夾緊機(jī)構(gòu)復(fù)雜、自動化程度必須與生產(chǎn)綱領(lǐng)和工廠的條件相適應(yīng)。5.4.1夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求5.4.2夾緊力的確定

圖示夾具，用于對直角支座零件進(jìn)行鏜孔，要求孔與端面A垂直。因此應(yīng)選A面為第一定位基準(zhǔn)，夾緊力Fjl應(yīng)垂直壓向A面。若采用夾緊力Fj2，由于工件A面與B面的垂直度誤差，則鏜孔只能保證孔與B面的平行度，而不能保證孔與A面的垂直度。

夾緊力的方向應(yīng)有利于工件的準(zhǔn)確定位，而不能破壞定位，一般要求主夾緊力應(yīng)垂直于第一定位基準(zhǔn)面。1.夾緊力方向的確定

夾緊力包括方向、作用點(diǎn)和大小三個(gè)要素。

夾緊力的方向應(yīng)與工件剛度高的方向一致，以利于減少工件的變形。如圖示為薄壁套的夾緊，a采用三爪自定心卡盤夾緊，易引起工件的夾緊變形。若鏜孔，內(nèi)孔加工后將有三棱圓形圓度誤差。b為改進(jìn)后的夾緊方式，采用端面夾緊，可避免上述圓度誤差。如果工件定心外圓和夾具定心孔之間有間隙，會產(chǎn)生定心誤差。

夾緊力的方向盡可能與切削力、重力方向一致，有利于減小夾緊力。如圖示，a的情況是合理的，b則不盡合理。2.夾緊力作用點(diǎn)的選擇

夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)與支承點(diǎn)“點(diǎn)對點(diǎn)”對應(yīng)，或在支承點(diǎn)確定的區(qū)域內(nèi)，以避免破壞定位或造成較大的夾緊變形。如圖示，兩種情況均破壞了定位。

夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)選擇在工件剛度高的部位。如圖示，a的情況可造成工件薄壁底部較大的變形，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)為b。

夾緊力的作用點(diǎn)和支承點(diǎn)盡可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的剛度和抗振性。如圖示，在切削部位增加了輔助支承和輔助夾緊。

夾緊力的反作用力不應(yīng)使夾具產(chǎn)生影響加工精度的變形。如圖示，a的情況，工件對夾緊螺桿3的反作用力使導(dǎo)向支架2變形，從而產(chǎn)生鏜套4的導(dǎo)向誤差。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)為b，夾緊力的反作用力不再作用在導(dǎo)向支架2上。3.夾緊力大小的確定

夾緊力大小需要準(zhǔn)確的場合，一般可經(jīng)過實(shí)驗(yàn)來確定。也可以計(jì)算。通常由于切削力本身是估算的，工件與支承件間的摩擦系數(shù)也是近似的，因此夾緊力也是粗略估算。

上圖是一種簡單的斜楔夾緊機(jī)構(gòu)。向右推動斜楔1，使滑柱2下降，滑柱上的擺動壓板3同時(shí)壓緊兩個(gè)工件4。下圖是受力分析圖。有式中，W為產(chǎn)生的夾緊力，Q原動力，φ1、φ2為摩擦角，α為斜楔的楔角。為使手動夾緊時(shí)能自鎖，α=6°～8°；采用螺旋機(jī)構(gòu)，偏心機(jī)構(gòu)或氣動，液動推動斜楔時(shí)，α可大一些。斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是有一定的擴(kuò)力作用，可以方便地使力的方向改變90°，缺點(diǎn)是α較小，行程要長。5.3.3常用夾緊機(jī)構(gòu)1.斜楔夾緊機(jī)構(gòu)

螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是手動夾緊機(jī)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的一種，左下圖為螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的兩個(gè)例子。右下圖為螺桿受力分析圖。有：螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：擴(kuò)力比可達(dá)80以上，自鎖性好，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適應(yīng)性強(qiáng)。其缺點(diǎn)是動作慢，操作強(qiáng)度大。2.螺旋夾緊機(jī)構(gòu)3.偏心夾緊機(jī)構(gòu)

偏心夾緊的偏心輪已標(biāo)準(zhǔn)化。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，動作迅速。缺點(diǎn)是自鎖性能差，夾緊行程和增力比小。

偏心夾緊機(jī)構(gòu)是靠偏心輪回轉(zhuǎn)時(shí)其半徑逐漸增大而產(chǎn)生夾緊力來夾緊工件，左下圖為三種偏心夾緊機(jī)構(gòu)。偏心夾緊原理與斜楔夾緊機(jī)構(gòu)靠斜面高度增高而產(chǎn)生夾緊相似，只是斜楔的楔角不變，而偏心輪的楔角是變化的，右下圖是偏心輪展開圖。有：5.4.4其它夾緊機(jī)構(gòu)1.鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)

鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是動作迅速，增力比大，易于改變力的作用方向。缺點(diǎn)是自鎖性能差。一般常用氣動、液動夾緊。設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行受力分析、運(yùn)動分析和參數(shù)分析計(jì)算?？紤]設(shè)置必要的浮動、調(diào)整環(huán)節(jié)。鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例見下面圖示。2.定心夾緊機(jī)構(gòu)

定心夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般有以下兩種原理。定位——夾緊元件按等速位移原理實(shí)現(xiàn)工件定心或?qū)χ?。下圖為錐面定心夾緊心軸。

下圖示為螺旋定心夾緊機(jī)構(gòu)。

定位——夾緊元件按均勻彈性變形原理來實(shí)現(xiàn)定心夾緊。如各種彈性心軸，彈性筒夾，液性塑料夾頭等。圖示為彈性夾頭的結(jié)構(gòu)。3.聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)

在夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常常遇到工件需要多點(diǎn)同時(shí)夾緊，或多個(gè)工件同時(shí)夾緊，有時(shí)需要使工件先可靠定位再夾緊或者先鎖定輔助支承再夾緊等等。為了操作方便、迅速、提高生產(chǎn)率，減輕勞動強(qiáng)度，可采用聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)。圖示為三種多點(diǎn)聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)。

圖示為多工件聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)。

圖示為夾緊與輔助支承聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)。

圖示為先定位與后夾緊聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)。

設(shè)計(jì)聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn):l）由于聯(lián)動機(jī)構(gòu)動作和受力情況比較復(fù)雜，應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行運(yùn)動分析和受力分析，以確保設(shè)計(jì)意圖能夠?qū)崿F(xiàn)。

2）在聯(lián)動機(jī)構(gòu)中要充分注意在哪些地方設(shè)置浮動環(huán)節(jié)，如鉸鏈，球面墊等，要注意浮動的方向和浮動量的大小，要注意設(shè)置必要的調(diào)整環(huán)節(jié)，保證各處夾緊均衡，運(yùn)動不發(fā)生干涉。

3）各壓板都能很好地松夾，以便裝卸工件。

4）要注意整個(gè)機(jī)構(gòu)和傳動受力環(huán)節(jié)的強(qiáng)度和剛度。

5）聯(lián)動機(jī)構(gòu)不要設(shè)計(jì)得太復(fù)雜，注意提高可靠性，降低制造成本。5.4.5夾緊機(jī)構(gòu)的動力裝置

在大批大量生產(chǎn)中往往采用機(jī)動夾緊，如氣動、液動、電磁和真空夾緊等。機(jī)動夾緊可以克服手動夾緊的缺點(diǎn)，提高生產(chǎn)率，還有利于實(shí)現(xiàn)自動化。1.氣動夾緊裝置

采用壓縮空氣作為夾緊裝置的動力源。典型的氣壓傳動系統(tǒng)如圖示。

固定式氣缸和固定式液壓缸相類似?；剞D(zhuǎn)式氣缸與氣動卡盤如圖示，它是用于車床夾具的，由于氣缸和卡盤隨主軸回轉(zhuǎn)，還需要一個(gè)導(dǎo)氣接頭。5.5.2液壓夾緊裝置

液壓夾緊裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)基本上與氣動夾緊裝置相似，它與氣動夾緊裝置相比有下列優(yōu)點(diǎn)：壓力油工作壓力可達(dá)6MPa，因此液壓缸尺寸小，不需增力機(jī)構(gòu)，夾緊裝置緊湊。5.5.3氣-液聯(lián)合夾緊裝置

所謂氣-液聯(lián)合夾緊裝置是利用壓縮空氣為動力，油液為傳動介質(zhì)，兼有氣動和液壓夾緊裝置的優(yōu)點(diǎn)。圖示的氣液增壓器，就是將壓縮空氣的動力轉(zhuǎn)換成較高壓力的液體，供應(yīng)夾具的夾緊液壓缸。

壓力油具有不可壓縮性，因此夾緊裝置剛度大、工作平穩(wěn)可靠。液壓夾緊裝置噪聲小。

其缺點(diǎn)是需要有一套供油裝置，成本要相對高一些。因此適用于具有液壓傳動系統(tǒng)的機(jī)床和切削力較大的場合。5.5.4其它動力裝置1.真空夾緊

真空夾緊是利用工件上基準(zhǔn)面與夾具上定位面間的封閉空腔抽取真空后來吸緊工件，或者就是利用工件外表面上受到的大氣壓力來壓緊工件的。真空