1、課題四課題四 夾緊裝置與對刀導向裝置的設計夾緊裝置與對刀導向裝置的設計 -夾緊部分夾緊部分知識點知識點技能點技能點l了解了解夾緊裝置的組成和設計要求夾緊裝置的組成和設計要求l掌握夾緊力確定的基本原則掌握夾緊力確定的基本原則l夾緊裝置的組成和設計要求夾緊裝置的組成和設計要求l夾緊力確定的基本原則夾緊力確定的基本原則l典型的夾緊機構典型的夾緊機構課題分析課題分析夾緊是工件裝夾過程中的重要組成部分。工件定位夾緊是工件裝夾過程中的重要組成部分。工件定位后必須通過一定的機構產生夾緊力，把工件壓緊在定位后必須通過一定的機構產生夾緊力，把工件壓緊在定位元件上，使其保持準確的定位位置，不會由于切削力、元件上，

2、使其保持準確的定位位置，不會由于切削力、工件重力、離心力或慣性力等的作用而產生位置變化和工件重力、離心力或慣性力等的作用而產生位置變化和振動，夾緊力既不能太大，也不能太小，這種產生夾緊振動，夾緊力既不能太大，也不能太小，這種產生夾緊力的機構稱為夾緊裝置。夾緊機構在設計和使用過程中，力的機構稱為夾緊裝置。夾緊機構在設計和使用過程中，既要保證加工質量，又要講究效率和經濟性，因此學習既要保證加工質量，又要講究效率和經濟性，因此學習常用夾緊機構、夾緊機構的設計和選用是十分重要的。常用夾緊機構、夾緊機構的設計和選用是十分重要的。 工件定位后將其固定，使其在加工過程中工件定位后將其固定，使其在加工過程中保

3、持定位位置不變的裝置，稱為夾緊裝置。保持定位位置不變的裝置，稱為夾緊裝置。圖圖 夾緊裝置組成示例夾緊裝置組成示例 1氣缸（動力裝置）氣缸（動力裝置）2壓板（夾緊機構）壓板（夾緊機構）3彈簧銷彈簧銷 4偏心輪偏心輪 5調整螺釘調整螺釘4-1 夾緊裝置的組成和設計要求夾緊裝置的組成和設計要求 由動力裝置、夾緊由動力裝置、夾緊機構及中間傳力裝置機構及中間傳力裝置組成。組成。1.夾緊裝置的組成夾緊裝置的組成 動力裝置：產生夾緊作用力的裝置動力裝置：產生夾緊作用力的裝置, ,通常指氣缸、油缸、活塞、通常指氣缸、油缸、活塞、電磁裝置等。電磁裝置等。 傳力機構：傳遞力的機構，其作用是：改變作用力的方向；改傳

4、力機構：傳遞力的機構，其作用是：改變作用力的方向；改變作用力的大小；具有一定的自鎖性能，以保證夾緊可靠。如變作用力的大小；具有一定的自鎖性能，以保證夾緊可靠。如斜楔、連桿、鉸鏈等。斜楔、連桿、鉸鏈等。 （介于力源和夾緊元件之間）：（介于力源和夾緊元件之間）： 夾緊機構：它是直接與工件接觸完成夾緊作用的元件。如壓板、夾緊機構：它是直接與工件接觸完成夾緊作用的元件。如壓板、螺栓等。螺栓等。1. 1. 夾緊裝置的組成夾緊裝置的組成夾緊裝置的組成夾緊裝置的組成1氣缸氣缸 2斜楔斜楔 3滾子滾子 4壓板壓板 5工件工件 1）夾緊時不能破壞工件在夾具中占有的）夾緊時不能破壞工件在夾具中占有的正確位置；正確

5、位置； 2）夾緊力要適當，既要保證工件在加工）夾緊力要適當，既要保證工件在加工過程中不移動、不轉動、不振動，又不因過程中不移動、不轉動、不振動，又不因夾緊力過大而使工件表面損傷、變形；夾緊力過大而使工件表面損傷、變形； 3）夾緊機構的操作應安全、方便、迅速、）夾緊機構的操作應安全、方便、迅速、省力；省力； 4）結構應盡量簡單，制造、維修要方便。）結構應盡量簡單，制造、維修要方便。2 2 對夾緊裝置的設計要求對夾緊裝置的設計要求 夾緊力（三要素：大小、方向、作用點）夾緊力（三要素：大小、方向、作用點） 傳力方式（手動、氣動、液力、電力等）傳力方式（手動、氣動、液力、電力等） 夾緊機構（增力、快速

6、、機動等）夾緊機構（增力、快速、機動等）3 3 設計夾具時應考慮的問題設計夾具時應考慮的問題夾緊力的確定包括夾緊力的大小、方向和夾緊力的確定包括夾緊力的大小、方向和作用點三個要素。作用點三個要素。4-2 4-2 夾緊力確定的基本原則夾緊力確定的基本原則 夾緊力的方向應使定位基面與定位元件夾緊力的方向應使定位基面與定位元件接觸良好，以保證工件定位準確可靠；接觸良好，以保證工件定位準確可靠； 夾緊力的方向應與工件剛度最大的方向夾緊力的方向應與工件剛度最大的方向一致，以減小工件變形；一致，以減小工件變形； 夾緊力的方向應盡量與工件受到的切削夾緊力的方向應盡量與工件受到的切削力、重力等的方向一致，以減

7、小夾緊力。力、重力等的方向一致，以減小夾緊力。1 1 夾緊力方向的確定夾緊力方向的確定 應有利于工件的準確定位，而不能破壞定位。一般應有利于工件的準確定位，而不能破壞定位。一般要求主要夾緊力方向應垂直指向主要定位基準面；要求主要夾緊力方向應垂直指向主要定位基準面；圖圖 夾緊力垂直指向主要支承面夾緊力垂直指向主要支承面Qa不 合 理合 理QBQAQ鏜孔軸線與鏜孔軸線與A A面要求垂直的夾緊方案比較面要求垂直的夾緊方案比較夾緊力的方向應是工件剛性較大的方向，以減小夾緊力的方向應是工件剛性較大的方向，以減小工件變形。工件變形。此外，在確定夾緊力方向時還要考慮加工方便、加工此外，在確定夾緊力方向時還要

8、考慮加工方便、加工可行、易于自動化等。可行、易于自動化等。徑向夾緊，工件易變性徑向夾緊，工件易變性軸向夾緊，工件剛度大軸向夾緊，工件剛度大結論：夾緊力的方向應是工件剛度較高的方向結論：夾緊力的方向應是工件剛度較高的方向 主夾緊力最好與主夾緊力最好與切削力切削力、重力重力方向一致，使所需夾方向一致，使所需夾緊力盡可能小。緊力盡可能小。夾緊力大小與夾緊力方向直接有關，在考慮夾緊夾緊力大小與夾緊力方向直接有關，在考慮夾緊方向時，夾緊力越小越好。方向時，夾緊力越小越好。QQ結論：有利于減小夾緊力的大小結論：有利于減小夾緊力的大小 。2 2 夾緊力夾緊力作用點作用點的選擇的選擇指在夾緊力作用方向已定的情

9、況下，確定夾緊元件與指在夾緊力作用方向已定的情況下，確定夾緊元件與工件接觸點的位置和接觸點的數目。工件接觸點的位置和接觸點的數目。確定夾緊力作用點的原則確定夾緊力作用點的原則有三點：有三點：夾緊力的作用點應正對支承元件或位于支承元件所夾緊力的作用點應正對支承元件或位于支承元件所形成的支承平面內；形成的支承平面內；夾緊力的作用點應位于工件剛性較好的部位。夾緊力的作用點應位于工件剛性較好的部位。夾緊力的作用點應盡量靠近加工面，以減小切削力夾緊力的作用點應盡量靠近加工面，以減小切削力對夾緊點的力矩，防止或減小工件的加工振動或彎曲對夾緊點的力矩，防止或減小工件的加工振動或彎曲變形。變形。夾緊力作用點應

10、正對支承點或支承面以內，避免工夾緊力作用點應正對支承點或支承面以內，避免工件翻轉；件翻轉；夾緊力作用點的位置夾緊力作用點的位置Q合理不合理Q夾緊力作用點應落在工件剛性較好的部位，增加、夾緊力作用點應落在工件剛性較好的部位，增加、均布作用點，以減小工件的夾緊變形；均布作用點，以減小工件的夾緊變形；夾緊力作用點的位置對比夾緊力作用點的位置對比應盡量減小夾緊變形：增大受力面積，合理布置作用點應盡量減小夾緊變形：增大受力面積，合理布置作用點3.3.夾緊力夾緊力大小大小的確定的確定要防止加工時松動要防止加工時松動使工件受壓變形小，剛性差的工件應均勻加壓使工件受壓變形小，剛性差的工件應均勻加壓機動夾緊時應

11、計算夾緊力的大小，以理論夾緊機動夾緊時應計算夾緊力的大小，以理論夾緊力乘以安全系數力乘以安全系數K K 由于實際加工中切削力是一個變值，并且計算切削力大小的公式也與實際不可能完全一致，故夾緊力不可能通過這種計算而得到準確的結果。 思路：首先，根據加工條件和安裝方式，合理選擇夾緊力方向和作用點；其次，將夾具和工件看成一個剛性系統，找出加工過程中最不利的狀態，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力再乘以安全因數K作為實際夾緊力。 生產中也可根據一定生產經驗用類比的方法估算夾緊力，如果是一些關鍵性的夾具，則往往還需要通過試驗的方法來確定所需要的夾緊力。夾緊力的確定夾緊力的確定 夾緊力三要素的確定，是一個綜合

12、性問夾緊力三要素的確定，是一個綜合性問題，必須考慮工件的結構特點、加工工題，必須考慮工件的結構特點、加工工藝方法、定位元件的結構和布置等多種藝方法、定位元件的結構和布置等多種因素。因素。4-3 典型的夾緊機構典型的夾緊機構工件定位后，為了防止工件由于受切削力等外力的作用而產工件定位后，為了防止工件由于受切削力等外力的作用而產生位移，而將其夾牢緊固的機構稱為夾緊機構。它是將動力生位移，而將其夾牢緊固的機構稱為夾緊機構。它是將動力源的作用力轉化為夾緊力的機構。源的作用力轉化為夾緊力的機構。常用的夾緊機構有常用的夾緊機構有1 斜楔（楔塊）夾緊機構斜楔（楔塊）夾緊機構工作原理：利用楔塊的斜面將楔塊的推

13、力轉變為夾工作原理：利用楔塊的斜面將楔塊的推力轉變為夾緊力，從而夾緊工件。緊力，從而夾緊工件。夾緊力的計算夾緊力的計算F（X）=0 Q=F1+Rx F1=wtg1Rx=wtg(+2)Q=wtg1+wtg(+2)w- -斜楔對工件的夾緊力；斜楔對工件的夾緊力；- -斜楔升角；斜楔升角；Q- 加在斜楔上的作用力；加在斜楔上的作用力；1- -斜楔與工件間的摩擦角；斜楔與工件間的摩擦角；2-斜楔與夾具體間的摩擦角。斜楔與夾具體間的摩擦角。12Qwtgtg自鎖條件自鎖條件F1RxF1=wtg1 Rx=wtg(-2)又又、1、2很小很小tg11tg(-2)-21-21+2斜楔自鎖條件：斜楔的升角小于斜楔與

14、斜楔自鎖條件：斜楔的升角小于斜楔與工件、斜楔與夾具體之間的摩擦角之和。工件、斜楔與夾具體之間的摩擦角之和。為安全可靠，手動時取為安全可靠，手動時取 =6 68 8機動時機動時( (氣動、液動氣動、液動) )可不考慮自鎖可不考慮自鎖, ,取取 =15153030。自鎖:工件夾緊后，當人力的作用停止后，夾具的夾緊裝置仍能保持可靠的夾緊，這種現象稱自鎖。 增力比與夾緊行程增力比與夾緊行程1.夾緊力與作用力之比稱為夾緊力與作用力之比稱為增力比增力比Q/W 。2.hstga夾緊行程夾緊行程斜楔移動距離斜楔移動距離S S受到斜楔長度的限制，要增大受到斜楔長度的限制，要增大h h，就得增大，就得增大，而斜角

15、太大，便不能自鎖。而斜角太大，便不能自鎖。夾緊特點：夾緊特點： 1.結構簡單，但操作不便，夾緊和松開均需敲擊結構簡單，但操作不便，夾緊和松開均需敲擊2.楔塊夾緊行程小，楔塊夾緊行程小，h/s=tana，故，故h遠小于遠小于s 3.有增力作用。有增力作用。 一般擴力比一般擴力比Q/ /W3。 4.自鎖性能好自鎖性能好 楔塊材料：通常用楔塊材料：通常用20鋼滲碳，淬硬鋼滲碳，淬硬5862HRC 偏心輪、凸輪、螺釘為楔塊的變種偏心輪、凸輪、螺釘為楔塊的變種 主要用于機動加緊，且毛坯質量較高的場合。主要用于機動加緊，且毛坯質量較高的場合。 工作原理：類似楔塊，螺旋相當于斜楔繞在工作原理：類似楔塊，螺旋

16、相當于斜楔繞在圓柱體上形成，所以夾緊工件仍是楔緊作用。圓柱體上形成，所以夾緊工件仍是楔緊作用。 2 2 螺旋夾緊機構螺旋夾緊機構 夾緊特點：夾緊特點： 結構簡單，增力比大，容易制造；結構簡單，增力比大，容易制造； 夾緊可靠，自鎖性能好，夾緊力和夾緊行夾緊可靠，自鎖性能好，夾緊力和夾緊行程都較大；程都較大； 夾緊動作慢，適合手動夾緊，常伴有快撤夾緊動作慢，適合手動夾緊，常伴有快撤裝置（如開口墊圈）。裝置（如開口墊圈）。1) 單個螺旋夾緊機構圖 4-30 螺旋夾緊機構圖4-30(a)、(b)所示是直接用螺釘或螺母夾緊工件的機構，稱為單個螺旋夾緊機構。在圖(a)中，螺釘頭直接與工件表面接觸，螺釘轉動

17、時可能損傷工件表面或帶動工件旋轉。 克服這一缺點的方法是在螺釘頭部裝上如圖4-31所示的擺動壓塊。當擺動壓塊與工件接觸后，由于壓塊與工件間的摩擦力矩大于壓塊與螺釘間的摩擦力矩，因而壓塊不會隨螺釘一起轉動。圖4-31(a)中所示的壓塊端面是光滑的，用于夾緊已加工表面; 圖4-31(b)中所示的端面有齒紋，用于夾緊毛坯面; 圖 4-31 擺動壓板1-夾緊軸; 2、5-手柄; 3-擺動壓塊; 4-螺母; 6-補償塊手柄圖 4-32 快速螺旋夾緊機構為克服單個螺旋夾緊機構夾緊動作慢、工件裝卸費時的缺點，常采用各種快速接近、退離工件的方法。圖4-32列出了常見的幾種快速螺旋夾緊機構。圖 4-33 螺旋壓

18、板夾緊機構中，螺旋壓板的使用是非常普遍的。2) 2) 螺旋壓板機構螺旋壓板機構圖4-33所示是幾種常見的螺旋壓板的典型結構。其中圖(a)、(b)是移動壓板，在這兩種機構中，其施力螺釘位置不同：圖(a)為螺釘夾緊方式，可通過壓板的移動來調整壓板的杠桿比，實現增大夾緊力和夾緊行程的目的; 圖(b)為螺母夾緊方式，夾緊力小于作用力，主要用于夾緊力不大和夾緊行程需調節的場合; 圖(c)為回轉壓板，使用方便； 圖(d)是鉸鏈壓板機構，主要用于增大夾緊力的場合。 工作原理：用偏心件直接或間接夾緊工件的機構，稱為偏心夾緊機構。 靠偏心輪回轉時回轉半徑變大而產生夾緊作用。可看成楔角連續變化的斜楔機構。偏心壓板

19、夾緊機構偏心壓板夾緊機構1 1墊板墊板 2 2手柄手柄 3 3偏心輪偏心輪 4 4軸軸 5 5壓板壓板3 3 偏心夾緊機構偏心夾緊機構圖 4-36 偏心輪工作原理O1為偏心輪的幾何中心，O2為回轉中心。若以回轉中心O2為圓心，r為半徑畫圓(虛線圓)，這個圓所表示的部分可以稱作“基圓盤”，偏心輪剩余部分是對稱的兩個弧形楔。當偏心輪繞回轉中心O2順時針方向旋轉時，相當于一個弧形楔逐漸楔入“基圓盤”和工件之間，從而夾緊工件。所以，偏心夾緊的自鎖條件與斜楔夾緊應該是相同的。 偏心夾緊必須保證自鎖條件，否則就不能應用。偏心夾緊必須保證自鎖條件，否則就不能應用。 D/e值反映了偏心輪的偏心特性，它可用來表

20、值反映了偏心輪的偏心特性，它可用來表示偏心輪工作的可靠性；此值大，自鎖性能好，示偏心輪工作的可靠性；此值大，自鎖性能好，但結構尺寸也大。但結構尺寸也大。一般滿足偏心輪一般滿足偏心輪D/e1420的條件時，機構即的條件時，機構即能自鎖。能自鎖。自鎖條件：自鎖條件：D/e 1420偏心輪材料：偏心輪材料：20鋼或鋼或20Cr；表面滲碳淬火；表面滲碳淬火5560HRC，磨光、發藍，磨光、發藍 偏心夾緊機構操作方便，夾緊迅速，缺點是夾緊力和夾緊行程都小，一般用于切削力不大、 振動小、沒有離心力影響的加工中。 圓偏心輪結構已經標準化，設計時可參考機床夾具設計手冊。在設計偏心輪機構時，應注意以下三個問題：

21、在設計偏心輪機構時，應注意以下三個問題：a）自鎖條件；）自鎖條件；b）保證足夠的夾緊力；）保證足夠的夾緊力；c）保證足夠的夾緊距離（指偏心輪工作部分）保證足夠的夾緊距離（指偏心輪工作部分與工作間接觸點的最大垂直位移）。與工作間接觸點的最大垂直位移）。缺點：缺點：自鎖性能差。自鎖性能差。4 鉸鏈夾緊機構鉸鏈夾緊機構優點：優點：動作迅速，增力比動作迅速，增力比大，并易于改變力大，并易于改變力的作用方向。的作用方向。多用于機動夾緊機構中。多用于機動夾緊機構中。5 定心夾緊機構定心夾緊機構 定心夾緊結構是一種利用定位夾緊元件等速定心夾緊結構是一種利用定位夾緊元件等速移動或彈性變形來保證工件準確定心或對

22、中的移動或彈性變形來保證工件準確定心或對中的裝置。裝置。 定心夾緊機構：定位和夾緊同時實現的夾緊機定心夾緊機構：定位和夾緊同時實現的夾緊機構。構。 特點：使工件的定位和夾緊過程同時完成，特點：使工件的定位和夾緊過程同時完成，而定位元件與夾緊元件合二為一。而定位元件與夾緊元件合二為一。 三爪卡盤就是一種定心夾緊裝置。 為提高生產率，減輕工人的勞動強度，機床夾具經常采用聯動夾緊機構和鉸鏈夾緊機構，一次操作就能同時多點夾緊一個工件或同時夾緊幾個工件。聯動夾緊機構可以簡化操作，簡化夾具結構，節省裝夾時間。 聯動夾緊機構可分為單件聯動夾緊機構和多件聯動夾緊機構。前者對一個工件進行多點夾緊，后者能同時夾緊

23、幾個工件。 原理：利用一個原始作用力實現單件或多件的多點、多向同時夾緊的機構。6 6 聯動夾緊機構聯動夾緊機構4-4 夾緊機構的動力源裝置夾緊機構的動力源裝置1）氣動夾緊氣動夾緊 包括三個部分：第一部分為氣源，第二部分為控包括三個部分：第一部分為氣源，第二部分為控制部分，第三部分為執行部分。制部分，第三部分為執行部分。2）液壓夾緊）液壓夾緊 液壓夾緊是利用液壓油為工作介質來傳力的一種液壓夾緊是利用液壓油為工作介質來傳力的一種裝置。它與氣動夾緊比較，具有夾緊力穩定、吸收振裝置。它與氣動夾緊比較，具有夾緊力穩定、吸收振動能力強等優點，但結構比較復雜、制造成本高，因動能力強等優點，但結構比較復雜、制造成本高，因此適用于大量生產。液壓夾緊的傳動系統與普通氣壓此適用于大量生產。液壓夾緊的傳動系統與普通氣壓系統類似。系統類似。 3）氣）氣- -液組合夾緊液組合夾緊 氣氣- -液組合夾緊的動力源