《機床夾具設計》教案課程名稱學習任務§3.2分析夾緊力教學時數2上課日期周次審批教學班級授課教師2021.11.1學習項目描述圖3-2-1所示銑削工件，切削力為F，工件與導向支承間的摩擦系數為f，切削力到支承5的距離為L，支承2、支承6到支承5的距離分別L1、L2，工件重力及壓板與工件之間的摩擦力可以忽略不計。試分析銑削平面時夾緊力夾緊力的方向與作用點的合理性，并估算所需的夾緊力FW的大小。1—壓板；2、6—導向支承；3—工件；4—銑刀；5—止推支承圖3-2-1銑削工件圖學習目標1.能分析夾緊力方向選擇合理性。2.能分析夾緊力作用點選擇合理性。3.能計算較簡單夾緊力。學生情況分析學習重點能分析夾緊力方向、作用點選擇合理性。學習難點計算夾緊力。教學方法任務驅動場地與資源場地：機床夾具學習工作站資源：《機床夾具設計》學材，學生學習工作頁，課件，專用夾具及多媒體教學設備學習內容及教學組織流程§3.2分析夾緊力§3.2.1導入與任務分析§3.2.2相關知識與案例學習夾緊力的三要素選擇夾緊力的方向選擇夾緊力作用點估算夾緊力大小§3.2.3項目實施§3.2.4小組展示與項目講評§3.2.5總結與拓展評價方法從課堂表現、課堂作業、課后作業等三個方面測評，課堂表現主要是回答問題、紀律等；課堂作業以小組合作方式完成，并進行展示、評價。課后作業由教師批改。課后記

§3.2分析夾緊力§3.2.1導入與任務分析夾緊機構通過施加夾緊力對工件進行夾緊。那么如何選擇夾緊力方向、作用點？如何估算工件加工所需夾緊力的大小呢？這就是本次課學習的內容。【項目描述】圖3-2-1所示銑削工件，切削力為F，工件與導向支承間的摩擦系數為f，切削力到支承5的距離為L，支承2、支承6到支承5的距離分別L1、L2，工件重力及壓板與工件之間的摩擦力可以忽略不計。試分析銑削平面時夾緊力夾緊力的方向與作用點的合理性，并估算所需的夾緊力FW的大小。1—壓板；2、6—導向支承；3—工件；4—銑刀；5—止推支承圖3-2-1銑削工件圖【項目分析】完成該任務首先應夾緊力的三要素，然后分析夾緊力的方向、作用點，最后能估算夾緊力的大小。§3.2.2相關知識與案例學習夾緊力的三要素夾緊力是夾緊元件對工件的作用。夾緊力是矢量，包含力的大小、方向、作用點三個要素。夾緊力用字母Fw表示，其圖示可用帶箭頭線段表示，長短表示力的大小，箭頭所指方向為夾緊力的方向，作用點用箭頭或箭尾表示。夾緊力確定的總體要求：穩、牢、小。選擇夾緊力的方向夾緊力的方向主要和工件定位基準的配置以及工件所受外力的作用方向有關。確定方向時應遵循以下原則：（一）夾緊力應垂直于主要定位基準面在夾緊力作用下，應保證工件主要定位基準面與定位元件可靠接觸。圖3-2-1夾緊力垂直于定位基準面夾緊力的方向應有利于減小夾緊力當夾緊力和切削力、工件重力同向時，加工過程中所需的夾緊力最小。圖3-2-3夾緊力與切削力、重力反向（三）夾緊力施加的方向應是工件剛度較高的方向盡可能可避免工件發生嚴重變形。圖3-2-4夾緊力方向圖3-2-5夾緊力方向優劣選擇夾緊力作用點夾緊力作用點選擇，主要影響工件夾緊時的定位穩定性和夾緊后的剛性。確定作用點時應遵循以下原則：（一）夾緊力的作用點應落在支承元件上或落在幾個支承所形成的支承面內圖3-2-5夾緊力作用點的選擇夾緊力的作用點落在幾個支承所形成的支承面內時，應盡可能靠近支承面的幾何中心，這樣可使夾緊力均勻地分布在定位基準面和定位元件的整個接觸面上。夾具力的作用點應位于工件剛性較好的部位可以減小工件的夾緊變形。圖3-2-6夾緊力作用點應位于工件剛性好的部位（三）夾具力的作用點應盡量靠近加工表面可以減小切削力對夾緊點的力矩，減小工件加工時的振動或彎曲變形。圖3-2-6夾緊力作用點應盡量靠近加工表面估算夾緊力大小工件夾緊時所需夾緊力的大小，不僅與加工時作用在工件上的切削力相關，同時還工件的定位方案等因素有關，夾緊力大小的精確計算是很復雜的。因此，實際設計中常采用估算法、類比法和試驗法來確定所需的夾緊力。估算法：靜力平衡原理計算出理論夾緊力，再乘以安全系數。即，FWK=KFW（3－6）式中，FW—按工件受靜力平衡所需要的夾緊力；FWK—實際夾緊力；K——安全系數。K一般取1.5~3；用于粗加工取K=2.5~3，用于精加工取K=1.5~2。類比法：與生產部門中相類似切削條件的夾緊裝置的應用情況相比較，來大致確定所需夾緊裝置的主要規格。試驗法：通過切削試驗，來進一步驗證夾緊力?！纠?－2－1】如下圖所示，主切削力為Fz，工件與三爪之間摩擦系數為f,加工工件較短，求車削時所需的夾緊力。解：根據靜力平衡條件并考慮安全系數，需要每一個卡爪實際輸出的夾緊力為：當d≈d0時，（一）斜楔夾緊機構如圖所示斜楔夾緊機構，分析該斜楔夾緊機構所能產生的夾緊力FW。圖3-2-8斜楔夾緊機構圖3-2-9斜楔夾緊受力分析根據靜力平衡條件得:F1+FRX=FQF1=FWtanφ1（3-7）式中：Fw-斜楔對工件的夾緊力（N）；α--斜楔升角（°）；FQ--加在斜楔上的作用力（N）；φ1--斜楔與工件間的摩擦角(°)；φ2--斜楔與夾具體間的摩擦角(°)。當φ1=φ2=φ時，當很小時(α≤10°)，可用下式作近似計算：（3-8）【例3－2－2】如圖所示斜楔夾緊機構，斜楔升角為6，各面間摩擦系數0.1，現鉆φ8孔（粗加工）始作用為100N,分析該斜楔夾緊機構自鎖性，并計算理論夾緊力FW。解：1.分析自鎖性能自鎖。2.計算理論夾緊力FW（二）螺旋夾緊機構夾緊力估算圖3-2-10螺旋夾緊受力分析式中，FW--夾緊力(N)；r′--螺釘端部當量摩擦半徑(mm)；L--作用力臂(mm)；FQ--原始作用力(N)；α--螺旋升角(°)；d2--螺旋中徑(mm)；φ1--螺旋處摩擦角(°)；φ2--螺釘端部摩擦角(°)。圖3-2-11當量摩擦半徑的計算【例3－2－3】如圖所示螺旋夾緊機構，螺桿M10,（中徑d2=9.02mm）螺旋升角為3.02，各面間摩擦系數0.1（），原始作用為100N,端部為圓環面接觸，D=20mm，D0=12mm。手柄長L=300mm,分析該螺旋夾緊機構自鎖性，并在原始作用力下產生的計算夾緊力FW為多少？圖3-2-12螺栓夾緊機構1.螺栓；2.螺母；3.壓塊；4.工件解：1.分析自鎖性螺旋夾緊機構具有斜楔的結構特點，而且螺旋升角＝3.02，，能自鎖。先計算r′r′= 3.夾緊力計算§3.2.3項目實施由同學們分組討論完成，并展示在小黑板中。教師巡回指導§3.2.4任務展示與講評展示在小黑板中，教師進行評價。【項目講評】解題思路：依據FWK=KFW，應用靜力平衡原理，先求FW，再考慮安全系數K，求FWK。解：切削力產生的力矩：FL夾緊力產生的力矩：FN1fL1+FN2fL2當時，根據靜力平衡條件:視頻3.2-3：彈性接觸多點夾緊