第4章 机床夹具设计(3).ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,机床夹具设计（3）,机械制造装备设计,Mechanical Manufacture Equipment,Design,1,4.2 夹紧装置的设计,包括：,夹紧力的确定,夹紧机构设计,夹紧动力装置选择,4 机床夹具设计,2,4.2 夹紧装置的设计,4.2.1,夹紧装置的组成及基本要求,夹紧的目的,将工件定位后的位置固定下来，保持工件在定位,中所获得的正确位置，使其在外力作用下，不发生位置变动。,一、夹紧装置的组成,原始作用力中间递力机构夹紧元件工件,1,动力源,产生原始作用力的部分。,夹紧力的来源：,人力,手动夹紧,某种动力装置,机动夹紧,常用的动力装置：液压装置（液压油缸）、气压装置（气缸）、,电磁装置、电动装置、气一液联合装置和真空装置等。,3,4.2 夹紧装置的设计,2,夹紧机构,接受和传递原始作用力，使其变为夹紧力并执行夹紧任务的部分。包括两部分：,(1),中间递力机构,把原始作用力传递给夹紧元件。,作用,:,改变作用力的方向；,改变作用力的大小；,具有一定的自锁性能，保证夹紧的可靠性（尤其在手动夹具中）。,(2),夹紧元件（执行元件）,直接与工件接触，最终完成夹紧任务。,4,4.2 夹紧装置的设计,图示为采用液压夹紧的铣床夹具：,5,4.2 夹紧装置的设计,二、对夹紧装置的基本要求,1,确切保证工件定位后占据的正确位置,有助于定位，不应破坏定位。,2,夹紧力的大小要适当、稳定,既要保证工件在加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减小夹紧误差。,3,夹紧装置的复杂程度与生产类型相适应,4,夹紧装置必须可靠,手动夹紧须自锁、机动夹紧有联锁保护、夹紧行程足够等。,5,工艺性好,结构简单，便于制造和维修；多用标准零部件；操作方便、安全、省力,6,4.2 夹紧装置的设计,4.2.2,夹紧力的确定,夹紧力的确定包括确定夹紧力的作用点、方向、大小三方面内容。,一、夹紧力的方向,1,夹紧力的方向应有助于定位，而不应破坏定位。,(1),只有一个夹紧力时，夹紧力应垂直于主要定位基面或使各定位基面同时受到夹紧力的作用。,7,4.2 夹紧装置的设计,例,1,：夹紧力朝向主要定位面（,A,面）,有利于保证孔与左端面的垂直度要求,8,4.2 夹紧装置的设计,例,2,：一力两用，使各定位基面同时受到夹紧力作用。,图（,a,）所示，可对第一定位基面施加,，对第二定位基面施加,；,图（）、（）所示，施加,代替,、,，使两定位基面同时受到夹紧力的作用。,9,4.2 夹紧装置的设计,(2),用几个夹紧力分别作用时，朝向主要定位面的夹紧力应是主要夹紧力，此时还应注意几个夹紧力的动作顺序。,如三基面组合定位，,是主要夹紧力，朝向主,要定位面，应最后作用，,2,、,3,是帮助定位的，应首先作用。,莱动单缸机机体镗曲轴孔、气缸孔工序所用夹具,10,4.2 夹紧装置的设计,2,夹紧力的方向应方便装夹和有利于减小夹紧力,最好与切削力,F,、重力,G,方向一致。,图（,a,）夹紧力,W,与重力,G,、切削力,F,方向一致，可以不夹紧或用很小的夹紧力：；,图（,b,）夹紧力,W,与切削力,F,垂直，夹紧力较小：,11,4.2 夹紧装置的设计,图（,c,）夹紧力,W,与切削力,F,、重力,G,反向，夹紧力较大：,图（,d,）夹紧力,W,与切削力,F,、重力,G,垂直，夹紧力最大：,12,4.2 夹紧装置的设计,3,夹紧力方向应与工件刚度高的方向一致，以减小夹紧变形。,图5-28 薄壁套筒的夹紧径向夹紧 轴向夹紧：,13,4.2 夹紧装置的设计,二、夹紧力的作用点,1,应能保持工件定位稳定，而不致引起工件发生位移或偏转,夹紧力的作用点应落在定位元件上或支承范围内。,14,4.2 夹紧装置的设计,2,夹紧力的作用点应有助于减小夹紧变形,(1),夹紧力的作用点应落在工件刚性好的方向和部位，特别对低刚度工件。如下图所示几种工件的夹紧：,15,4.2 夹紧装置的设计,(2),设计特殊形状的夹爪、压脚等分散作用夹紧力，增大工件受力面积。,图,5-31,：,16,4.2 夹紧装置的设计,3,夹紧力的作用点应尽量靠近工件加工表面,提高定位稳定性和夹紧可靠性，减小加工中的振动，特别是对低刚度工件。,不能满足上述要求时，可以增设辅助支承，以提高定位稳定性、承受夹紧力和切削力等。如图所示：,17,4.2 夹紧装置的设计,（）,（）,18,4.2 夹紧装置的设计,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,导向、定位支架与夹紧支架分开 图5-33：,19,4.2 夹紧装置的设计,三、夹紧力的大小,夹紧力的大小必须适当,:,过小，加工过程中发生移动或振动，破坏定位；过大，使工件和夹具产生夹紧变形，影响加工质量。,夹紧力确定方法：实验法、估算法。,估算时，应找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需要的夹紧力，并考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。估算夹紧力通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算。估算步骤如下：,20,4.2 夹紧装置的设计,1,计算切削力,2,求出理论夹紧力,W,根据加工过程中，工件受到切削力,F,（按对夹紧最不利的加工条件确定）、夹紧力,W,、大型工件的重力、高速运动的工件的惯性力、高速旋转的工件的离心力、支承反力及摩擦力的作用处于静力平衡状态 求出理论夹紧力,W,。,21,4.2 夹紧装置的设计,3,求出实际夹紧力,W,W=KW,K,安全系数，与加工性质（粗、精加工）、切削特点（连续、断续切削）、夹紧力来源（手动、机动夹紧）、刀具情况有关：,一般取,K,1.5,3,。粗加工时,K,2.5,3,；精加工时,K,1.5,2.5,。,各种典型切削方式所需夹紧力的静平衡方程式可参考,机床夹具手册,。,夹紧力需准确的场合,类比法确定夹紧力或通过试验确定夹紧力。,22,4.2 夹紧装置的设计,例：图所示为铣削加工夹紧力的估算,小型工件，工件的重力,略去不计；,压板活动，压板对工件,的摩擦力略去不计；,铣削时，切削力的作用,点、方向和大小都是变,化的，应按最危险情况,考虑。,23,4.2 夹紧装置的设计,对夹紧最不利的瞬时状态是铣刀切入全深、切削力达到最大时，工件绕,O,点转动，形成切削力矩，需用夹紧力产生的摩擦力矩 、与之平衡：,设,则,夹紧工件的实际夹紧力,24,4.2 夹紧装置的设计,4.2.3,常用的夹紧机构,夹紧机构的种类虽然很多，但其结构大都以斜楔夹紧机构、螺,旋夹紧机构和偏心夹紧机构为基础，这三种夹紧机构合称为基,本夹紧机构。,一、斜楔夹紧机构,25,4.2 夹紧装置的设计,斜楔夹紧原理,利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件，即利用,斜面的楔紧作用,夹紧工件。,由于用斜楔直接夹紧工件的夹紧力较小，且操作费时，故实际生产中多数情况下是将斜楔与其它机构联合起来使用。,26,4.2 夹紧装置的设计,1,斜楔的夹紧力,图5-36 斜楔的受力分析：,27,4.2 夹紧装置的设计,建立静平衡方程式,W,斜楔对工件的夹紧力；,斜楔升角（,）；,Q,加在斜楔上的原始作用力（,N,）；,斜楔与工件或夹具体间的摩擦角（,）。,28,4.2 夹紧装置的设计,2,斜楔的自锁,在加工过程中加在斜楔上的原始作用力不能始终保持时，需,要斜楔具有自锁性能。,斜楔的自锁条件是：,若,则,为保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取 ；用液,压或气压驱动的斜楔，可取 。,29,4.2 夹紧装置的设计,3,斜楔的扩力比（增力比）与夹紧行程,(1),扩力比：夹紧力,W,与原始作用力,Q,之比称为扩力比或增力系数，用 表示，即：,若 ，则 。,由此可见，斜楔具有扩力作用，越小，越大。,30,4.2 夹紧装置的设计,(2),夹紧行程：,由于,S,受到斜楔长度的限制，要增大夹紧行程，就得增大升角，,这样会降低自锁性能。,若需机构既能自锁又要有较大的夹紧行程，可采用,双升角,斜楔,：,大升角 一段使滑柱迅速上升，小升角 一段确保自锁。,31,4.2 夹紧装置的设计,4,斜楔夹紧的特点,斜楔夹紧机构既可手动夹紧，也可用于机动夹紧，但由于用斜楔直接夹紧工件的夹紧力较小，且操作费时，实际生产中单独应用不多，多数情况下是将斜楔与其它机构联合使用多用于机动夹紧装置中，如莱动为,液压+斜楔。,另外，可在与斜楔接触的部位增设滚子来减小摩擦，从而增大扩力比。,32,4.2 夹紧装置的设计,二、螺旋夹紧机构,1.结构,(1),简单螺旋夹紧机构直接用螺钉或螺母夹紧工件的机构，称为简单螺旋夹紧机构。常见的简单螺旋夹紧机构：,33,4.2 夹紧装置的设计,使用开口垫圈,的快速螺旋夹紧,机构：,（2）快速夹紧机构,克服简单螺旋,夹紧机构夹紧动作,慢、装卸工件费时,的缺点。,各种快速螺旋夹紧,机构如图所示：,34,4.2 夹紧装置的设计,采用快卸螺母的快,速螺旋夹紧机构：,35,4.2 夹紧装置的设计,采用特殊螺旋（直槽与,螺旋槽相连）的快速螺,旋夹紧机构：,36,4.2 夹紧装置的设计,带摆动垫块的快,速螺旋夹紧机构：,37,4.2 夹紧装置的设计,2.夹紧力计算,图,5-38,螺杆受力图：,38,4.2 夹紧装置的设计,平衡方程式：,W,螺杆对工件的夹紧力；,斜楔升角（,）；,Q,加在螺杆上的原始作用力（,N,）；,螺杆端部与工件间的摩擦角（,）；,39,4.2 夹紧装置的设计,螺纹处的摩擦角（,）；,螺纹中径；,当量摩擦半径，与螺杆端面形状有关。（表5-4）,对于三角形螺纹、梯形螺纹，把,（当量摩擦角）即可,。,40,4.2 夹紧装置的设计,3.,螺旋压板夹紧机构,夹紧机构中，结构形式变化最多的是螺旋压板夹紧机构。常见的螺旋压板夹紧机构：,（,a,）,（,b,）,移动压板：,41,4.2 夹紧装置的设计,（,c,）,（,d,）,回转压板：,42,4.2 夹紧装置的设计,结构紧凑，使用方便。,有关设计计算可查阅“夹,具设计手册”。,螺旋夹紧机构的特点：,螺旋夹紧机构具有结构简单、,制造容易、自锁性能好、夹紧,可靠、夹紧力和夹紧行程大的,特点，是手动夹紧中用得最多,的一种夹紧机构。,螺旋钩形压板机构：,43,4.2 夹紧装置的设计,三、偏心夹紧机构,利用偏心件回转时半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件,。,特殊斜楔偏心夹紧的楔角是变化的,变楔角斜楔,：,44,4.2 夹紧装置的设计,常见圆偏心夹紧机构：,45,4.2 夹紧装置的设计,偏心夹紧机构的偏心轮已标准化，其夹紧力和夹紧行程在,机床夹具设计手册中也已给出，设计时可直接选用。,特点：,偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速，但夹紧力和夹紧行程都较小，一般用于切削力不大、振动小、夹压面公差小的加工中的一种手动夹紧机构。,注意：,偏心夹紧的夹紧力是变化的。,46,4.2 夹紧装置的设计,四、其它夹紧机构,1,铰链夹紧机构,图5-41：,单臂单作用,47,4.2 夹紧装置的设计,双臂单作用,双臂双作用,48,4.2 夹紧装置的设计,特点：,优点,动作迅速，增力比大，易于改变力的作用方向；,缺点,自锁性能差。,用于气动、液压夹紧。,设计铰链夹紧机构仔细进行铰链及杠杆的受力分析、运动分析。,在结构上还要考虑设置必要的,浮动、调节环节,。（如前图）,49,4.2 夹紧装置的设计,2,定心夹紧机构,同时实现对工件定心定位和夹紧的夹紧机构，即在夹紧过程中，能使工件相对于某一轴线或某一对称面保持对称性。,定心夹紧机构按其工作原理可分为两大类：,(1),等速位移原理,定位-夹紧元件按等速位移原理来均分工件定位面的尺寸误差，实现,定心和对中,。,50,4.2 夹紧装置的设计,图5-42 锥面定心夹紧心轴,51,4.2 夹紧装置的设计,图5-43 螺旋定心夹紧机构,52,4.2 夹紧装置的设计,(2),均匀弹性变形原理,定位-夹紧元件按,均匀弹性变形,原理实现定心夹紧。,各种弹性心轴如弹性夹头、液性塑料夹头等。,图,5-44,弹性夹头：,53,4.2 夹紧装置的设计,弹簧套筒结构：,弹性夹头结构：,54,4.2 夹紧装置的设计,55,4.2 夹紧装置的设计,3,联动夹紧机构,两种类型：,（1）由一个原动力实现多点、多件夹紧：,56,4.2 夹紧装置的设计,（2）夹紧动作与定位、锁紧辅助支承等动作的联动,57,4.2 夹紧装置的设计,58,4.2 夹紧装置的设计,设计联动夹紧机构,应注意的问题,：,（1）由于联动机构动作和受力情况较为复杂，应仔细进行运动分析和受力分析，以确保设计意图能够实现。,（2）要注意浮动环节和调节环节的设置，保证各处夹紧均衡，运动不发生干涉。,59,4.2 夹紧装置的设计,4.2.4,夹紧机构的动力装置,1,气动夹紧装置,2,液压夹紧装置,3,气,-,液联合夹紧装置,4,其它动力装置,(1),真空夹紧,(2),电磁夹紧,(3),其它方式夹紧：,如利用重力、惯性力、弹性,力等夹紧工件。,图5-52 真空夹紧,60,