夹具设计[1].doc

第五章 机床夹具设计
零件在工艺规程制定之后，就要按工艺规程顺序进行加工。加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。它们是机床和工件之间的联结装置，使工件相对于机床或刀具获得正确位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，所以机床夹具设计是装备设计中一项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。
第一节机床夹具的功能和应满足的要求
一、机床夹具的功能
(1) 保证加工精度 工件通过机床夹具进行安装，包含了二层含义：一是工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置，称为定位；二是通过夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变，称为夹紧。这样，就可以保证工件加工表面的位置精度，且精度稳定。
(2) 提高生产率 使用夹具来安装工件，可以减少划线，找正、对刀等辅助时间，采用多件、多工位夹具，以及气动、液压动力夹紧装置，可以进一步减少辅助时间，提高生产率。
(3) 扩大机床的使用范围 有些机床夹具实质上是对机床进行了部分改造，扩大了原机床的功能和使用范围。如在车床床鞍上安放镗模夹具，就可以进行箱体零件的孔系加工。
(4)减轻工人的劳动强度，保证生产安全。
二、机床夹具应满足的要求
机床夹具应满足的基本要求包括下面几方面：
(1) 保证加工精度这是必须做到的最基本要求，其关键是正确的定位、夹紧和导向方案，夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算。
(2) 夹具的总体方案应与年生产纲领相适应在大批量生产时，尽量采用快速、高效的定位、夹紧机构和动力装置，提高自动化程度，符合生产节拍要求。在中、小批量生产时，夹具应有一定的可调性，以适应多品种工件的加工。
(3) 安全、方便、减轻劳动强度机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加保护装置。要符合工人的操作位置和习惯，要有合适的工件装卸位置和空间，使工人操作方便。大批量生产和工件笨重时，尽可能减轻工人劳动强度。
(4) 排屑顺畅机床夹具中积集切屑会影响到工件的定位精度，切屑的热量使工件和夹具产生热变形，影响加工精度。清理切屑将增加辅助时间，降低生产率，因此夹具设计中要给予排屑问题充分的重视。
(5) 机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性 机床夹具设计时，要方便制造、检测、调整和装配，有利于提高夹具的制造精度。

第二节 机床夹具的类型和组成
　一、机床夹具的类型
　机床夹具有多种分类方法，如按夹具的使用范围来分，有下面五种类型：
　 (1) 通用夹具　例如车床上的卡盘，铣床上的平口钳、分度头，平面磨床上的电磁吸盘等，这些夹具通用性强，一般不需调整就可适应多种工件的安装加工，在单件小批生产中广泛应用。
(2) 专用夹具 因为它是用于某一特定工件特定工序的夹具，称为专用夹具。专用夹具广泛用于成批生产和大批量生产中。本章内容主要是针对专用夹具的设计展开的。
(3) 可调整夹具和成组夹具　这一类夹具的特点是具有一定的可调性，或称“柔性”。夹具中部分元件可更换，部分装置可调整，以适应不同工件的加工。可调整夹具一般适用于同类产品不同品种的生产，略作更换或调整就可用来安装不同品种的工件。成组夹具适用于一组尺寸相似、结构相似、工艺相似工件的安装和加工，在多品种、中小批量生产中有广泛的应用前景。
(4) 组合夹具　它是由一系列的标准化元件组装而成，标准元件有不同的形状，尺寸和功能，其配合部分有良好的互换性和耐磨性。使用时，可根据被加工工件的结构和工序要求，选用适当元件进行组合连接，形成一专用夹具。用完后可将元件拆卸、清洗、涂油、人库，以备后用。它特别适合单件小批生产中位置精度要求较高的工件的加工。
(5) 随行夹具　这是一类在自动线和柔性制造系统中使用的夹具。它既要完成工件的定位和夹紧，又要作为运载工具将工件在机床间进行输送t输送到下一道工序的机床后，随行夹具应在机床上准确地定位和可靠地夹紧。一条生产线上有许多随行夹具，每个随行夹具随着工件经历工艺的全过程，然后卸下已加工的工件，装上新的待加工工件，循环使用。
二、机床夹具的基本组成
现以装夹扇形工件的钻、铰孔夹具为例说明机床夹具的基本组成。图5－1是扇形工件简图，加工内容是三个￠8H8孔，各项精度要求如图所示。本工序之前，其它加工表面均已完成。

图5－2为装夹上述工件进行钻、铰孔工序的钻床夹具。工件的定位是￠22H7孔，它与定位销2的小圆柱面配合，工件端面A与定位销轴2的大端面靠紧，工件的右侧面靠紧挡销3。工件的夹紧是拧动螺母10，通过开口垫圈将工件兜紧在定位销轴2上。件12是钻模套，钻头由它引导对工件加工，以保证加工孔到端面A的距离、孔中心与且面的平行度、以及孔中心与￠22H7孔中心的对称度。

三个￠8H8孔的分度是由固定在定位销轴2的转盘11来实现的。当分度定位销5分别插入转盘的三个分度定位套4、4′和4″时，工件获得三个位置，来保证三孔均布20°士10′的精度。分度时，拧动手柄7，可松开转盘11，拔出分度定位销5，由转盘11带动工件一起转过20°后，将定位销5插入另一分度定位套中，然后顺时针拧动手柄7，将工件和转盘夹紧，便可加工。
通过该夹具的介绍，我们可以把夹具的组成归纳如下几部分：
(1) 定位元件及定位装置　用于确定工件正确位置的元件或装置，如图5－2中的定位销轴2和挡销3。
(2) 夹紧元件及夹紧装置　用于固定工件已获得的正确位置的元件或装置，如图5 2中
的螺母10和开口垫圈9。
(3) 导向及对刀元件 用于确定工件与刀具相互位置的元件，如图5 2中的钻模套12，铣床夹具中常用对刀块来确定刀具与工件的位置。
(4) 动力装置　图5－2是手动夹具，设有动力装置。在成批生产中，为了减轻工人劳动强度，提高生产率，常采用气动、液动等动力装置。
(5) 夹具体　用于将各种元件、装置联接在一体，并通过它将整个夹具安装在机床上，如图5—2中的13。
(6) 其它元件及装置　根据加工需要来设置的元件或装置，如图5—2中的转盘11，分度定位套4、分度定位销5。叉如铣床夹具中机床与夹具的对定，往往在夹具体底面安装两个定向键等等。
以上所述，是机床夹具的基本组成。对于一个具体的夹具，可能略少或略多一些，但定位、夹紧和夹具体三部分一般是不可缺少的。
第三节 机床夹具定位机构的设计
一、工件的定位
在制定工件的工艺规程时，已经初步考虑了加工中工艺基准问题，有时还绘制了工序简图。设计夹具时位基准。无论是工艺基准还是定位基准，均应符合六点定位原理
　 (一)　六点定位原理 、
　 一个物体在三维空间中可能具有的运动，称之为自由度。在OXYZ坐标系中，物体可以有沿X、Y、Z轴的移动及绕X、Y、Z轴的转动，共有六个独立的运动，即有六个自由度。所谓工件的定位，就是采取适当的约束措施，来消除工件的六个自由度，以实现工件的定位。图5－3是长方体工件的定位，图5—4是圆盘工件的定位，图5—5是轴类工件的定位。

六点定位原理是采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。
图5—3、图5－4和图5－5所示都是完全定位的实例。在夹具设计中，小的支承钉我们可以直接作为一个约束。但由于工件千变万化，代替约束的定位元件是多种多样的。各种定位元件可以代替哪几种约束，限制工件的哪些自由度，以及它们组合可以限制的自由度情况，对初学者来说，应反复分析研究，熟练掌握。表5一l是常见定位元件的定位分析。

(二)　完全定位和不完全定位
根据工件加工表面的位置要求，有时需要将工件的六个自由度全部限制，称为完全定位。有时需要限制的自由度少于六个，称为不完全定位。如在平面磨床上磨长方体工件的上表面，工件上表面只要求保证上下面的厚度尺寸和平行度，以及上表面的粗糙度，那么此工序的定位只需限制三个自由度就可以了，这是不完全定位。
在加工中，有时为了使定位元件帮助承受切削力、夹紧力，为了保证一批工件进给长度一致，减少机床的调整和操作，常常会对无位置尺寸要求的自由度也加以限制，只要这种定位方案符合六点定位原理，是允许的，有时也是必要的。
(三)　定位的正常情况与非正常情况
根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制，这就称为定位的正常情况，它可以是完全定位，也可以是不完全定位。
根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度没有完全被限制，或某自由度被两个或两个以上的约束重复限制，称之为非正常情况，前者又称为欠定位，它不能保证位置精度，是绝对不允许的。后者称为过定位(或重复定位、超定位)，加工中一般是不允许的，它不能保证正确的位置精度。在以下两种特殊场合，过定位是允许的。
1)　工件刚度很差，在夹紧力、切削力作用下会产生很大变形，此时过定位只是提高工件某些部位的刚度，减小变形。
　2)　工件的定位表面和定位元件在尺寸、形状、位置精度已很高时，过定位不仅对定位精度影响不太，而且有利于提高刚度。例如CA6140车床主轴端部和卡盘间的定位，它是短锥大平面、在轴向是过定位。在精密模具加工中，也可以见到平面和两圆柱销的过定位情形。图5－6所示的定位，若工件定位平面粗糙，支承钉或支承板又不能保证在同一平面，则这样情况是不允许的。若工件定位平面经过较好的加工，保证平整，支承钉或支承板又在安装后统一磨削过，保证了它的在同一平面上，则此过定位是允许的。
图5—7为另一些过定位问题以及采取的改进措施，读者可以自己进行分析。

在分析研究了定位方案是否合理时，仅仅考虑满足六点定位原理是不够的，要认真仔细地分析本工序加工表面的位置精度要求；图5—8所示为在工件上铣槽的两种定位方案．图5—8a方案产生了过定位，是不合理的。图5－8b方案中将定位销加工成菱形销，似乎符合六点定位原理。但分析此方案能否保证槽对A面的平行度要求时，可知该方案不完全合理。本工序应选工件底面为第一定位基准(装置基准)；A面为第二定位基准（导向基准)，才能保证平行度要求，因此A面应按图5－8方案用两个支承钉；孔为第三定位基准(定程基准)，为避免Y方向过定位，圆销1应改为在Y方向削扁的菱形铺。
二、典型的定位方式、定位元件及装量
(一)　平面定位
对于箱体、床身、机座、支架类零件的加工，最常用的定位方式是以平面为基准。图5－9所示为平面定位方式简图，图5—9a为粗基准定位，采用支承钉；图5－9b为精基准定位，采用支承板。
平面定位方式所需的定位元件及定位装置，均已标准化了。下面作一简单介绍。
1．钉支承和板支承
钉支承和板支承也称为固定支承。钉支承有平头、圆头和花头之分，参见图5－10a、b、c。圆头支承钉容易保证它与工件定位基准面间的点接触，位置相对稳定，但易磨损，多用于粗基准定位。平头钉则可以减少磨损，避免定位表面压坏，常用于精基准定位。花头钉磨擦力大，但由于其容易存屑，常用于侧面粗定位。钉支承的尾柄与夹具体上的基体孔配合为过盈，多选为H 7／n 6或H 7／m 6。
板支承如图5—10d、e所示，常用于大、中型零件的精基准定位。图5—10e与图5－10d相比，其优点是容易清理切屑。
以上两种固定支承一般要求耐磨，均采用较好的材料。对于直径D≤12mm的钉支承和小型板支承，可用T7A钢，淬火处理，硬度为60～64HRc；对于D>12mm和较大的板支承，一般采用20钢，渗碳淬火，硬度为60～64HRc。由于要保证固定支承在同一个平面上，装配后需经精磨，渗碳深度大一些，一般为0.8～1.2mm．
2．可调支承和自位支承
可调支承与固定支承的区别是，它的顶端有一个调整范围，调整好后用螺母锁紧。当工件的定位基面形状复杂，各批毛坯尺寸、形状有变化时，多采用这类支承。可调支承一般只对一批毛坯调整一次。这类支承结构如图5－11所示。
当工件的定位基面不连续、或为台阶面、或基面有角度误差时，或为了使两个或多个支承的组合只限制一个自由度，避免过定位，常把支承设计为浮动或联动结构，使之自位，称其为自位支承。图5～12所示为三种自位支承。
3．辅助支承
辅助支承的主要作用是用于增加工件的刚度，减小切削变形。图5－13所示为辅助支承的典型结构型式。图5－14为辅助支承的应用实例。

辅助支承有些结构与可调支承程相近，应分清它们的区别。从功能上讲，可调支承起定位作用，而辅助支承不起定位作用。从操作上讲，可调支承是先调整，尔后定位，最后夹紧工件，辅助支承则是先定位，夹紧工件，最后调整辅助支承。

(二) 孔定位
当工件上的孔为定位基准时，就采用这种定位方式，其基本特点是定位孔和定位元件之间处于配合状态。常用定位元件是各种心轴和定位销。
1．心轴定位
定位心轴广泛用于车床、磨床、齿轮机床等机床上，常见的心轴有以下几种。
(1) 锥度心轴 这类心轴外图表面有1:1000～1:5000锥度，定心精度高选0.005～0. 01mm，当然工件的定位孔也应有较高的精度。工件的安装是将工件轻轻压A，通过孔和心轴表面的接触变形夹紧工作，如图5－15所示。
(2) 刚性心轴在成批生产时，为了克服锥度心轴轴向定位不准确的缺点，可采用刚性心轴。图5-1 6所示，图5－16b、c为过盈配合，配合采用基孔制r、s、u，定心精度高。图5－16a为间隙配合，采用基孔制b、g、f，定心精度不高，但装卸方便。

除上述外，心轴定位还有弹性心轴，液塑心轴、定心心轴等，它们在完成定位的同时完成工件的夹紧，使用很方便，结构却比较复杂。
2．定位销 。
图5－17所示为标准化的圆柱定位销，上端部有较长的倒角，便于工件装卸，直径d与定位孔配台，是按基孔制g5或g6、f6或f7制造的。其尾柄部分一般与夹具体孔过盈配合。
现举一个以孔定位方式为主的夹具例子，图5－19是铣脱落蜗杆支架侧面槽的夹具。工件上￠42H7孔为第一定位基准，用涨套3实现定位和夹紧，限制四个自由度；心轴l轴肩左端面限制一个自由度；工件上￠18H7孔用菱形销限制一个自由度，实现完全定位。考虑到工件的装卸方便，菱形销设计成手动伸缩结构。为了增加切削部位工件的刚度，采用了辅助支承4。
(三) 外圆定位
工件以外圆柱表面定位有两种形式，一种是定心定位，另一种是支承定位。
(1)　定心定位　与工件以圆柱孔定心类似，用各种卡头或弹簧筒夹代替心轴或柱销，来定位和夹紧工件的外圆，如图5—20所示。有时也可以采用套筒和锥套来定位，如图5—21所示。

(2)　V型块定位　工件外圆以V型块定位是最常见的定位方式之一，两斜面夹角有60°、
90°、120°等，90°V型块使用最广泛，其定位精度和定位稳定性介于60°、120°的V型块之间， 精度比60°的V型块高，稳定性比120°的V型块高。使用V型块定位的优点是对中性好，可用于非完整外圆柱表面定位。V型块有长短之分，长V型块限制四个自由度，其宽度B与圆柱直径D之比B／D≥1，短V型块只能限制二个自由度，其宽度有时仅2mm。它们均已标准化，可以选用，特殊场合也可自行设计。
(四)　定位表面的组合
在实际生产中，经常遇到的不是单一表面的定位，而是几个定位表面的组合。常见的有乎面与平面组合，平面与孔组合，平面与外圆柱组合，平面与其它表面组合，锥面与锥面的组合等。
在多个表面参与定位的情况下，按其限制自由度数的多少来区分，限制自由度数最多的定位面称为第一定位基准面或主基准面，次之称第二定位基准面或导向基准，限制一个自由度的称为第三定位基准或定程基准。
在箱体类零件，如车床床头箱加工中，往往将上顶面以及其上的两个工艺孔作为定位基准，通称一面两销定位。顶平面限制了一个是菱形销(或削边销)，限制一个自由度，实现了完全定位。在夹具设计时，一面两销定位的设计按下述步骤进行，参见图5－22。
一般已知条件为工件上两圆柱孔的尺寸及中心距，即D1、D2：、Lg及其公差。
1． 确定夹具中两定位销的中心距Lx
把工件上两孔中心距公差化为对称公差，即

2．确定圆柱销直径d。及其公差
一般圆柱销d1与孔D1为基孔制间隙配合，d1名义尺寸等于孔D1名义尺寸，配合一般选为H7／g6或H7／f6，d1的公差等级一般高于孔的一级。
3．确定菱形销的直径d 2、宽度b1及公差
可先按表5－2查D2，选定b1，接下式计算出菱形销与孔配合的最小间隙△2min，再计算菱形销的直径。

三、定位误差的分析与计算
(一)　定位误差
工件的加工误差是指工件加工后在尺寸，形状和位置三个方面偏离理想工件的大小，它是由三部分因素产生的：
1) 工件在夹具中的定位、夹紧误差；
2) 夹具带着工件安装在机床上，相对机床主轴(或刀具)或运动导轨的位置误差，也称对定误差；
3) 加工过程中误差，如机床几何精度，工艺系统的受力、受热变形、切削振动等原因引起的误差。
其中定位误差是指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起的加工误差。可见定位误差只是工件加工误差的一部分。设计夹具定位方案时要充分考虑此定位方案的定位误差的大小是否在允许的范围内，一般定位误差应控制在工件允差的1／3～l／5之内。
(二) 产生定位误差的原因
1．基准不重合带来的定位误差
夹具定位基准与工序基准不重合，两基准之间的位置误差会反欧到被加工表面的位置上去，所产生定位误差称之为基准转换误差。下面举两例进行说明。
(1) 平面定位情形 如图5—23所示的工件，加工面c的设计基准是A面，要求尺寸是N。所设计夹具的定位基面是B面，尺寸Ⅳ是通过控制A。来保证的，是间接获得的。因此Ⅳ是由A。、A和Ⅳ组成的工艺尺寸链的封闭环．因此可见
(2) V型块定位 如图5—24所示的圆柱表面上铣键槽，采用V型体定位。键槽深度有三种表示方法，以图5-241b为例进行分析。
假设工件轴径d为其尺寸公差的中心时，调整夹具中对刀块位置来补偿掉基准转换误差，使槽底距下母线的距离满足H1要求。但当工件轴径分别为d+a / 2、d一a／2时(a为工件轴径公差)。工件与V型块接触位置为B\A，又带来新的基准转换误差。参见图5－25，槽底到下母线距离分别为H1′和H2′。

由于销与孔之间有间隙，工件安装时孔中心可能偏离销中心，其偏离的最大范围是以d为直径，以销中心为圆心的圆。若定位时让工件始终靠紧销的一侧，即定位以销的一条母线为基准，工件的定位误差仅为
常用的一面两销定位的情况稍许复杂一点，如图5－26b所示。平面限制三个自由度，圆柱销限制两个自由度。x、y方向的定位误差如同单圆柱销定位

3．与夹具有关的因素产生的定位误差
这类因素基本上属于夹具设计与制造中的误差，如：
1) 定位基准面与定位元件表面的形状误差；
2) 导向元件，对刀元件与定位元件间的位置误差，及其形状误差导致产生的导向误差和对刀误差；
3) 夹具在机床上的安装误差，即对定误差导致工件相对刀具主轴或运动方向产生的位置误差；
4) 夹紧力使工件或夹具产生变形，产生位置误差}
5) 定位元件与定位元件间的位置误差，以及定位元件、对刀元件、导向元件、定向元件等元件的磨损。
上述定位误差的分析计算，一般是在成批生产中使用调整法加工时，需要分析计算。对于具体夹具的定位误差需要具体分析，要找出各个产生定位误差的环节及大小，然后按照极值法或概率法求出总的定位误差。概率祛的思想是，确定各环节产生的定位误差，它们不一定全为极大值相加，或极小值相加，它们可能互补，因此概率法计算总的定位误差极值计算方法小。
如果采用试切法加工，一般就不作定位误差的分析计算了

第四节　　机床夹具夹紧机构的设计
夹紧机构在机床夹具设计中占有很重要的地位，一个夹具在性能上的优劣，除了从定位性能上加以评定外，还必须从夹紧机构的性能上来考核，如夹紧机构的可靠性、操作方便性。夹紧机构的复杂程度也基本上决定了夹具的复杂程度。从设计的难度上讲，夹紧机构往往花费设计人员较多的心血。
一、夹紧机构设计应满足的要求
设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则：
1) 夹紧必须保证定位准确可靠．而不能破坏定位。
2) 工件和夹具的变形必须在允许的范围内。
3) 夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。
4) 夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。
5) 夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。
二、夹紧力的确定
夹紧力包括方向、作用点和大小三个要素，这是夹紧机构设计中首先要解决的问题。
(一) 夹紧力方向的确定
1) 夹紧力的方向应用有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。如图5-27所示的夹具，用于对直角支座零件进行镗孔，要求孔与端面A垂直，因此应选A面为第一定位基准，夹紧力F，．应垂直压向A面。若采用夹紧力F．：，由于工件A面与B面的垂直度误差，则镗孔其能保证孔与B面的平行度，而不能保证孔与A面的垂直度。
2) 夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。如图528所示为薄壁套的夹紧，图5 28a采用三爪卡盘夹紧，易引起工件的夹紧变形。若镗孔，内}L加工后将有三棱圆型圆度误差。图5—28b为改进后的夹紧方式，采用端面夹紧，可避免上述圆度误差。如果工件定心外圆和夹具定心孔之间有间隙，会产生定心误差。
3) 夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力，如图5－29a所示情况是合理的，图5－29b则不尽合理。

(二) 夹紧力作用点的选择
1) 夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应，或在支承点确定的区域内，以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形。如图5—30所示两种情况均破坏了定位。

2) 夹紧力的作用点应作用在工件刚度高的部位。如图5—31a所示情况可造成工件薄壁底部较大的变形，改进后的结构如图5-3lb所示。

3) 夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性。如图5～32所示的兜具，在切削部位增加了辅助支承和辅助夹紧。

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。如图5—33a所示，工件对夹紧螺杆3的反作用力使导向支架2变形，从而产生镗套4的导向误差。改进后的结构如图5－33b所示，夹紧力的反作用力不再作用在导向支架2上。

(三) 夹紧力大小的确定
夹紧力大小需要准确的场合，一般可经过实验来确定。通常，由于切削力本身是估算的，工件与支承件间的摩擦因数也是近似的，因此夹紧力也是粗略估算。
在计算夹紧力时，将夹具和工件看作一个刚性系统，以切削力的作用点、方向和大小处于最不利于夹紧时的状况为工件受力状况，根据切削力、夹紧力(大工件还应考虑重力，运动速度较大时应考虑惯性力)，以及夹紧机构具体尺寸，列出工件的静力平衡方程，求出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为实际所需夹紧力。
图5－34为工件铣削加工的情况，最不利于夹紧状况是开始铣削时，此时切削力矩F扛会使工件产生绕O点的翻转趋势，与之平衡的是支承面A、B处的磨擦力对O点的力矩。

三、常用夹紧机构
(一)　斜楔夹紧机构
图5—35是一种简单的斜楔夹紧机构。向右推动斜楔1，使滑柱2下降，滑柱上的摆动压板3同时压紧两个工件4。
斜楔夹紧机构的优点是有一定的扩力作用，可以方便地使力的方向改变90°，缺点是a较小，行程要长。
(二)　螺旋夹紧机构
螺旋夹紧机构是夹紧机构中应用最广泛的一种，图5－37所示为螺旋夹紧机构几个简单例子。
螺旋夹紧机构夹紧力的计算与斜楔夹紧机构的计算相似，因为螺旋可以看作一斜楔绕在圆柱体上而形成。图5—38为螺杆受力图，该螺杆为矩形螺纹。

螺旋夹紧机构的优点是扩力比可达80以上，自锁性好，结构简单，制造方便，适应性强。其缺点是动作慢，操作强度大。
(三)　偏心夹紧机构
偏心夹紧机构是靠偏心轮回转时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件，图5－39所示为三种偏心夹紧机构。
偏心夹紧原理与斜楔夹紧机构依斜面高度增高而产生夹紧相似，只是斜楔夹紧的楔角不 变，而偏心夹紧的楔角是变化的。

偏心夹紧的偏心轮已标准化，其夹紧行程和夹紧力在夹具设计手册上也给出了，可以选用。偏心夹紧机构的优点是结构简单，操作方便，动作迅速。其缺点是自锁性能差，夹紧行程和增力比小。因此一般用于工件尺寸变化不大，切削力小而且平稳的场合，不适合在粗加工中应用。
四、其它夹紧机构
(一) 铰链夹紧机构
图5－41所示为铰链夹紧机构的应用。铰链夹紧机构的特点是动作迅速，增力比大，易于改变力的作用方向。缺点是自锁性能差，一般常用于气动、液动夹紧。铰链夹紧机构的设计要仔细进行铰链、杠杆的受力分析、运动分析和主要参数的分析计算，这部分内容可查阅夹具设计手册。设计中根据上述分析计算结果，考虑设置必要的浮动，调整环节，以保证铰链夹紧机构正常工作。

(二) 定心夹紧机构
定心夹紧机构的设计一般按照以下两种原理来进行：
1) 定位一夹紧元件按等速位移原理来均分工件定位面的尺寸误差，实现定心或对中。图5—42所示为锥面定心夹紧心轴，图5－43所示为螺旋定心夹紧机构。

2) 定位－夹紧元件的均匀弹性变形原理来实现定心夹紧。如各种弹性心轴，弹性筒夹，液性塑料夹头等。图5—44所示为弹簧夹头的结构。

(三) 联动夹紧机构
在夹紧机构设计中，常常遇到工件需要多点同时夹紧，或多个工件同时夹紧，有时需要使工件先可靠定位再夹紧，或者先锁定辅助支承再夹紧等等，这时为了操作方便、迅速、提高生产率，减轻劳动强度，可采用联动夹紧机构。
图5—45所示为多点联动夹紧机构，图5—46所示为多件联动夹紧机构，图5－47所示为夹紧与辅助支承联动夹紧机构，图5—48所示为先定位与后夹紧联动夹紧机构。

图5—48所示该联动机构动作原理是，当活塞杆1右移时先脱离杠杆3，弹簧4使斜楔杆5升起，推动压块6右移，使工件向右靠在V型块8上定位，活塞杆1继续右移，其上斜面推动杆2，通过压板7夹紧工件。

设计联动夹紧机构时应注意如下几点：
1) 由于联动机构动作和受力情况比较复杂，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) 在联动机构中要充分注意在哪些地方设置浮动环节如铰链、球面垫等，要注意浮动的方向和浮动大小，要注意设置必要的调整环节，保证各夹紧均衡，运动不发生干涉。
3) 各压板都能很好地松夹，以便装卸工件。
4) 要注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度。
5) 联动机构不要设计得太复杂，注意提高可靠性、降低制造成本
五、夹紧机构的动力装置
手动夹紧机构，在各种生产规模中都有广泛应用，但手动夹紧动作慢，劳动强度大，夹紧力变动大。在大批大量生产中往往采用机动夹紧，如气动、液动、电磁和真空夹紧。机动夹紧可以克服手动夹紧的缺点，提高生产率，还有利于实现自动化，当然机动夹紧成本也会提高。
(一) 气动夹紧装置
采用压缩空气作为夹紧装置的动力源。压缩空气具有粘度小，不污染，输送分配方便的优点。缺点是夹紧力比液压夹紧小，一般压缩空气工作压力为0.4～0.6MPa，结构尺寸较大，有排气噪声。
典型的气动传动系统如图5—49所示。
固定式气缸和固定式油缸相类似。回转式气缸与气动卡盘如图5－50所示，它是用于车床夹具的，由于气缸和卡盘随主轴回转．还需要一个导气接头。

(二) 液压夹紧装置
液压夹紧装置的工作原理和结构基本上与气动夹紧装置相似，它与气动夹紧装置相比有下列优点：
1) 压力油工作压力可达6MPa，因此油缸尺寸小，不需增力机构，夹紧装置紧凑。
2) 压力油具有不可压缩性，因此夹紧装置刚度大、工作平稳可靠。
3) 液压夹紧装置噪声小。
其缺点是需要有一套供油装置，成本要相对高一些。因此适用于具有液压传动系统的机床和切削力较大的场合。
(三) 气一液联合夹紧装置
所谓气一液联合夹紧装置是利用压缩空气为动力，油液为传动介质，兼有气动和液压夹紧装置的优点。图5-51所示的气液增压器就是将压缩空气的动力转换成较高的液体压力，供应夹具的夹紧油缸。

气液增压器的工作原理如下：当三位五通阀由手柄打到预夹紧位置时，压缩空气进人左气室B，活塞1右移。将b油室的油压经a室至夹紧油缸下端，推动活塞3来预夹紧工件。由于D和D1相差不大，因此压力油的压力P1仅稍大于压缩空气压力Po。但由于D1比D0大，因此左气缸会将b室的油大量压人夹紧油缸，实行快速预夹紧。此后，将手柄打人高压夹紧位置，压缩空气进入右气缸C室，推动活塞2左移，a、b两室隔断。由于D远大于D2，使a室中压力增大许多，推动活塞3加大夹紧力，实现高压夹紧。当把手柄打到放松位置时，压缩空气进人左气缸的A室和右气缸的E室，活塞l左移而活塞2右移，，a、b两室联通，a室油压降低，夹紧油缸的活塞3在弹簧作用下下落复位，放松工件。
在可调整夹具的设计中，其动力装置一般采取如下处理方法：如果夹紧点位置变化较小时，动力装置不作变动，仅更换或调整压板即可；如果加紧点位置变化较大时，应预留一套(或几套)动力装置，工件更换时，将动力源换接到相应位置的动力装置即可。
(四) 其它动力装置
(1) 真空夹紧真空夹紧是利用工件上基准面与夹具上定位面闻的封闭空腔抽取真空后来吸紧工件，也就是利用工件外表面上受到的大气压力来压紧工件的。真空夹紧特别适用于由铝，铜及其台金、塑料等非导磁材料制成的薄板形工件或薄壳形工件。图5-52所示为真空夹紧的工作情况，图5-52a是未夹紧状态，图5—52b是夹紧状态。

(2) 电磁夹紧 如平面磨床上的电磁吸盘，当线圈中通上直流电后，其铁心就会产生磁场，在磁场力的作用下将导磁性工件夹紧在吸盘上。
(3) 其它方式夹紧它们通过重力、惯性力、弹性力等将工件夹紧，这里就不一一赘述了。