夹紧原理与典型的夹紧.ppt

夹紧原理与典型的夹紧机构 夹紧 把工件放置在夹具中 压紧夹牢 夹紧的作用 保持工件在夹具中由定位所获得的正确加工位置 使工件在加工时不至于由于切削力等外力作用而破坏已取得的正确定位 重要概念 定位与夹紧在夹具设计中是两个非常重要的概念 两者既有紧密联系 缺一不可 但在概念上又有严格区别 定位的作用是确定工件在夹具中相对于刀具处于一个正确的加工位置 而夹紧的作用是保证工件在加工过程中始终保持由定位所确定的正确加工位置 夹紧不能代替定位 夹紧装置的组成及基本要求 组成 1 力源装置 2 夹紧元件 3 中间传力机构 作用 1 改变作用力的方向 2 改变作用力的大小 3 使夹紧实现自锁 基本要求 1 夹紧时不破坏工件定位后的正确位置 稳2 夹紧力大小要适当 牢3 夹紧操作要迅速 安全 方便 省力 快4 结构紧凑 易于制造与维修 应考虑的问题 夹紧力 三要素 大小 方向 作用点 夹紧机构 增力 快速 机动等 力源装置 手动 气动 液动 电动等 夹紧力的方向 夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好 保证工件定位准确可靠 夹紧力三要素设计原则 夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削力 重力等的方向一致 以减小夹紧力 夹紧力的方向 图 夹紧力的方向对夹紧力大小的影响 夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致 以减小工件变形 由于工件在不同方向上刚性不同 因此对工件在不同方向施加夹紧力时所产生的变形也不同 夹紧力的方向 动画 力的作用点的位置应能保持工件的正确定位而不发生位移或偏转 作用点的位置应正对着支承元件或位于支承元件所形成的支承面内 使夹紧力均匀分布在接触面上 夹紧力的作用点 夹紧力的作用点应位于工件刚性较大处 且作用点应有足够的数目 这样可使工件的变形量最小 夹紧力的作用点 夹紧力的作用点应尽量靠近工件被加工表面 这样可使切削力对该作用点的力矩减小 同时减小工件的振动 若加工面远离夹紧作用点 可增加辅助支承并附加夹紧力以防止工件在加工中产生位置变动 变形或振动 夹紧力的作用点 式中 理论计算的夹紧力 安全系数 一般取1 5 3 0 粗加工时 K 2 5 3 0 精加工时 K 1 5 2 0 对工件所施加的夹紧力 要适当 夹紧力过大 会引起工件变形 夹紧力过小 易破坏定位 进行夹紧力计算时 通常将夹具和工件看作一刚性系统 以简化计算 根据工件在切削力 夹紧力 重型工件要考虑重力 高速时要考虑惯性力 作用下处于静力平衡 列出静力平衡方程式 即可算出理论夹紧力 为安全起见 计算出的夹紧力应乘以安全系数K 故实际夹紧力一般比理论计算值大2 3倍 夹紧力的大小 常用夹紧机构 斜楔夹紧机构 偏心夹紧机构 定心 位于中心 对中 用偏心件直接或间接夹紧工件的机构 螺旋夹紧机构 特点 夹紧力小 费时 组合 单螺旋夹紧机构 螺旋压板夹紧机构 特点 动作慢 费时 特点 夹紧力可靠 应用广泛 定心夹紧机构 夹紧机构 楔块夹紧装置主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向 楔块夹紧常与杠杆 压板 螺旋等组合使用 常用的典型夹紧机构 动画 动画1 楔块夹紧受力的计算 当 时 夹紧力 自锁性能 但水平行程 升程 操作时间 h s tan 故h远小于s 2 楔块的自锁条件当原始力撤除后 楔块在摩擦力的作用下仍然不会松开工件的现象称为自锁 楔块在力FR1 FR2作用下平衡 此时摩擦力的方向与楔块松开的趋势相反 自锁的条件应该是 若 1 2 f 0 1 0 15 tg 摩擦角 5 45 8 32 则 11 5 17 为安全起见一般取10 15 或更小些 3 传力系数夹紧力与原始力之比称传力系数 以iP表示则有 摩擦角 取5 7 取8 一般ip 2 8 3 3 特点 结构简单 有增力作用 一般扩力比 3 楔块夹紧行程小 增大行程会使自锁性能变差 如双斜面楔块 要能自锁 操作不便 夹紧和松开均需敲击 夹紧力小 需与机械 汽动 液压机构联动 主要用于机动夹紧 且毛坯质量较高的场合 楔块材料 通常用20钢渗碳 淬硬58 62HRC偏心轮 凸轮 螺旋为楔块的变种 螺旋夹紧装置是从楔块夹紧装置转化而来的 相当于把楔块绕在圆柱体上 转动螺旋时即可夹紧工件 螺旋夹紧装置 标准浮动压块 1 夹紧手柄 2 螺纹衬套 3 防转螺钉 4 夹具体 5 浮动压块 6 工件 螺旋夹紧装置 a 移动压板b 转动压板c 翻转压板 工件处于夹紧状态时 根据力的平衡 力矩的平衡可算得夹紧力 式中 螺旋升角 一般为 2 4 1 螺母与螺杆间的摩擦角 2 工件与螺杆头部 或压块 间的摩擦角 r中 螺旋中径的一半r1 摩擦力矩计算半径 其数值与螺杆头部或压块的形状有关 螺杆夹紧力计算 楔块夹紧装置的自锁条件为 11 5 17 而螺旋夹紧装置的螺旋升角 a 2 4 很小 故自锁性能好 传力系数为 因为螺旋升角小于楔块升角 而L大于r中和r1 所以螺旋夹紧装置的传力系数远比楔块夹紧装置的大 螺旋夹紧的自锁性能和传力系数 特点 1 夹紧结构简单 夹紧可靠 自锁性能好 在夹具中得到广泛应用 2 夹紧力比斜楔夹紧力大 增力比大 螺旋夹紧行程不受限制 所以在手动夹紧中应用极广 3 螺旋夹紧动作慢 辅助时间长 效率低 在实际生产中 螺旋压板组合夹紧比单螺旋夹紧应用更为普遍 4 通常采用各种形式的快速夹紧机构 偏心夹紧装置是将楔块包在圆盘上 旋转圆盘使工件得以夹紧 偏心夹紧装置 圆偏心夹紧原理 圆偏心轮直径为D 几何中心为O1 回转中心为O 偏心距为e 虚线圆为基圆 其直径为D 2e 为圆盘转角 P点夹紧时能自锁 则可保证其余各点均可自锁 故自锁条件式中 1 2 材料的摩擦角 p P点压力角 自锁条件 D e 14 20D e叫偏心轮的偏心特性 表示偏心轮的工作可靠性 圆偏心夹紧的自锁条件 2e D 偏心轮与工件的摩擦系数 D e 2 一般 0 1 0 15 圆偏心夹紧力计算圆偏心夹紧实际上是斜楔夹紧的一种变形 假设一升角为 的楔块 圆偏心夹紧的传力系数圆偏心最大升角 p 8 13 而螺旋升角为2 4 又因在一般情况下 r中 因此圆偏心夹紧的传力系数远小于螺旋夹紧的传力系数 特点 夹紧迅速方便 夹紧力 行程小 增力比不大 自锁性不稳定 用于切削力小 振动小及工件尺寸公差不大的场合 在切削加工中 若工件是以中心线或对称面为工序基准 为使C定 0 可采用一种保证工件准确定心或对中的装置 使工件的定位和夹紧过程同时完成 而定位元件与夹紧元件合二为一 这种装置称为定心夹紧装置 定心夹紧装置的原理在定心夹紧装置中 利用等速移动或均匀的弹性变形 使定位夹紧元件或工件定位基准的尺寸制造误差均匀分布在工件定位面上 保证工件的中心或对称位置不变 定心夹紧机构 定心夹紧机构 定位夹紧元件等速移动的装置 左右螺旋定心夹紧装置 斜楔定心夹紧装置 定心夹紧机构 定心精度不高夹紧力和夹紧行程较大 常用于粗加工和半精加工 定位夹紧元件均匀弹性变形的装置 定心精度高夹紧力和夹紧行程较小 仅用于精加工及工件定心尺寸精度等级不低于IT8的场合 多点联动夹紧机构 联动夹紧机构是操作一个手柄或用一个动力装置在几个夹紧位置上同时夹紧一个工件 单件多位夹紧 或夹紧几个工件 多件多位夹紧 的夹紧机构 在设计联动夹紧机构时应注意的问题 必须设置浮动环节 以补偿同批工件尺寸偏差的变化 保证同时且均匀地夹紧工件 2 联动夹紧一般要求有较大的总夹紧力 故机构要有足够刚度 防止夹紧变形 3 工件的定位和夹紧联动时 应保证夹紧时不破坏工件在定位时所取得的位置 1 单件双向多点联动夹紧机构 多点联动夹紧机构 2 多件单向联动夹紧机构 3 单件同向联动夹紧机构 4 单件对向联动夹紧机构 多件对向联动夹紧机构 见书P107图2 97 c 5 单件双向联动夹紧机构 夹紧动力源装置 1 气动夹紧装置 2 液动夹紧装置 3 真空夹紧装置 气动夹紧装置是以压缩空气作为工作介质 推动气缸中的活塞与活塞杆 活塞杆与夹紧机构的的作用力输入端相连 从而推动夹紧机构夹紧工件 特点 夹紧力基本恒定 夹紧动作迅速 但由于空气是可压缩的 夹紧刚性较差 液动夹紧装置是以液压油产生动力 特点 1 工作压力高 传动力大 不需增力机构 夹具结构简单 2 油液不可压缩 夹紧刚性大 工作平稳 夹紧可靠 3 噪声小 劳动条件好 4 适用于重力切削或加工大型工件时的多处夹紧 缺点 需要专用的液压辅助装置 成本较高 真空夹紧装置是利用封闭腔内的真空度吸紧工件 实质上是利用大气压来夹紧工件 主要用于加工精度要求而刚性很差的薄片等夹紧 车床夹具工件均为回转体 夹具随机床主轴一起旋转 因此要求夹具结构紧凑 轮廓尺寸尽可能小 重量尽可能靠近回转轴线 以减少惯性力和回转力矩 转速高 必须考虑平衡 夹紧力大小 元件刚度和强度 操作安全等问题 注意消除不平衡引起的振动现象 与机床的联接视具体情况而定 通常有较准确的圆柱孔或圆锥孔 夹具带动工件旋转 不允许工件相对主轴位移 为使夹具使用安全 应尽可能避免带有尖角或凸出部分 必要时要加防护罩 典型机床夹具 安装在车床主轴上的夹具 各种卡盘 顶尖 各种心轴或其它专用夹具 加工时夹具随机床主轴一起旋转 切削刀具作进给运动 三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘 典型机床夹具 铣床夹具 特点 工件安装在夹具上随同机床工作台一起作送进运动铣削为断续切削 冲击 振动大 夹紧力要求较大夹具要有足够的刚度和强度 本体应牢固地固定在机床工作台上铣削加工效率高 工件安装应迅速 要有快速对刀元件 2 铣床夹具的构造主要由夹具体 定位板 夹紧机构 对刀块 定向键等 铣床夹具的对刀装置 由对刀块 平 圆 塞尺等组成 典型机床夹具 钻床夹具 首先根据工件的具体情况选定钻模类型 以及解决如何保证和提高孔的位置精度问题通过钻套引导刀具进行加工是钻模的主要特点 钻套是用来引导钻头 扩孔钻 铰刀等孔加工刀具 加强刀具刚度 并保证所加工的孔和工件其它表面有准确的相对位置 合理选择钻模板 钻模板主要用来安装钻套 应有一定的刚度和强度 钻模类型 固定式钻模 回转式钻模 翻转式钻模 盖板式钻模 滑柱式钻模固定式钻模 加工中钻模相对于工件的位置保持不变 回转式钻模 具有分度装置翻转式钻模 可翻转 在多个方向上钻孔 适用重量比较轻的中小件 盖板式钻模 没有夹具体 结构简单 多用于加工大型工件上的小孔 滑柱式钻模 是一种具有升降模板的通用可调整钻模 适用孔垂直度和孔心距要求不高的中小型工件 固定钻套 可换钻套 快换钻套 1 钻套 钻套是引导刀具的元件 用以保证孔的加工位置 并防止加工过程中刀具的偏斜 一般取H 1 2 5 D 加工钢件时 取h 0 7 l 5 D 加工铸铁件时 取h 0 3 0 4 D 加长钻套 斜面钻套 小孔距钻套 定位夹紧钻套 2 钻模板 固定式 铰链式 分离式 悬挂式 固定式钻模板 钻模板直接固定在夹具体上 结构简单 精度较高 铰链式钻模板 钻模板通过铰链与夹具体相联接 铰链处存在间隙 因而精度不高 工件装卸方便 分离式钻模板 钻模板可拆卸 方便工件装卸 悬挂式钻模板 悬挂在主轴上 随主轴一起靠近或离开工件 它与夹具体的相对位置由滑柱来保证 多与组合机床的多轴头联用 对机床夹具的基本要求 稳定地保证工件的加工精度 提高机械加工的劳动生产率 结构简单 有良好的结构工艺性和劳动条件 应能降低工件的制造成本 考虑上述四方面要求时 应在满足加工要求的前提下 根据具体情况处理好生产率与劳动条件 生产率与经济性的关系 解决主要矛盾 应在设计过程中深入生产实际进行调查研究 广泛征求操作者的意见 吸收国内外有关的先进经验 在此基础上拟出初步设计方案 经过讨论 然后定出合理的方案进行具体设计 机床夹具的基本要求和设计步骤 确定夹具的结构方案 绘制结构草图 研究原始资料 明确设计任务 绘制夹具总图 确定并标注有关尺寸和夹具技术要求 绘制夹具零件图 基本步骤 明确设计任务 1 分析研究工件的结构特点 材料 生产规模和本工序加工的技术要求以及前后工序的联系 2 了解加工所用设备 辅助工具中与设计夹具有关的技术性能和规格 3 了解工具车间的技术水平等 必要时还要了解同类工件的加工方法和所使用夹具的情况 作为设计的参考 确定夹具的结构方案1 根据六点定位原理确定工件的定位方式 并设计相应的定位装置 工件的定位方案 2 确定刀具的导引方法 并设计引导元件和对刀装置 对刀或导引方案 3 确定工件的夹紧方案并设计夹紧装置 工件的夹紧方案 4 确定其它元件或装置的结构形式 如定向键 分度装置等 5 考虑各种装置 元件的布局 确定夹具的总体结构 安装方式及夹具体的结构形式 6 对夹具的总体结构 最好考虑几个方案 经过分析比较 从中选取较合理的方案 对结构方案进行精度分析和估算 总体设计的几点要求 定位件 夹紧件 导引件等元件设计时应尽可能标准化 通用化为操作方便和防止装反 应设置止动销 障碍销 防误装标志等运动部件必须运动灵活 可靠零部件结构工艺性要好 应易于制造 检测 装配和调整夹具结构应便于维修和更换零部件适当考虑提高夹具的通用性 绘制总装图的顺序是 1 用双点划线绘出工件的轮廓外形 示意出定位基准面和加工面的位置 2 把工件视为透明体 按照工件的形状和位置依次绘出定位 夹紧 导向及其它元件和装置的具体结构 3 最后绘制夹具体 形成一个夹具整体 确定并标注有关尺寸和夹具技术要求 五类尺寸 夹具的外形轮廓尺寸定位零件上定位表面的尺寸以及各定位表面之间的尺寸定位表面到对刀件或刀具导引件间的位置尺寸主要的配合尺寸夹具与机床联系部分的联系尺寸四类技术要求 定位元件之间的位置要求定位元件与连接元件和 或 夹具体底面的相互位置要求导引元件和 或 夹具体底面的相互位置要求导引元件与定位元件间的相互位置要求 绘制夹具零件图 夹具中的非标准件都应绘制零件图并按总图要求标注尺寸 公差 表面粗糙度和技术要求 钻床夹具设计举例 钻床夹具 机床夹具是由定位元件 夹紧装置 对刀元件 夹具体等部分组成 其中定位与夹紧两个环节是夹具设计的重点 定位就是确定工件在夹具中的正确位置 是通过定位元件实现 工件有完全定位和不完全定位 过定位和欠定位 欠定位是不允许的 过定位有条件地采用 由于基准不重合 定位副制造不准确等原因 定位过程中会产生误差 定位误差的计算要根据具体情况分析计算 夹紧是为了克服切削力等外力干扰而使工件在空间中保持正确的定位位置的一种手段 夹紧一般在定位步骤之后 有时定位与夹紧是同时进行的 如定心夹紧机构 机床夹具设计应根据具体设计任务 遵循夹具设计的基本要求和步骤进行设计 机床夹具的现状及发展方向能迅速而方便地装备新产品 以缩短生产准备周期 降低生产成本能装夹一组具有相似性特征的工件适用于精密加工的高精度机床夹具适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置 以进一步提高劳动生产率提高机床夹具的标准化程度 现代机床夹具的发展方向精密化 如精密分度 高精度自定心高效化 缩短加工的基本时间和辅助时间 以提高劳动生产率 减轻工人的劳动强度柔性化 通过调整 组合等方式 以适应工艺可变因素标准化 按夹具零件及部件的国家标准以及各类通用夹具 组合夹具标准制造 有利于夹具的商品化生产 有利于缩短生产准备周期 降低生产总成本