夹紧力参考资料.doc

附件1：3.2.2 夹紧力作用点选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下，确定夹紧力作用点的位置和数目。由于夹紧力作用点的位置和数目直接影响工件定位后的可靠性和夹紧后的变形，应依据以下原则：1.夹紧力作用点应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内如图3-6(a)所示，夹紧力作用在支承面范围之外，会使工件倾斜或移动，而如图3-6(b)所示，夹紧力作用在支承面范围之内则是合理的。(a)不合理 (b)合理图3-6 夹紧力作用点应在支承面内2.夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位上如图3-7所示，将作用在壳体中部的单点改成在工件外缘处的两点夹紧，工件的变形大为改善，且夹紧也更可靠。该原则对刚度差的工件尤其重要。 (a)不合理 (b)合理图3-7 夹紧力作用点应在刚性较好部位3.夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以减小切削力对工件造成的翻转力矩必要时应在工件刚性差的部位增加辅助支承并施加夹紧力，以免振动和变形。如图3-8所示，支承a尽量靠近被加工表面，同时给予夹紧力Q2。这样翻转力矩小又增加了工件的刚性R，既保证了定位夹紧的可靠性，又减小了振动和变形。图3-8 夹紧力作用点应靠近加工表面3.2.3 夹紧力大小夹紧力的大小主要影响工件定位的可靠性、工件夹紧变形以及夹紧装置的结构尺寸和复杂性，夹紧力大小要适当，过大了会使工件变形，过小了则在加工时工件会松动，造成报废甚至发生事故。1.夹紧力的大小确定方法在实际设计中确定夹紧力大小的方法有两种：经验类比法和分析计算法。经验类比法如手动夹紧时，可凭人力来控制夹紧力的大小，一般不需要算出所需夹紧力的确切数值，只是必要时进行概略的估算。采用分析计算法，一般将夹具和工件看做一刚性系统，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，再乘以安全系数K，作为所需的实际夹紧力Q。K的取值范围一般为1.53，粗加工时为2.53，精加工时为1.52。夹紧力的计算可根据图3-4中的几种情况来进行。现分析其中的三种情况：1）切削力完全作用在支承上。这时可不增加夹紧力或增加少量的夹紧力，如在拉削套筒、盘类零件的孔时就可不增加夹紧力。2）切削力与夹紧力的方向垂直。夹紧力的情况如图3-4（b）所示，切削力F的计算公式为： （3-1）式中，f1为工件已加工定位面与定位元件之间的摩擦系数，一般取0.100.15；f2为夹紧元件与工件夹紧表面之间的摩擦系数，一般取0.20.25。不计工件重力，并考虑安全系数，则由式（3-1）变形可得夹紧力为： （3-2）3）切削力与夹紧力的方向相反。夹紧力的情况如图3-4（f）所示：此时需要夹紧力最大为： （3-3）2.计算夹紧力的典型实例1）车削加工时的夹紧力计算如图3-9所示，工件夹于三爪卡盘上，每爪的夹紧力为Q。车削时，工件所受的切削力F分为Fx、Fy、Fz三个分力。 图3-9 车削时的夹紧力计算 由于工件夹于三爪卡盘上，三个夹紧力Q要克服工件切削时的轴向移动和绕轴线的转动，轴向移动分力为Fx，绕轴线的转动扭矩为，但夹紧力是夹紧在直径为D的截面处，故根据力矩平衡关系可得直径为D处的力：则合力F为则可得工件与卡爪间处夹紧力值：式中，n为卡爪数；f为工件与卡爪间的摩擦系数。2）钻削加工时的夹紧力计算钻孔时产生轴向力和扭矩，轴向力可以帮助夹紧。如图3-10（a）所示为用压板压紧工件时钻孔，考虑最不利的情况，钻削扭矩全部由夹紧力Q克服，这时由力矩平衡关系可得：式中，M为钻削扭矩（Nm）。如图3-10（b）所示为用三爪卡盘夹紧工件时钻孔，这时钻削扭矩和轴向力全部由三个爪的夹紧力承受，由静力学平衡关系可知：式中，F为钻削时的轴向力（N）；D为需要加工孔的直径（mm）。（a）用压板压紧工件时钻孔 （b）用三爪卡盘夹紧工件时钻孔图3-10 钻孔时的夹紧力计算3）铣削加工时的夹紧力计算如图3-11所示为在卧式铣床上用圆柱铣刀铣削工件上的一个平面，工件由侧面上的两处进行夹紧。图中表示了一个刀齿正在切削的情况，其径向力Fr和周向力FT的合力为F这时合力F会使工件绕O点翻转，其力矩为FL，而阻止它的反力矩是两个夹紧力Q1、Q2产生的摩擦力矩。 图3-11 铣削时的夹紧力计算 若两处夹紧力相等【小提示】若有几个刀齿同时切削，可逐个刀齿进行计算。由于加工中的切削力随刀具的磨钝、工件材料的性质和余量不均匀等因素而变化，而且切削力的公式是在一定的条件下求得的，使用时虽然根据实际的加工情况给予修正，但是很难计算准确，所以在实际生产中一般很少通过计算的方法求的夹紧力，而是通过类比的方法估算夹紧力大小。对于关键的重要夹具，则往往通过试验的方法测定所需的夹紧力。夹紧力三要素的确定是一个综合性问题，必须全面考虑工件的结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧机构。例3-1 如图3-12所示，工件在V形块上定位，进行镗孔。在工件的上母线上施以垂直向下的夹紧力Q，求夹紧力Q的大小。 图3-12 镗孔时V形块定位的受力分析解 镗孔时，工件受到圆周切削力Fz和轴向切削力Fx的作用。圆周切削力Fz使工件受到在V形块内转动的力矩，而轴向切削力Fx会使工件轴向移动。工件重力相对很小，可忽略不计。（1）防止工件转动所需夹紧力。圆周切削力产生的切削转距为M=Fzr，它由夹紧后夹紧点和定位点产生的摩擦力距平衡。设理论夹紧力为，定位表面的支反力为N，由力的平衡方程得即设夹紧点的磨擦系数为m1，支承点的摩擦系数为m2，由力矩平衡方程得即整理得考虑安全系数K，则所需的夹紧力Q为（2）防止工件轴向移动所需的夹紧力、摩擦力与轴向切削力平衡方程为整理得考虑安全系数K，且Q=KQ/，则所需的夹紧力为比较防止工件转动所需夹紧力和防止工件轴向移动所需的夹紧力，取其较大者作为实际所需的夹紧力。【小提示】各接触表面间的摩擦系数m取决于工件与定位支承面或压板之间的接触情况。当接触表面均为已加工表面时，摩擦系数可按下列数据选取：（1）支承块表面为光滑面时，m=0.160.25。（2）支承块表面有与位移方向一致的沟槽时，m=0.3。（3）支承块表面有与位移方向垂直的沟槽时，m=0.4。（4）支承块表面有交错的网状沟槽时，m=0.70.8。