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典型机床夹具夹紧机构

数控产品网 www.cncproduct.com   2014-06-10   来源:网络转载   阅读:1089次
一、工件的夹紧     将工件定位后的位置固定下来称为夹紧,夹紧的目的是保持工件在定位中所获得的正确位置,使其在外力(夹紧力、切削力、离心力等外力)作用下,不发生移动和振动。 一、夹紧装置的组成及基本要求 图 9-33 液压夹紧的铣床夹具 1 -压板  2 -铰链臂  3 -活塞杆  4 -液压缸  5 -活塞 1 . 夹紧装置的组成     夹紧装置由两个基本部分组成。 ( 1 )动力装置     夹紧力的来源于人力或者某种动力装置。用人力对工件进行夹紧称为手动夹紧。用各种动力装置产生夹紧作用力进行夹紧称为机动夹紧。常用的动力装置有:液压、气动、电磁、电动和真空装置等。 ( 2 )夹紧机构     一般把夹紧元件和中间传递机构和成为夹紧机构。 1 )中间传递机构 它是在动力装置与夹紧元件之间,传递夹紧力的机构。其主要作用有:改变作用力的方向和大小;夹紧工件后的自锁性能,保证夹紧可靠,尤其在手动夹具中。 2 )夹紧元件 是执行元件,它直接与工件接触,最终完成夹紧任务。     图 9-33 所示 是液压夹紧的铣床夹具 。其中,液压缸 4 、活塞 5 、活塞杆 3 组成了液压动力装置,铰链臂 2 和压板 1 等组成了铰链压板夹紧机构,压板 1 是 夹紧元件。 2 . 对夹紧装置的基本要求 ( 1 )能保证工件定位后占据的正确位置。 ( 2 )夹紧力的大小要适当、稳定。既要保证工件在整个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。夹紧力稳定可减少夹紧误差。 ( 3 )夹紧装置的复杂程度与生产类型相适应。工件的生产批量越大,允许设计越复杂、效率越高的夹紧装置。 ( 4 )工艺性好,使用性好。其结构应尽量简单,便于制造和维修;尽可能使用标准夹具零部件;操作方便、安全、省力。 二、夹紧力的确定     设计夹具的夹紧机构时,所需夹紧力的确定包括夹紧力的作用点、方向、大小三要素。 1 . 夹紧力的方向 ( 1 )夹紧力的方向应有助于定位,不应破坏定位。
图 9-34 夹紧力的方向朝向主要定位面
    只有一个夹紧力时,夹紧力应垂直于主要定位支承或使各定位支承同时受夹紧力作用 。     图 9-34 所示 为夹紧力朝向主要定位面的示 例。图 a 中,工件以左端面与定位元件的 面接触,限制工件的三个自由度;底面与 面接触,限制工件的二个自由度;夹紧力朝向主要定位面 ,有利于保证 孔与左端面的垂直度要求 。 图b中,夹紧力朝向V形块的V形面,使工件装夹稳定可靠 。
图 9-35 分别加力和一力两用
图 9-36 夹紧力与切削力、重力的关系
    图 9-35 所示是一力两用和使各定位基面同时受夹紧力作用的情况。图 a 对第一定位基面施加 , 对第二定位基面施加 ;图 b、 c 所示施加 代替 、 ,使两定位基面同时受到夹紧力的作用 。 用几个夹紧力分别作用时,主要夹紧力应朝向主要定位支承面,并注意夹紧力的动作顺序。如三平面组合定位, , 是主要夹紧力,朝向主要定位支承面,应最后作用; 、 应先作用 。 ( 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、重力方向一致。 图 9-36 所 示为夹紧力与切削力、重力的关系: 图 a 夹紧力 与重力 、切削力 方向一致,可以不夹紧或用很小的夹紧力: ; 图 b 夹紧力 与切削力 垂直,夹紧力较小: ; 图 c 夹紧力 与切削力 成夹角 ,夹紧力较大: 图 d 夹紧力 与切削力 、重力 垂直,夹紧力最大:  图 e 夹紧力 与切削力 、重力反向,夹紧力较大:      由上述分析可知图 a 、 b 应优先选用,图 c 、 e 次之,图d最差,应尽量避免使用。上面公式中的 为工件与支承间的摩擦系数。 3 . 夹紧力的大小     夹紧力的大小必须适当。过小,工件在加工过程中发生移动,破坏定位;过大,使工件和夹具产生夹紧变形,影响加工质量。     理论上,夹紧力应与工件受到切削力、离心力、惯性力及重力等力的作用平衡;实际上,夹紧力的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。切削力在加工过程中是变化的,因此夹紧力只能进行粗略的估算。 估算夹紧力时,应找出对夹紧最不利的瞬时状态,略去次要因素,考虑主要因素在力系中的影响。通常将夹具和工件看成一个刚性系统,建立切削力、夹紧力 、(大型工件)重力、(高速运动工件)惯性力、(高速旋转工件)离心力、支承力以及摩擦力静力平衡条件,计算出理论夹紧力 。则实际夹紧力 ( 9-17 ) 式中 —— 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 ;粗加工时, ;精加工时, 

生产中还经常用类比法(或试验)确定夹紧力。

三、典型夹紧机构     常用的典型夹紧机构有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构及铰链夹紧机构等。 1. 斜楔夹紧机构     斜楔夹紧机构是最基本夹紧机构,螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构等均是斜楔机构的变型。 图 9-40 为几种典型的斜楔夹紧机构 ,图a是在工件上钻互相垂直的 、 两组孔,工件装入后,锤击 斜楔大头,夹紧工件; 加工完毕后,锤击 斜楔小头,松开工件。 可见,斜楔是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。图 b 是将 斜楔与滑柱合成一种夹紧机构,一般用气压或液压驱动。 图 c 是由端面 斜楔与压板组合而成的夹紧机构。 ( 1 )斜楔的夹紧力 图 9-41a 为斜楔在外力作用下的受力情况,建立静平衡方程式: ,其中 ,  整理后得: ( 9-18 ) 式中 —— 斜楔对工件的夹紧力,单位为 —— 斜楔升角,单位为( ); ——加在斜楔上的原始作用力,单位为 ——斜楔与工件间的摩擦角( ); ——斜楔与夹具体间的摩擦角( )。
图 9-41 斜楔的受力分析
设 ,当 时,可用下式作近似计算: ( 9-19 ) ( 2 ) 斜楔的自锁条件     当加在斜楔上的原始作用力 撤除后,斜楔在摩擦力作用下仍然不会松开工件的现象称为自锁。此时摩擦力的方向与斜楔企图松开和退出的方向相反,如图 9-41 b 所示。从图中可见,要自锁,必须满足下式: 其中  整理后  所以 ( 9-20 ) 斜楔的自锁条件是斜楔的升角小于或等于斜楔与工件、斜楔与夹具体间的摩擦角之和。 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 。 3 )斜楔的扩力比与夹紧行程 夹紧力 与原始作用力 之比称为扩力比或增力系数,用 表示,即 ( 9-21 ) 若 , ,则 。可见, 斜楔具有扩力作用, 越小, 越大。 图 9-41c 所示, 是 斜楔夹紧行程, 是斜楔 夹紧工件过程中移动的距离,则 ( 9-22 )
图 9-42 螺旋夹紧机构
由于 受到 斜楔 长度的限制,要增大 夹紧行程,就得增大斜角 ,这样会降低自锁性能。当要求机构既能自锁,又要有较大夹紧行程,可采用双斜面斜楔,如 图 9-40 b 所示,大斜角 段使滑柱 迅速上升,小斜角 段确保自锁。 2 . 螺旋夹紧机构     图 9-42 是常见 螺旋夹紧机构。 由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成。 ( 1 )单个螺旋夹紧机构直接用螺钉或螺母夹紧工件的机构,称为单个螺旋夹紧机构,如图 9-42 所示。 图a中螺钉头直接与工件表面接触,螺钉转动时,可能损伤工件表面或带动工件旋转。为克服这一缺点,可在螺钉头部装上 摆动压块 ( ) 。 图 9-43 a 、b 所示, A 型的端面光滑,用于夹紧已加工表面; B 型的端面有齿纹,用于夹紧毛坯面。当要求螺钉只移动不转动时,可采用图 c 所示结构( )。 单个螺旋夹紧机构夹紧动作慢,装卸工件费时,为克服这一缺点,可采用各种快速螺旋夹紧机构 。 ( 2 )螺旋压板夹紧机构
  图 9-44 螺旋压板夹紧机构
常见的螺旋压板夹紧机构如图 9-44 所示,图 a 、 b 为移动压板;图 c 、 d 为回转压板。图 9-45 是螺旋钩形压板夹紧机构,其特点是结构紧凑,使用方便。当钩形压板妨碍工件装卸时,自动回转钩形压板避免了手转动钩形压板的麻烦。
图 9-45 自动回转钩形压板图
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,是手动夹紧中常用的一种夹紧机构。[OT_page] 3 . 偏心夹紧机构
图 9-46 圆偏心夹紧机构
    用偏心件直接或间接夹紧工件的机构,称为偏心夹紧机构。常用的偏心件是圆偏心轮和偏心轴。 图 9-46 是常 见的圆偏心夹紧机构,图 a 、 b 用的是圆偏心轮;图c用的是偏心轴;图d用的是偏心叉。

    偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速,但夹紧力和行程较小,一般用于切削力不大、振动小、夹压面公差小的情况。

4 . 铰链夹紧机构     图 9-47 所示是常用的铰链夹紧机构的三种基本结构,图 a 为单臂铰链夹紧机构;图 b 为双臂单作用铰链夹紧机构;图 c 为双臂双作用铰链夹紧机构。由气缸带动铰链臂及压板转动夹紧或松开工件。
图 9-47 铰链夹紧机构
铰链夹紧机构是一种增力机构,其结构简单,增力比大,摩擦损失小,但一般不具备自锁性能,常与具有自锁性能的机构组成复合夹紧机构。所以铰链夹紧机构适用于多点、多件夹紧,在气动、液压夹具中获得广泛应用。 5 .定心、对中夹紧机构     定心、对中夹紧机构是一种特殊夹紧机构,其定位和夹紧是同时实现的,夹具上与工件定位基准相接触的元件,既是定位元件,又是夹紧元件。定心、对中夹紧机构一般按照以下两种原理设计: ( 1 )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。图 9-49 所示为螺旋定心夹紧机构。 
  图 9-49 螺旋定心夹紧机构
( 2 )定位—夹紧元件按均匀弹性变形原理 实现定心夹紧。如各种弹黄心轴、弹簧夹头、液性塑料夹头等。图9-50为弹簧夹头的结构。
图 9-50 弹簧夹头
[OT_page] 6 .联动夹紧机构 需同时多点夹紧工件或几个工件时,为提高生产效率,可采用联动夹紧机构。
图 9-51 浮动压头和四点双向浮动夹紧机构 1 —浮动元件
图 9-52 对向式多件夹紧机构 1—压板, 2—夹具体, 3—滑柱, 4—偏心轮, 5—导轨, 6—螺杆, 7—顶杆, 8—连杆
    如图 9-51 所示,多点夹紧机构中有一个重要的浮动机构或浮动元件 1 ,在夹紧工件的过程中,若有一个夹紧点接触,该元件就能摆动(图 a )或移动(图 b ),使两个或多个夹紧点都接触,直至最后均衡夹紧。图 c 为四点双向浮动夹紧机构,夹紧力分别作用在两个互相垂直的方向上,每个方向各有两个夹紧点,通过浮动元件 1 实现对工件的夹紧,调节杠杆 、 的长度可以改变两个方向夹紧力的比例。     图 9-52 所示是常见的对向式多件夹紧机构,通过浮动夹紧机构产生两个方向相反、大小相等的夹紧力,并同时将工件夹紧。     CncProduct.Com(编辑:小朱)
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