夾緊原理與典型的夾緊.ppt

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夾緊原理與典型的夾緊機構 夾緊 把工件放置在夾具中 壓緊夾牢 夾緊的作用 保持工件在夾具中由定位所獲得的正確加工位置 使工件在加工時不至于由于切削力等外力作用而破壞已取得的正確定位 重要概念 定位與夾緊在夾具設計中是兩個非常重要的概念 兩者既有緊密聯(lián)系 缺一不可 但在概念上又有嚴格區(qū)別 定位的作用是確定工件在夾具中相對于刀具處于一個正確的加工位置 而夾緊的作用是保證工件在加工過程中始終保持由定位所確定的正確加工位置 夾緊不能代替定位 夾緊裝置的組成及基本要求 組成 1 力源裝置 2 夾緊元件 3 中間傳力機構 作用 1 改變作用力的方向 2 改變作用力的大小 3 使夾緊實現(xiàn)自鎖 基本要求 1 夾緊時不破壞工件定位后的正確位置 穩(wěn)2 夾緊力大小要適當 牢3 夾緊操作要迅速 安全 方便 省力 快4 結構緊湊 易于制造與維修 應考慮的問題 夾緊力 三要素 大小 方向 作用點 夾緊機構 增力 快速 機動等 力源裝置 手動 氣動 液動 電動等 夾緊力的方向 夾緊力的方向應使定位基面與定位元件接觸良好 保證工件定位準確可靠 夾緊力三要素設計原則 夾緊力的方向應盡量與工件受到的切削力 重力等的方向一致 以減小夾緊力 夾緊力的方向 圖 夾緊力的方向對夾緊力大小的影響 夾緊力的方向應與工件剛度最大的方向一致 以減小工件變形 由于工件在不同方向上剛性不同 因此對工件在不同方向施加夾緊力時所產生的變形也不同 夾緊力的方向 動畫 力的作用點的位置應能保持工件的正確定位而不發(fā)生位移或偏轉 作用點的位置應正對著支承元件或位于支承元件所形成的支承面內 使夾緊力均勻分布在接觸面上 夾緊力的作用點 夾緊力的作用點應位于工件剛性較大處 且作用點應有足夠的數(shù)目 這樣可使工件的變形量最小 夾緊力的作用點 夾緊力的作用點應盡量靠近工件被加工表面 這樣可使切削力對該作用點的力矩減小 同時減小工件的振動 若加工面遠離夾緊作用點 可增加輔助支承并附加夾緊力以防止工件在加工中產生位置變動 變形或振動 夾緊力的作用點 式中 理論計算的夾緊力 安全系數(shù) 一般取1 5 3 0 粗加工時 K 2 5 3 0 精加工時 K 1 5 2 0 對工件所施加的夾緊力 要適當 夾緊力過大 會引起工件變形 夾緊力過小 易破壞定位 進行夾緊力計算時 通常將夾具和工件看作一剛性系統(tǒng) 以簡化計算 根據(jù)工件在切削力 夾緊力 重型工件要考慮重力 高速時要考慮慣性力 作用下處于靜力平衡 列出靜力平衡方程式 即可算出理論夾緊力 為安全起見 計算出的夾緊力應乘以安全系數(shù)K 故實際夾緊力一般比理論計算值大2 3倍 夾緊力的大小 常用夾緊機構 斜楔夾緊機構 偏心夾緊機構 定心 位于中心 對中 用偏心件直接或間接夾緊工件的機構 螺旋夾緊機構 特點 夾緊力小 費時 組合 單螺旋夾緊機構 螺旋壓板夾緊機構 特點 動作慢 費時 特點 夾緊力可靠 應用廣泛 定心夾緊機構 夾緊機構 楔塊夾緊裝置主要用于增大夾緊力或改變夾緊力方向 楔塊夾緊常與杠桿 壓板 螺旋等組合使用 常用的典型夾緊機構 動畫 動畫1 楔塊夾緊受力的計算 當 時 夾緊力 自鎖性能 但水平行程 升程 操作時間 h s tan 故h遠小于s 2 楔塊的自鎖條件當原始力撤除后 楔塊在摩擦力的作用下仍然不會松開工件的現(xiàn)象稱為自鎖 楔塊在力FR1 FR2作用下平衡 此時摩擦力的方向與楔塊松開的趨勢相反 自鎖的條件應該是 若 1 2 f 0 1 0 15 tg 摩擦角 5 45 8 32 則 11 5 17 為安全起見一般取10 15 或更小些 3 傳力系數(shù)夾緊力與原始力之比稱傳力系數(shù) 以iP表示則有 摩擦角 取5 7 取8 一般ip 2 8 3 3 特點 結構簡單 有增力作用 一般擴力比 3 楔塊夾緊行程小 增大行程會使自鎖性能變差 如雙斜面楔塊 要能自鎖 操作不便 夾緊和松開均需敲擊 夾緊力小 需與機械 汽動 液壓機構聯(lián)動 主要用于機動夾緊 且毛坯質量較高的場合 楔塊材料 通常用20鋼滲碳 淬硬58 62HRC偏心輪 凸輪 螺旋為楔塊的變種 螺旋夾緊裝置是從楔塊夾緊裝置轉化而來的 相當于把楔塊繞在圓柱體上 轉動螺旋時即可夾緊工件 螺旋夾緊裝置 標準浮動壓塊 1 夾緊手柄 2 螺紋襯套 3 防轉螺釘 4 夾具體 5 浮動壓塊 6 工件 螺旋夾緊裝置 a 移動壓板b 轉動壓板c 翻轉壓板 工件處于夾緊狀態(tài)時 根據(jù)力的平衡 力矩的平衡可算得夾緊力 式中 螺旋升角 一般為 2 4 1 螺母與螺桿間的摩擦角 2 工件與螺桿頭部 或壓塊 間的摩擦角 r中 螺旋中徑的一半r1 摩擦力矩計算半徑 其數(shù)值與螺桿頭部或壓塊的形狀有關 螺桿夾緊力計算 楔塊夾緊裝置的自鎖條件為 11 5 17 而螺旋夾緊裝置的螺旋升角 a 2 4 很小 故自鎖性能好 傳力系數(shù)為 因為螺旋升角小于楔塊升角 而L大于r中和r1 所以螺旋夾緊裝置的傳力系數(shù)遠比楔塊夾緊裝置的大 螺旋夾緊的自鎖性能和傳力系數(shù) 特點 1 夾緊結構簡單 夾緊可靠 自鎖性能好 在夾具中得到廣泛應用 2 夾緊力比斜楔夾緊力大 增力比大 螺旋夾緊行程不受限制 所以在手動夾緊中應用極廣 3 螺旋夾緊動作慢 輔助時間長 效率低 在實際生產中 螺旋壓板組合夾緊比單螺旋夾緊應用更為普遍 4 通常采用各種形式的快速夾緊機構 偏心夾緊裝置是將楔塊包在圓盤上 旋轉圓盤使工件得以夾緊 偏心夾緊裝置 圓偏心夾緊原理 圓偏心輪直徑為D 幾何中心為O1 回轉中心為O 偏心距為e 虛線圓為基圓 其直徑為D 2e 為圓盤轉角 P點夾緊時能自鎖 則可保證其余各點均可自鎖 故自鎖條件式中 1 2 材料的摩擦角 p P點壓力角 自鎖條件 D e 14 20D e叫偏心輪的偏心特性 表示偏心輪的工作可靠性 圓偏心夾緊的自鎖條件 2e D 偏心輪與工件的摩擦系數(shù) D e 2 一般 0 1 0 15 圓偏心夾緊力計算圓偏心夾緊實際上是斜楔夾緊的一種變形 假設一升角為 的楔塊 圓偏心夾緊的傳力系數(shù)圓偏心最大升角 p 8 13 而螺旋升角為2 4 又因在一般情況下 r中 因此圓偏心夾緊的傳力系數(shù)遠小于螺旋夾緊的傳力系數(shù) 特點 夾緊迅速方便 夾緊力 行程小 增力比不大 自鎖性不穩(wěn)定 用于切削力小 振動小及工件尺寸公差不大的場合 在切削加工中 若工件是以中心線或對稱面為工序基準 為使C定 0 可采用一種保證工件準確定心或對中的裝置 使工件的定位和夾緊過程同時完成 而定位元件與夾緊元件合二為一 這種裝置稱為定心夾緊裝置 定心夾緊裝置的原理在定心夾緊裝置中 利用等速移動或均勻的彈性變形 使定位夾緊元件或工件定位基準的尺寸制造誤差均勻分布在工件定位面上 保證工件的中心或對稱位置不變 定心夾緊機構 定心夾緊機構 定位夾緊元件等速移動的裝置 左右螺旋定心夾緊裝置 斜楔定心夾緊裝置 定心夾緊機構 定心精度不高夾緊力和夾緊行程較大 常用于粗加工和半精加工 定位夾緊元件均勻彈性變形的裝置 定心精度高夾緊力和夾緊行程較小 僅用于精加工及工件定心尺寸精度等級不低于IT8的場合 多點聯(lián)動夾緊機構 聯(lián)動夾緊機構是操作一個手柄或用一個動力裝置在幾個夾緊位置上同時夾緊一個工件 單件多位夾緊 或夾緊幾個工件 多件多位夾緊 的夾緊機構 在設計聯(lián)動夾緊機構時應注意的問題 必須設置浮動環(huán)節(jié) 以補償同批工件尺寸偏差的變化 保證同時且均勻地夾緊工件 2 聯(lián)動夾緊一般要求有較大的總夾緊力 故機構要有足夠剛度 防止夾緊變形 3 工件的定位和夾緊聯(lián)動時 應保證夾緊時不破壞工件在定位時所取得的位置 1 單件雙向多點聯(lián)動夾緊機構 多點聯(lián)動夾緊機構 2 多件單向聯(lián)動夾緊機構 3 單件同向聯(lián)動夾緊機構 4 單件對向聯(lián)動夾緊機構 多件對向聯(lián)動夾緊機構 見書P107圖2 97 c 5 單件雙向聯(lián)動夾緊機構 夾緊動力源裝置 1 氣動夾緊裝置 2 液動夾緊裝置 3 真空夾緊裝置 氣動夾緊裝置是以壓縮空氣作為工作介質 推動氣缸中的活塞與活塞桿 活塞桿與夾緊機構的的作用力輸入端相連 從而推動夾緊機構夾緊工件 特點 夾緊力基本恒定 夾緊動作迅速 但由于空氣是可壓縮的 夾緊剛性較差 液動夾緊裝置是以液壓油產生動力 特點 1 工作壓力高 傳動力大 不需增力機構 夾具結構簡單 2 油液不可壓縮 夾緊剛性大 工作平穩(wěn) 夾緊可靠 3 噪聲小 勞動條件好 4 適用于重力切削或加工大型工件時的多處夾緊 缺點 需要專用的液壓輔助裝置 成本較高 真空夾緊裝置是利用封閉腔內的真空度吸緊工件 實質上是利用大氣壓來夾緊工件 主要用于加工精度要求而剛性很差的薄片等夾緊 車床夾具工件均為回轉體 夾具隨機床主軸一起旋轉 因此要求夾具結構緊湊 輪廓尺寸盡可能小 重量盡可能靠近回轉軸線 以減少慣性力和回轉力矩 轉速高 必須考慮平衡 夾緊力大小 元件剛度和強度 操作安全等問題 注意消除不平衡引起的振動現(xiàn)象 與機床的聯(lián)接視具體情況而定 通常有較準確的圓柱孔或圓錐孔 夾具帶動工件旋轉 不允許工件相對主軸位移 為使夾具使用安全 應盡可能避免帶有尖角或凸出部分 必要時要加防護罩 典型機床夾具 安裝在車床主軸上的夾具 各種卡盤 頂尖 各種心軸或其它專用夾具 加工時夾具隨機床主軸一起旋轉 切削刀具作進給運動 三爪自定心卡盤和四爪單動卡盤 典型機床夾具 銑床夾具 特點 工件安裝在夾具上隨同機床工作臺一起作送進運動銑削為斷續(xù)切削 沖擊 振動大 夾緊力要求較大夾具要有足夠的剛度和強度 本體應牢固地固定在機床工作臺上銑削加工效率高 工件安裝應迅速 要有快速對刀元件 2 銑床夾具的構造主要由夾具體 定位板 夾緊機構 對刀塊 定向鍵等 銑床夾具的對刀裝置 由對刀塊 平 圓 塞尺等組成 典型機床夾具 鉆床夾具 首先根據(jù)工件的具體情況選定鉆模類型 以及解決如何保證和提高孔的位置精度問題通過鉆套引導刀具進行加工是鉆模的主要特點 鉆套是用來引導鉆頭 擴孔鉆 鉸刀等孔加工刀具 加強刀具剛度 并保證所加工的孔和工件其它表面有準確的相對位置 合理選擇鉆模板 鉆模板主要用來安裝鉆套 應有一定的剛度和強度 鉆模類型 固定式鉆模 回轉式鉆模 翻轉式鉆模 蓋板式鉆模 滑柱式鉆模固定式鉆模 加工中鉆模相對于工件的位置保持不變 回轉式鉆模 具有分度裝置翻轉式鉆模 可翻轉 在多個方向上鉆孔 適用重量比較輕的中小件 蓋板式鉆模 沒有夾具體 結構簡單 多用于加工大型工件上的小孔 滑柱式鉆模 是一種具有升降模板的通用可調整鉆模 適用孔垂直度和孔心距要求不高的中小型工件 固定鉆套 可換鉆套 快換鉆套 1 鉆套 鉆套是引導刀具的元件 用以保證孔的加工位置 并防止加工過程中刀具的偏斜 一般取H 1 2 5 D 加工鋼件時 取h 0 7 l 5 D 加工鑄鐵件時 取h 0 3 0 4 D 加長鉆套 斜面鉆套 小孔距鉆套 定位夾緊鉆套 2 鉆模板 固定式 鉸鏈式 分離式 懸掛式 固定式鉆模板 鉆模板直接固定在夾具體上 結構簡單 精度較高 鉸鏈式鉆模板 鉆模板通過鉸鏈與夾具體相聯(lián)接 鉸鏈處存在間隙 因而精度不高 工件裝卸方便 分離式鉆模板 鉆模板可拆卸 方便工件裝卸 懸掛式鉆模板 懸掛在主軸上 隨主軸一起靠近或離開工件 它與夾具體的相對位置由滑柱來保證 多與組合機床的多軸頭聯(lián)用 對機床夾具的基本要求 穩(wěn)定地保證工件的加工精度 提高機械加工的勞動生產率 結構簡單 有良好的結構工藝性和勞動條件 應能降低工件的制造成本 考慮上述四方面要求時 應在滿足加工要求的前提下 根據(jù)具體情況處理好生產率與勞動條件 生產率與經濟性的關系 解決主要矛盾 應在設計過程中深入生產實際進行調查研究 廣泛征求操作者的意見 吸收國內外有關的先進經驗 在此基礎上擬出初步設計方案 經過討論 然后定出合理的方案進行具體設計 機床夾具的基本要求和設計步驟 確定夾具的結構方案 繪制結構草圖 研究原始資料 明確設計任務 繪制夾具總圖 確定并標注有關尺寸和夾具技術要求 繪制夾具零件圖 基本步驟 明確設計任務 1 分析研究工件的結構特點 材料 生產規(guī)模和本工序加工的技術要求以及前后工序的聯(lián)系 2 了解加工所用設備 輔助工具中與設計夾具有關的技術性能和規(guī)格 3 了解工具車間的技術水平等 必要時還要了解同類工件的加工方法和所使用夾具的情況 作為設計的參考 確定夾具的結構方案1 根據(jù)六點定位原理確定工件的定位方式 并設計相應的定位裝置 工件的定位方案 2 確定刀具的導引方法 并設計引導元件和對刀裝置 對刀或導引方案 3 確定工件的夾緊方案并設計夾緊裝置 工件的夾緊方案 4 確定其它元件或裝置的結構形式 如定向鍵 分度裝置等 5 考慮各種裝置 元件的布局 確定夾具的總體結構 安裝方式及夾具體的結構形式 6 對夾具的總體結構 最好考慮幾個方案 經過分析比較 從中選取較合理的方案 對結構方案進行精度分析和估算 總體設計的幾點要求 定位件 夾緊件 導引件等元件設計時應盡可能標準化 通用化為操作方便和防止裝反 應設置止動銷 障礙銷 防誤裝標志等運動部件必須運動靈活 可靠零部件結構工藝性要好 應易于制造 檢測 裝配和調整夾具結構應便于維修和更換零部件適當考慮提高夾具的通用性 繪制總裝圖的順序是 1 用雙點劃線繪出工件的輪廓外形 示意出定位基準面和加工面的位置 2 把工件視為透明體 按照工件的形狀和位置依次繪出定位 夾緊 導向及其它元件和裝置的具體結構 3 最后繪制夾具體 形成一個夾具整體 確定并標注有關尺寸和夾具技術要求 五類尺寸 夾具的外形輪廓尺寸定位零件上定位表面的尺寸以及各定位表面之間的尺寸定位表面到對刀件或刀具導引件間的位置尺寸主要的配合尺寸夾具與機床聯(lián)系部分的聯(lián)系尺寸四類技術要求 定位元件之間的位置要求定位元件與連接元件和 或 夾具體底面的相互位置要求導引元件和 或 夾具體底面的相互位置要求導引元件與定位元件間的相互位置要求 繪制夾具零件圖 夾具中的非標準件都應繪制零件圖并按總圖要求標注尺寸 公差 表面粗糙度和技術要求 鉆床夾具設計舉例 鉆床夾具 機床夾具是由定位元件 夾緊裝置 對刀元件 夾具體等部分組成 其中定位與夾緊兩個環(huán)節(jié)是夾具設計的重點 定位就是確定工件在夾具中的正確位置 是通過定位元件實現(xiàn) 工件有完全定位和不完全定位 過定位和欠定位 欠定位是不允許的 過定位有條件地采用 由于基準不重合 定位副制造不準確等原因 定位過程中會產生誤差 定位誤差的計算要根據(jù)具體情況分析計算 夾緊是為了克服切削力等外力干擾而使工件在空間中保持正確的定位位置的一種手段 夾緊一般在定位步驟之后 有時定位與夾緊是同時進行的 如定心夾緊機構 機床夾具設計應根據(jù)具體設計任務 遵循夾具設計的基本要求和步驟進行設計 機床夾具的現(xiàn)狀及發(fā)展方向能迅速而方便地裝備新產品 以縮短生產準備周期 降低生產成本能裝夾一組具有相似性特征的工件適用于精密加工的高精度機床夾具適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置 以進一步提高勞動生產率提高機床夾具的標準化程度 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向精密化 如精密分度 高精度自定心高效化 縮短加工的基本時間和輔助時間 以提高勞動生產率 減輕工人的勞動強度柔性化 通過調整 組合等方式 以適應工藝可變因素標準化 按夾具零件及部件的國家標準以及各類通用夾具 組合夾具標準制造 有利于夾具的商品化生產 有利于縮短生產準備周期 降低生產總成本