工件的夹紧

• 夹具夹紧装置的组成和基本要求• 确定夹紧力• 基本夹紧机构 ( 斜楔、螺旋、偏心 )• 常用夹紧机构（定心、联动、铰链）

在机械加工过程中，工件受到切削力、重力、离心力、惯性力“四力”等的作用，为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件确定的加工位置，而不致发生振动或位移、夹具结构中应设置夹紧装置将工件可靠夹牢。

工件定位后，将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置。夹紧装置是一副夹具的主要组成部分。

夹具夹紧装置的组成和基本要求

夹紧装置的组成夹紧装置的组成夹紧装置的种类很多，但其结构均由两部分组成。 1 ）动力装置：产生夹紧力（供力） 夹紧力的来源，一是手动；二是机动，即某种动力装置。常用的动力装置有：液压装置、气压装置、电磁装置、电动装置、气－液联动装置和真空装置等，由此，可将夹紧装置分为手动夹紧装置和机动夹紧装置。 2 ）夹紧机构：传递和施加夹紧力（传力、施力）

机构是具有确定相对运动的构件组合。

在工件夹紧过程中起力的传递作用的机构，称为夹紧机构。夹紧机构在传递力的过程中，能根据需要改变力的大小、方向和作用点。

手动夹具的夹紧机构还应具有良好的自锁性能，以保证人力的作用停止后，仍能可靠地夹紧工件。

夹紧装置组成的方框图

例1

1 －压板 2 －铰链臂 3 －活塞杆 4 －液压缸 5 －活塞

图 1-46 液压夹紧铣床夹具

夹紧装置的组成

l— 气缸 2— 斜楔 3— 滚子 4— 压板 5— 工件

例2

夹紧装置的基本要求夹紧装置的基本要求

1 ）夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。

2 ）夹紧力的大小适当，一批工件的夹紧力要稳定。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。夹紧力稳定可减小夹紧误差。

3 ）夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。工件生产批量愈大，允许设计愈复杂、效率愈高的夹紧装置。

4 ）工艺性好，使用性好。其结构应力求简单，便于制造和维修。夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。

夹紧力的方向夹紧力的方向

1. 夹紧力的方向应有助于定位稳定，且夹紧力应朝向主要限位面。对工件只施加一个夹紧力，或施加几个方向相同的夹紧力时，夹紧力的方向应尽可能朝向主要限位面。

确定夹具力

2. 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力

夹紧力方向与夹紧力大小的关系

切削力 F ，重力 G ，夹紧力 Fw

下图为工件在夹具中加工时常见的几种受力情况。

实际生产中，满足 Fw 、 F 及 G 同向的夹紧机构并不多，故在机床夹具设计时要根据各种因素辩证分析、恰当处理。

如图所示为最不理想的状况，夹紧力 Fw 比(F+G) 大很多，但由于工件小、重量轻，钻小孔时切削力也小，因而此种结构仍是实用的。

夹紧力与切削力、重力反向的钻模

3. 夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向

夹紧力方向与工件刚性的关系

夹紧力的作用点夹紧力的作用点1. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内（正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面）。

2. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的方向和部位。

作用点应靠近工件加工部位

3. 夹紧力作用点应靠近工件的加工表面

增设辅助支承和辅助夹紧力之一

增设辅助支承和辅助夹紧力之二1— 工件； 2— 辅助支承； 3— 铣刀

对工件的夹紧力过大，会引起工件变形，达不到加工精度要求，而且使夹紧装置结构尺寸加大，造成结构不紧凑；夹紧力过小，会造成夹不牢工件，加工时易破坏定位，同样也保证不了加工精度要求，甚至会引起安全事故。由此可见，必须对工件施加大小适当的夹紧力。

夹紧力的大小夹紧力的大小

加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力及重力的作用。理论上，夹紧力的作用应与上述力 ( 矩 )的作用平衡；而实际上，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。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能用估算法进行粗略的估算。

估算方法：

+ 找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力。

+ 只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。

估算步骤：

1 ）建立理论夹紧力 FJ 理论，与主要最大切削力 FP 的静平衡方程： FJ理论＝ (FP)。

2 ）实际需要的夹紧力 FJ需要，应考虑安全系数 K ， FJ需要＝ KFJ理论。

3 ）校核夹紧机构产生的夹紧力 FJ是否满足条件： FJ＞ FJ需要。

例 1 图 1-51 为铣削加工示意图，试估算所需的夹紧力。

由于是小型工件，工件重力略去不计。因为压板是活动的，压板对工件的摩擦力也略去不计 ( ? )

FJ1 = FJ2 = FJ 理论 f1 = f2 = f

FJ1 = FJ2 = FJ 理论 f1 = f2 = f

实际需要夹紧力为： FJ 需要 ＝ KFJ 理论其中， K为安全系数，一般取 1.5~2.5 ；夹紧力与切削力方

向相反时 ,取 2.5~3 ；

注意：对于关键性的重要夹具，往往通过试验的方法来测定所需的夹紧力。

可见，设置止推销后，夹紧力大大减小了。

例 2 如图所示，求车削时所需的夹紧力

车削加工所需夹紧力1 一三爪自定心卡盘； 2 一工件； 3 一车刀

解：工件用三爪自定心卡盘夹紧，车削时受切削分力Fz 、 Fx 、 Fy 的作用。主切削力 Fz 形成的切削转矩为 Fz (d/2) ，使工件相对卡盘顺时针转动。

为简化计算，工件较短时只考虑切削转矩的影响。根据静力平衡条件并考虑安全系数，需要每一个卡爪实际输出的夹紧力为

0W32 2z

d dF F f

W 3zKF

Ff

( 当 d≈d0 时 )

练习

判断夹紧力的方向和作用点的合理性及如何改进。

如图所示为工件夹紧时弹性变形产生的圆度误差和工件定位基面与夹具支承面之间接触变形产生的加工尺寸误差 y 。

工件夹紧变形示意图

减少夹紧变形的方法

1. 合理确定夹紧力的方向、作用点和大小

作用点数目与工件变形的关系1— 工件； 2— 递力垫圈； 3— 压板

2. 在可能条件下采用机动夹紧，并使各接触面上所受的单位压力相等

夹紧力作用点的设置1— 支承钉； 2— 工件

3.提高工件和夹具元件的装夹刚度① 对于刚度差的工件，应采用浮动夹紧装置或增设辅助支承。

浮动式螺旋压板机构1—滑柱； 2—杠杆； 3—套筒； 4— 螺母； 5— 压板；

6— 工件； 7 、 8—浮动卡爪； 9—拉杆

设置辅助支承强化工件刚度1— 固定支承； 2— 工件； 3—辅助支承

② 改善接触面的形状，提高接合面的质量。如提高接合面硬度，降低表面粗糙度值，必要时经过预压等。

夹紧力对夹具体变形的影响1— 夹具体； 2— 工件； 3— 压板； 4— 可调支承； 5—平衡杠杆