【文章內(nèi)容簡介】 在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持已由定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生 振動和位移，在夾具結(jié)構(gòu)中必須設(shè)置一定的夾緊裝置將工件可靠地夾牢。 工件定位后將工件固定并使其在加工過程中保持定位位置不變的裝置，稱為夾緊裝置。 夾緊裝置的組成由以下三部分組成。 （ 1）動力源裝置 它是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。分為手動夾緊和機動夾緊兩種。手動夾緊的力源來自人力，用時比較費時費力。為了改善勞動條件和提高生產(chǎn)率，目前在大批量生產(chǎn)中均采用機動夾緊。機動夾緊的力源來自氣動、液壓、氣液聯(lián)動、電磁、真空等動力夾緊裝置。 （ 2）傳力機構(gòu) 它是介于 動力源和夾緊元件之間傳遞動力的機構(gòu)。傳力機構(gòu)的作用是：改變作用力的方向；改變作用力的大??；具有一定的自鎖性能，以便在夾緊力一旦消失后，仍能保證整個夾緊系統(tǒng)處于可靠的夾緊狀態(tài)，這一點在手動夾緊時尤為重。 （ 3）夾緊元件 它是直接與工件接觸完成夾緊作用的最終執(zhí)行元件。 在夾緊工件的過程中，夾緊作用的效果會直接影響工件的加工精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)效率。因此，設(shè)計夾緊裝置應(yīng)遵循以下原則： （ 1）工件不移動原則 夾緊過程中，應(yīng)不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。 （ 2）工件不變形原則 夾緊力的大小要適當(dāng)，既要保證夾緊可靠，又應(yīng)使工件在夾緊力的作用下不致產(chǎn)生加工精度所不允許的變形。 （ 3）工件不振動原則 對剛性較差的工件，或者進(jìn)行斷續(xù)切削，以及不宜采用氣缸直接壓緊的情況，應(yīng)提高支承元件和夾緊元件的剛性，并使 15 夾緊部位靠近加工表面，以避免工件和夾緊系統(tǒng)的振動。 （ 4）安全可靠原則 夾緊傳力機構(gòu)應(yīng)有足夠的夾緊行程，手動夾緊要有自鎖性能，以保證夾緊可靠。 （ 5）經(jīng)濟實用原則 夾緊裝置的自動化和復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，便于制造、維修，工藝性能好 ；操作方便、省力，使用性能好。 確定夾緊力的基本原則 設(shè)計夾緊裝置時，夾緊力的確定包括夾緊力的方向、作用點和大小三個要素。 夾緊力的方向與工件定位的基本配置情況，以及工件所受外力的作用方向等有關(guān)。選擇時必須遵守以下準(zhǔn)則： （ 1）夾緊力的方向應(yīng)有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應(yīng)朝向主要定位基面。 （ 2）夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力，以減小工件的變形、減輕勞動強度。 （ 3）夾緊力的方向應(yīng)是工件剛性較好的方向。由于工件在不同方向上剛度是不等的。不同的受力表面也因其接觸 面積大小而變形各異。尤其在夾壓薄壁零件時，更需注意使夾緊力的方向指向工件剛性最好的方向。 夾緊力作用點是指夾緊件與工件接觸的一小塊面積。選擇作用點的問題是指在夾緊方向已定的情況下確定夾緊力作用點的位置和數(shù)目。夾緊力作用點的選擇是達(dá)到最佳夾緊狀態(tài)的首要因素。合理選擇夾緊力作用點必須遵守以下準(zhǔn)則： （ 1）夾緊力的作用點應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能使夾緊點與支承點對應(yīng)，使夾緊力作用在支承上。如夾緊力作用在支承面范圍之外，會使工件傾斜或移動，夾緊時將破壞工件的定位。 （ 2）夾緊力的作用點 應(yīng)選在工件剛性較好的部位。這對剛度較差的工 16 件尤其重要，如將作用點由中間的單點改成兩旁的兩點夾緊，可使變形大為減小，并且夾緊更加可靠。 （ 3）夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工表面，以防止工件產(chǎn)生振動和變形，提高定位的穩(wěn)定性和可靠性。 夾緊力的大小，對于保證定位穩(wěn)定、夾緊可靠，確定夾緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，都有著密切的關(guān)系。夾緊力的大小要適當(dāng)。夾緊力過小則夾緊不牢靠，在加工過程中工件可能發(fā)生位移而破壞定位，其結(jié)果輕則影響加工質(zhì)量，重則造成工件報廢甚至發(fā)生安全事故。夾緊力過大會使工件變形，也會對加工質(zhì)量不 利。 理論上，夾緊力的大小應(yīng)與作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而實際上，夾緊力的大小還與工藝系統(tǒng)的剛度、夾緊機構(gòu)的傳遞效率等因素有關(guān)，計算是很復(fù)雜的。因此，實際設(shè)計中常采用估算法、類比法和試驗法確定所需的夾緊力。 當(dāng)采用估算法確定夾緊力的大小時，為簡化計算，通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件所受切削力、夾緊力（大型工件應(yīng)考慮重力、慣性力等）的作用情況，找出加工過程中對夾緊最不利的狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力，最后再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力，即 Fwk = KFw 式中 Fwk—— 實際所需夾緊力，單位為 N； Fw—— 在一定條件下，由靜力平衡算出的理論夾緊力，單位為N； K—— 安全系數(shù)，粗略計算時，粗加工取 K＝ ～ 3，精加工取K＝ ～ 2。 夾緊力三要素的確定，實際是一個綜合性問題。必須全面考慮工件結(jié)構(gòu)特點、工藝方法、定位元件的結(jié)構(gòu)和布置等多種因素，才能最后確定并具體設(shè)計出較為理想的夾緊裝置。 有 時一個工件很難找出合適的夾緊點。如較長的套筒在車床上鏜內(nèi)孔 17 和高支座在鏜床上鏜孔，以及一些薄壁零件的夾持等，均不易找到合適的夾緊點。這時可以采取以下措施減少夾緊變形。 若高支座可采用增加一個輔助支承點及輔助夾緊力，就可以使工件獲得滿意的夾緊狀態(tài)。 用一塊活動壓板將夾緊力的著力點分散成兩個或四個，從而改變著力點的位置，減少著力點的壓力，獲得減少夾緊變形的效果。 在壓板下增加墊環(huán)，使夾緊力通過剛性好的墊環(huán)均勻地作用在薄壁工件上，避免工件局 部壓陷。 加工薄壁套筒時，采用加寬卡爪，如果夾緊力較大，仍有可能發(fā)生較大的變形。因此，在精加工時，除減小夾緊力外，夾具的夾緊設(shè)計，應(yīng)保證工件能產(chǎn)生均勻的對稱變形，以便獲得變形量的統(tǒng)計平均值，通過調(diào)整刀具適當(dāng)消除部分變形量，也可以達(dá)到所要求的加工精度。 對于一些極薄的特形工件，靠精密沖壓加工仍達(dá)不到所要求的精度而需要進(jìn)行機械加工時，上述各種措施通常難以滿足需要，可以采用一種凍結(jié)式夾具。這類夾具是將極薄的特形工件定位于一個隨行的型腔里，然后澆灌低熔點金屬，待其固結(jié)后一起加工， 加工完成后，再加熱熔解取出工件。低熔點金屬的澆灌及熔解分離，都是在生產(chǎn)線上進(jìn)行的。 夾緊機構(gòu)是指能實現(xiàn)以一定的夾緊力夾緊工件選定夾緊點的功能的完整結(jié)構(gòu)。它主要包括與工件接觸的壓板、支承件和施力機構(gòu)。對夾緊機構(gòu)通常有如下要求。 由于工件上各夾緊點之間總是存在位置誤差，為了使壓板可靠地夾緊工件或使用一塊壓板實現(xiàn)多點夾緊，一般要求夾緊機構(gòu)和支承件等要有浮動自位的功能。要使壓板及支承件等產(chǎn)生浮動，可用球面墊圈、球面支承及間隙聯(lián)接銷不實現(xiàn)。 為了實現(xiàn)幾個方向的夾緊 力同時作用或順序作用，并使操作簡便，設(shè)計中廣泛采用各種聯(lián)動機構(gòu)。 為了減小動力源的作用力，在夾緊機構(gòu)中常采用增力機構(gòu)。 18 最常用的增力機構(gòu)有：螺旋、杠桿、斜面、鉸鏈及其組合。 鉸鏈增力機構(gòu)常和杠桿機構(gòu)組合使用，稱為鉸鏈杠桿機構(gòu)。它是氣動夾具中常用的一種增力機構(gòu)。其優(yōu)點是增力比較大，而摩擦損失較小。 當(dāng)去掉動力源的作用力之后，仍能保持對工件的夾緊狀態(tài)，稱為夾緊機構(gòu)的自鎖。自鎖是夾緊機構(gòu)的一種十分重要并且十分必要的特性。常用的自鎖機構(gòu)有螺旋、斜面及偏心機構(gòu)。 19 3 銑床夾具設(shè)計 圖 31 所示拔叉零件，要求設(shè)計銑槽工序用的銑床夾具。根據(jù)工藝規(guī)程，在銑槽之前其它各表面均已加工好，本工序的加工要求是：槽寬14H11mm，槽深 7mm，槽的中心平面與Ф 26H7 孔軸線的垂直度公差為 ，槽側(cè)面與 E面的距離 12 177。 ，槽底面與 B面平行。 撥插零件圖 3— 1 當(dāng)工件在不受任何條件約束時，其位置是任意的不確定的。設(shè)工件為一理想的鋼體，并以一個空間直角坐標(biāo)作為參照來觀察 鋼體的位置變動。由理論力學(xué)可知，在空間處于自由狀態(tài)的鋼體，具有六個自由度，即沿著 X、Y、 Z三個坐標(biāo)軸的移動和繞著這三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動，如圖所示。用 X、 Y、 20 Z和 X、 Y、 Z分別表示沿三個坐標(biāo)軸的移動和繞著這三個坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動的自由度。 六個自由度是工件在空間位置不確定的最高程度。定位的任務(wù)，就是要限制工件的自由度。在夾具中，用分別適當(dāng)?shù)呐c工件接觸的六個支撐點，來限制工件六個自由度的原理，稱為六點定位原理。 （ 1）完全定位 工件的六個自由度全部被限制，它在夾具中只有唯一的位置，稱為完全 定位。 （ 2）部分定位 工件定位時，并非所有情況下都必須使工件完全定位。在滿足加工要求的條件下，少于六個支撐點的定位稱為部分定位。 在滿足加工要求的前提下，采用部分定位可簡化定位裝置，在生產(chǎn)中應(yīng)用很多。如工件裝夾在電磁吸盤上磨削平面只需限制三個自由度。 （ 3）過定位（重復(fù)定位） 幾個定位支撐點重復(fù)限制一個自由度，稱為過定位。 1）一般情況下，應(yīng)該避免使用過定位。 通常，過定位的結(jié)果將使工件的定位精度受到影響，定位不確定可使工件（或定位件）產(chǎn)生變形，所以在一般情況下，過定位是應(yīng)該避免的。 2）過定位亦可合理應(yīng) 用 雖然工件在夾具中定位，通常要避免產(chǎn)生“過定位”，但是在某些條件下，合理地采用“過定位”，反而可以獲得良好的效果。這對剛性弱而精度高的航空、儀表類工件更為顯著。 工件本身剛性和支承剛性的加強，是提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)率的有效措施，生產(chǎn)中常有應(yīng)用。大家都熟知車削長軸時的安裝情況，長軸工件的一端裝入三爪卡盤中，另一端用尾架尖支撐。這就是個“過定位”的定位方式。只要事先能對工件上諸定位基準(zhǔn)和車床（夾具）有關(guān)的形位誤差從嚴(yán)控制，過定位的弊端就可以免除。由于工件的支撐剛性得以加強，尾架的扶持有助于實現(xiàn)穩(wěn)定，可靠的定位， 所以工件安裝方便，加工質(zhì)量和效率 21 也大為提高。 按照加工要求，銑通槽時應(yīng)限制五個自由度，即沿 x 軸移動的自由度不需要限制，但若在此方向設(shè)置一止推支撐，則可起到承受部分銑削力的作用，故可采用完全定位。 如圖 所示，有三中定位方案可供選擇： 方案 I：工件已 E面作為主要定位面，用支承板 1和短銷 2（與工件Ф26H7 孔配合）限制工件五個自由度，另設(shè)置一防轉(zhuǎn)擋銷實現(xiàn)六點定位。為了提高工件的裝夾剛度，在 C處加一輔助支承。 方案 II：工件以Ф 26H7孔作為主要定位基面，用長銷 3和支承釘 4限制工件五個自由度，另設(shè)置一防轉(zhuǎn)擋銷實現(xiàn)六點定位。在 C處也加一支承。 方案 III：工件以Ф 26H7孔為主要定位基面，用長銷 3和長條支承板 5限制兩個自由度，限制工件六個自由度，其中繞 z 軸轉(zhuǎn)動的自由度被重復(fù)限制了，另設(shè)置一防擋銷。在 C處也加一輔助支承。 圖 1支撐板 2短銷 3長銷 4支撐釘 5長條支撐板 比較以上三種方案，方案 I 中工件繞 x 軸轉(zhuǎn)動的自由度由 E 面限制，定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合，不利于保證槽的中心平面與Ф 26H7 孔軸線的垂直度。方案 II中雖然定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，槽的中心平面與Ф 26H7孔軸線的垂直度要求保證，但這種定位方式不利于工件的夾緊。由于輔助支承是在工件夾緊后才起作用，而是施加夾緊力 P 時，支承釘 4 的面積太 22 小，工件極易歪斜變形，夾緊也不可靠。方案 III 中雖是過定位，但若在工件加工工藝方案中，安排Ф 26H7 孔與 E 面在一次裝夾中加工，使Ф 26H7孔 與 E 面有較高的垂直度，則過定位的影響甚小。在對工件施加夾緊力 P時，工件的變形也很小，且定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合。綜上所述，方案 III較好。 對于防轉(zhuǎn)擋銷位置的設(shè)置，也是三種不同的方案。當(dāng)擋銷放在位置 1時，由于 B面與Ф 26H7孔的距離較進(jìn)（ 230 ），尺寸公差又大，定位精度低。擋銷放在位置 2時，雖然距Ф 26H7孔軸線較遠(yuǎn)，但由于工件定位是毛面，因而定位精度也較低。而當(dāng)擋銷放在位置 3時，距Ф 26H7孔軸線較遠(yuǎn)，工件定位面的精度較高（Ф 55H12），定位精度較高，且能承 受切削力所引起的轉(zhuǎn)矩。因此，防轉(zhuǎn)擋銷應(yīng)放在位置 3較好 。 除槽寬 14H11 由銑刀保證外，本夾具要保證槽側(cè)面與 E 面的距離及槽的中心平面與Ф 25H7 孔軸線的垂直度，其它要求未注公差，因此只需計算上述兩項加工要求的定位誤： （ 1）加工尺寸 12177。 的定位誤差 采用 （ c）所示定位方案時， E面既是工序基準(zhǔn)，又是定位基準(zhǔn)，故基準(zhǔn)不重合誤差為零。有由于E 面與長條支承板始終保持接觸，故基準(zhǔn)位移誤差為零。因此，加工尺寸12177。 。 （ 2）槽的中心平面與Ф 26H7孔軸 線垂直度的定位誤差 長銷與工件的配合去Ф 26H7 g6，則 Ф 26g6=Ф （ mm） Ф 26H7=Ф 25+ 0（ mm） 由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，故基準(zhǔn)不重合誤差為零。 基準(zhǔn)位移誤差 △ y=2*8tan△ a=2*8*