1、上一讲内容提要上一讲内容提要:n斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构n螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构 本讲主要内容：本讲主要内容：n偏心夹紧机构偏心夹紧机构n工件装夹的实例分析工件装夹的实例分析本讲重点和难点：本讲重点和难点：n偏心夹紧机构及原理、特点、应用偏心夹紧机构及原理、特点、应用n偏心夹紧机构设计偏心夹紧机构设计n工件装夹的实例分析工件装夹的实例分析 三、偏心夹紧机构三、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。图的偏心件是圆偏心轮和偏心轴。图1-66是偏心夹紧机构的应用实例，是偏心夹紧机构的应用
2、实例，图图1-66a、b用的是圆偏心轮。用的是圆偏心轮。(a)(b)图图166 圆偏心夹紧机构圆偏心夹紧机构 偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速，缺点是夹紧力和夹紧行程都偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速，缺点是夹紧力和夹紧行程都较小，一般用于切削力不大、振动小、夹压面公差小的加工中。较小，一般用于切削力不大、振动小、夹压面公差小的加工中。(c)(d)图图166 圆偏心夹紧机构圆偏心夹紧机构 图图1-66c用的是偏心轴，图用的是偏心轴，图166-d用的是偏心叉。用的是偏心叉。 1圆偏心轮的工作原理圆偏心轮的工作原理 图图167是圆偏心轮直接夹紧工件的是圆偏心轮直接夹紧工件的原理图。图中，原理图。图中，
3、 是圆偏心轮的几何中是圆偏心轮的几何中心，心，R是它的几何半径。是它的几何半径。 是偏心轮的是偏心轮的回转中心，回转中心， 是偏心距。是偏心距。 若以若以 为圆心，以为圆心，以 r 为半径画为半径画圆圆( (点划线圆点划线圆) )，便把偏心轮分成了三个，便把偏心轮分成了三个部分。其中，虚线部分是个部分。其中，虚线部分是个“基圆盘基圆盘”，半径半径 r=R-e ；另两部分是两个相同的弧；另两部分是两个相同的弧形楔。当偏心轮绕回转中心形楔。当偏心轮绕回转中心 顺时针顺时针方向转动时，相当于一个弧形楔逐渐楔方向转动时，相当于一个弧形楔逐渐楔入入“基圆盘基圆盘”与工件之间，从而夹紧工与工件之间，从而夹
4、紧工件。件。 图图l一一67 圆偏心轮的工作原理圆偏心轮的工作原理1O2O212O2O 2.圆偏心轮的夹紧行程及工作段圆偏心轮的夹紧行程及工作段 如图如图1-68a所示，当圆偏心轮绕回转中心所示，当圆偏心轮绕回转中心 转动时，设轮周上任转动时，设轮周上任意点意点x x的回转角为的回转角为 ，即工件夹压表面法线与，即工件夹压表面法线与 连线间的夹角；连线间的夹角；回转半径为回转半径为 。(a)(b)图图l一一68 圆偏心轮的回转角圆偏心轮的回转角 、升角及弧形楔展开图、升角及弧形楔展开图2Ox21xr 用用 、 为坐标轴建立直角坐标系，再将轮周上各点的回转为坐标轴建立直角坐标系，再将轮周上各点的
5、回转角与回转半径一一对应地记入此坐标系中，便得到了圆偏心轮上弧形角与回转半径一一对应地记入此坐标系中，便得到了圆偏心轮上弧形楔的展开图，如图楔的展开图，如图l l一一68b68b所示。所示。 图图168表明，当圆偏心轮从表明，当圆偏心轮从 0回转到回转到 180时，其夹紧行程时，其夹紧行程 为为2e。图。图168168还表明，轮周上各点的升角还表明，轮周上各点的升角 是不等的，是不等的， 90时的升角时的升角 最大最大( )。升角。升角 为工件夹压表面的法线与为工件夹压表面的法线与回转半径的夹角。回转半径的夹角。 在三在三 角形角形 中中xrpmaxxaXMO2xxaXxMMOtg2xXxeD
6、HMeMOcos2,sin2 式中式中 H H一一夹紧高度，所以，一一夹紧高度，所以， 当当 = 0、180时时 ， 当当 时，时， 圆偏心轮的工作转角一般小于圆偏心轮的工作转角一般小于9090，因为转角太大，不仅操作费时，因为转角太大，不仅操作费时，也不安全。工作转角范围内的那段轮周称为圆偏心轮的工作段。常用的也不安全。工作转角范围内的那段轮周称为圆偏心轮的工作段。常用的工作段是工作段是 4545135135或或 9090180180 在在 4545135135范围内，升角大，升角变化小，夹紧力较小而范围内，升角大，升角变化小，夹紧力较小而稳定，并且夹紧行程大稳定，并且夹紧行程大( (h1.
7、4e) )。在。在 9090180180范围内，升角由范围内，升角由大到小，夹紧力逐渐增大，但夹紧行程较小大到小，夹紧力逐渐增大，但夹紧行程较小(h=e)(h=e)。xxXeDetgcos2sinx0sinx; 0minx90 x,2, 1sin, 0cosmaxDearctgpxxxDetg2maxxxxx 3 3圆偏心轮偏心量圆偏心轮偏心量e e的确定的确定 如图如图l l一一6868所示，设圆偏心轮工作段为所示，设圆偏心轮工作段为 根据式在根据式在A点的夹紧高点的夹紧高度度 ，在，在B点的夹紧高度点的夹紧高度 夹紧行程夹紧行程 , ,所以所以 式中，夹紧行程为式中，夹紧行程为: : 一一
8、装卸工件所需的间隙，一般取一一装卸工件所需的间隙，一般取 0.3mm0.3mm； 一一夹紧装置的弹性变形量，一般取一一夹紧装置的弹性变形量，一般取 = 0.05= 0.050.15mm0.15mm； 一一夹紧行程储备量，一般取一一夹紧行程储备量，一般取 = 0.1= 0.1O.3mmO.3mm； 一一工件夹压表面至定位面的尺寸公差。一一工件夹压表面至定位面的尺寸公差。AAeDHcos2BBeDHcos2BABAABABeHHhcoscosBAABhecoscos1S2S3S321SSShAB1S2S3S 4圆偏心轮的自锁条件（如图圆偏心轮的自锁条件（如图1-691-69） 由于圆偏心轮夹紧工件
9、的由于圆偏心轮夹紧工件的实质是弧形楔夹紧工件，因此，实质是弧形楔夹紧工件，因此，圆偏心轮的自锁条件应与斜楔圆偏心轮的自锁条件应与斜楔的自锁条件相同，即的自锁条件相同，即式中式中 一一圆偏心轮的最大一一圆偏心轮的最大 升角；升角； 一一圆偏心轮与工件一一圆偏心轮与工件 间的摩擦角；间的摩擦角； 一一圆偏心轮与回转一一圆偏心轮与回转 销之间的摩擦角。销之间的摩擦角。 21mzxmax12图图169 圓偏心轮受力分析圓偏心轮受力分析 由于回转销的直径较小，圆偏心轮与回转销之间的摩擦力矩不由于回转销的直径较小，圆偏心轮与回转销之间的摩擦力矩不大，为使自锁可靠，将其忽略不计，上式便简化为大，为使自锁可靠
10、，将其忽略不计，上式便简化为 或者或者 因因 ， 代入上式代入上式 ，得，得 偏心轮的自锁条件是偏心轮的自锁条件是： 当当f=0.1f=0.1时，时， ； 当当f=0.15f=0.15时，时， 。ftgmaxfDe220eD14eDftg1Detg2max1mzx1maxtgtg 5 5圆偏心轮的夹紧力圆偏心轮的夹紧力 由于圆偏心轮周上各点的升角不同，因此，各点的夹紧力也不由于圆偏心轮周上各点的升角不同，因此，各点的夹紧力也不相等。图相等。图1-691-69为任意点为任意点x x夹紧工件时圆偏心轮的受力情况。夹紧工件时圆偏心轮的受力情况。 设作用力为设作用力为 ， 的作用点至回转中心的作用点至
11、回转中心 的距离为的距离为L L，回，回转半径为转半径为 ，偏心距，偏心距 。 圆偏心轮夹紧工件时，受到的力矩为圆偏心轮夹紧工件时，受到的力矩为 ，可把圆偏心轮看，可把圆偏心轮看成是作用在工件与转轴之间的弧形楔。可将力矩成是作用在工件与转轴之间的弧形楔。可将力矩 转化为力转化为力矩矩 ， = = ，所以，所以： 弧形楔的作用力弧形楔的作用力 ，QFQF2Oxr21OOe LFQLFQxQrFLFQxQQrLFF pQFcosQFxQrF 因此，与斜楔夹紧力公式相似，夹紧力因此，与斜楔夹紧力公式相似，夹紧力 当当 = 90= 90时，时， = = ，代入得，代入得 一般情况下，回转角一般情况下，
12、回转角 = 90= 90时，时， ， 最小。只最小。只要计算出此时的夹紧力，若能满足要求，则偏心轮上其他各点的要计算出此时的夹紧力，若能满足要求，则偏心轮上其他各点的加紧力都能满足要求。加紧力都能满足要求。2121xxQxQJtgtgrLFtgtgFFpprpRcos21cosPpQJtgtgRLFFpxpJF 6 6圆偏心轮的设计程序圆偏心轮的设计程序 (1)(1)确定夹紧行程确定夹紧行程 偏心轮直接夹紧工件时的夹紧行程偏心轮直接夹紧工件时的夹紧行程 为为: : (2) (2)计算偏心距计算偏心距 确定工作段回转角范围，如确定工作段回转角范围，如 = 45= 45135135 或或 = 90
13、= 90180180。偏心距为。偏心距为 (3)(3)按自锁条件计算按自锁条件计算D f=0.1D f=0.1时：时：D=20eD=20e；f=0.15f=0.15时：时：D=14eD=14e。 (4)(4)查查“夹具标准夹具标准”(GB(GBT219191T219191GBGBT2194-91)T2194-91)或查或查“夹具手夹具手册册”，确定圆偏心轮的其它参数。其结构如图，确定圆偏心轮的其它参数。其结构如图l l一一7070所示。所示。ABh321SSShABABABBAABhecoscos图图1一一70 标准圆偏心轮的结构标准圆偏心轮的结构图图l l一一70 70 标准圆偏心轮的结构标
14、准圆偏心轮的结构 第十节第十节 工件装夹的实例分析工件装夹的实例分析 本章前面各节阐述了工件装夹的定位原理、常用的定位元件、本章前面各节阐述了工件装夹的定位原理、常用的定位元件、定位误差的计算方法、确定夹紧力的原则和基本夹紧机构，本节定位误差的计算方法、确定夹紧力的原则和基本夹紧机构，本节将用实例说明怎样综合运用上述原理、原则和方法来装夹工件。将用实例说明怎样综合运用上述原理、原则和方法来装夹工件。 如图如图1-711-71所示，在拨叉上铣槽。所示，在拨叉上铣槽。 根据工艺规程，这是最后一道机加工工序，加工要求有：槽根据工艺规程，这是最后一道机加工工序，加工要求有：槽宽宽16H11，槽深，槽深
15、8mm，槽侧面与，槽侧面与 25H7孔轴线的垂直度为孔轴线的垂直度为0.08mm， 槽侧面与槽侧面与E E面的距离为面的距离为l1 0.2mm，槽底面与，槽底面与B B面平行。面平行。 试设计其定位装置和手动夹紧装置。试设计其定位装置和手动夹紧装置。图图1-71 1-71 拔叉零件图拔叉零件图 一、定位方案分析一、定位方案分析 1.1.确定需要限制的自由度以及选择定位基面和定位元件确定需要限制的自由度以及选择定位基面和定位元件 从加工要求考虑，在工件上铣通槽，沿从加工要求考虑，在工件上铣通槽，沿X X轴的位置自由度可以不限轴的位置自由度可以不限制，但为了承受切削力，简化定位装置结构，制，但为了
16、承受切削力，简化定位装置结构， 还是要限制。工序基准还是要限制。工序基准为：为： 25H725H7、E E面和面和B B面。面。 现拟定三个定位方案如图现拟定三个定位方案如图1 1一一7272所示。所示。 如图如图1 1一一72a72a所示，工件以所示，工件以E E面作为主要定位面，用支承板面作为主要定位面，用支承板1 1限制三个限制三个自由度自由度 、 、 ，用短销，用短销2 2与与 25H725H7孔配合限制两个自由孔配合限制两个自由度度 、 。 为了提高工件的装夹刚度，在为了提高工件的装夹刚度，在C C处加一辅助支承。由于垂直度处加一辅助支承。由于垂直度0.08mm0.08mm的工序基准
17、是的工序基准是 25H725H7孔轴线，而工件绕孔轴线，而工件绕X X轴的角度自由度轴的角度自由度x x由由E E面面限制，定位基准与工序基准不重合，不利于保证槽侧面与限制，定位基准与工序基准不重合，不利于保证槽侧面与 25H725H7孔轴线孔轴线的垂直度。的垂直度。XXZYXZ图图1-72 1-72 定位方案分析定位方案分析(a)(a)(b)(b)(c)(c) 1 1一支承板一支承板 2 2一短销一短销 3 3一长销一长销 4 4一支承钉一支承钉 5 5一长条支承板一长条支承板 图图1 1一一72b72b以以 25H725H7孔作为主要定位基面，用长销孔作为主要定位基面，用长销3 3限制工件
18、限制工件四个自由度四个自由度 、 、 、 ，用支承钉，用支承钉4 4限制一个自由度限制一个自由度 ，在在C C处也放一辅助支承。处也放一辅助支承。 由于由于 长销限制，定位基准与工序基准重合，有利于保证长销限制，定位基准与工序基准重合，有利于保证槽侧面与槽侧面与, 25H7, 25H7孔轴线的垂直度。孔轴线的垂直度。 但这种定位方式不利于工件的夹紧，因为辅助支承不能起但这种定位方式不利于工件的夹紧，因为辅助支承不能起定位作用，辅助支承上与工件接触的滑柱必须在工件夹紧后才定位作用，辅助支承上与工件接触的滑柱必须在工件夹紧后才能固定。能固定。 当首先对支承钉当首先对支承钉4 4施加夹紧力时，由于其
19、端面的面积太小，施加夹紧力时，由于其端面的面积太小，工件极易歪斜变形，夹紧也不可靠。工件极易歪斜变形，夹紧也不可靠。XZXZYX 图图l l一一72c72c用长销限制工件四个自由度用长销限制工件四个自由度 、 、 、 , ,用长条支承用长条支承板板5 5限制两个自由度限制两个自由度 、 被重复限制，属重复定位。因为被重复限制，属重复定位。因为E E面与面与 25H725H7孔轴线的垂直度为孔轴线的垂直度为0.lmm0.lmm，而工件刚性较差，而工件刚性较差，0.lmm0.lmm在工件的弹性变在工件的弹性变形范围内，因此属可用重复定位。形范围内，因此属可用重复定位。 比较上述三种方案，图比较上述
20、三种方案，图1 1一一72c72c所示方案较好。所示方案较好。 按照加工要求，工件绕丫轴的自由度按照加工要求，工件绕丫轴的自由度 必须限制，限制的办法如必须限制，限制的办法如图图1 1一一7373所示。所示。 挡销放在图挡销放在图1 1一一73a73a所示位置时，由于所示位置时，由于B B面与面与 25H725H7孔轴线的距离孔轴线的距离( mm)( mm)较近，尺寸公差又大，因此防转效果差，定位精度低。较近，尺寸公差又大，因此防转效果差，定位精度低。 挡销放在图挡销放在图1 1一一73b73b所示位置时，由于距离所示位置时，由于距离 25H725H7孔轴线较远，因而孔轴线较远，因而防转效果较
21、好，定位精度较高，且能承受切削力所引起的转矩。防转效果较好，定位精度较高，且能承受切削力所引起的转矩。XZXZYZY03 . 023 图图173173(a)(a)(b)(b) 2. 2.计算定位误差计算定位误差 除槽宽除槽宽16H11由铣刀保证外，本工序的主要加工要求是槽侧面与正由铣刀保证外，本工序的主要加工要求是槽侧面与正面的距离面的距离11士0.2mm及槽侧面与及槽侧面与 25H7孔轴线的垂直度孔轴线的垂直度0.08mm，其它要，其它要求未注公差，因而只要计算上述两项加工要求的定位误差即可。求未注公差，因而只要计算上述两项加工要求的定位误差即可。 (1)(1)加工尺寸加工尺寸11士0.2m
22、m的定位误差采用图的定位误差采用图1 1一一72c72c所示定位方案时，所示定位方案时，工序基准为工序基准为E E面，定位基准面，定位基准E E面及面及 25H7孔均影响该项误差。孔均影响该项误差。 当考虑当考虑E E面为定位基准时，基准重合，面为定位基准时，基准重合， 基准位移误基准位移误差差 ；因此定位误差；因此定位误差 =0=0 当考虑当考虑 25H7为定位基准时，基准不重合，基准不重合误差为为定位基准时，基准不重合，基准不重合误差为E面相对面相对 25H7孔的垂直度误差，即孔的垂直度误差，即 ； 0B0Y1DmmB1 . 0 由于长销与定位孔之间存在最大配合间隙由于长销与定位孔之间存在
23、最大配合间隙XmaxXmax，会引起工件绕，会引起工件绕Z Z轴轴的角度偏差土的角度偏差土 。 取长销配合长度为取长销配合长度为40mm，直径为，直径为 25g6( mm)，定位孔为，定位孔为 25H7( )，则定位孔单边转角偏差，则定位孔单边转角偏差( (见图见图1-74a) )。 此偏差将引起槽侧面对此偏差将引起槽侧面对E E面的偏斜，而产生尺寸面的偏斜，而产生尺寸11士O.2mm的基准的基准位移误差，由于槽长为位移误差，由于槽长为40mm，所以所以 因工序基准与定位基面无相关的公共变量，所以因工序基准与定位基面无相关的公共变量，所以 mm 在分析加工尺寸精度时，应计算影响大的定位误差在分
24、析加工尺寸精度时，应计算影响大的定位误差 。此项误。此项误差略大于工件公差差略大于工件公差 (0.4mm)的的13，需经精度分析后确定是否合理。，需经精度分析后确定是否合理。 a009. 0025. 025025. 0025000625. 040225. 025. 0402mzxXtg05. 0000625. 0402402tgY15. 02BYD2DK(a)(a)(b)(b)图图1 1一一74 74 铣拨叉槽时的定位误差铣拨叉槽时的定位误差 (2) (2)槽侧面与槽侧面与 25H725H7孔轴线垂直度的定位误差孔轴线垂直度的定位误差 由于定位基准与工序基准重合，所以由于定位基准与工序基准重合
25、，所以 = 0= 0 由于孔轴配合存在最大配合间隙由于孔轴配合存在最大配合间隙XmaxXmax，所以存在基准位移误差。定位，所以存在基准位移误差。定位基准可绕基准可绕x x轴产生两个方向的转动，其单方向的转角如图轴产生两个方向的转动，其单方向的转角如图1 1一一74b74b所示所示 此处槽深为此处槽深为8mm8mm，所以基准位移误差，所以基准位移误差 由于定位误差只有垂直要求（由于定位误差只有垂直要求（0.08mm0.08mm）的）的1/81/8，故此装夹方案的定位精，故此装夹方案的定位精度足够。度足够。B000625. 0402025. 0025. 0402/maxXtgmmmmtgY01.
26、 0000625. 08282mmYD01. 0 二、夹紧方案分析二、夹紧方案分析 前面已经提到，必须首前面已经提到，必须首先对长条支承板施加夹紧力，先对长条支承板施加夹紧力，然后固定辅助支承的滑柱。然后固定辅助支承的滑柱。 由于支承板离加工表面由于支承板离加工表面较远，铣槽时的切削力又大，较远，铣槽时的切削力又大，故需在靠近加工表面的地方故需在靠近加工表面的地方再增加一个夹紧力。再增加一个夹紧力。 如图如图1-751-75所示。所示。图图1 1一一75 75 夹紧方案分析夹紧方案分析(a)(a)(b)(b) 此夹紧力作用在图此夹紧力作用在图1一一75a所示位置时，由于工件该部位的所示位置时，
27、由于工件该部位的刚性差，夹紧变形大。刚性差，夹紧变形大。 因此，应如图因此，应如图1一一75b所示，用螺母与开口垫圈夹压在工件所示，用螺母与开口垫圈夹压在工件圆柱的左端面。圆柱的左端面。 拨叉此处的刚性较好，夹紧力更靠近加工表面，工件变形拨叉此处的刚性较好，夹紧力更靠近加工表面，工件变形小，夹紧也可靠。对着支承板的夹紧机构采用钩形压板，可使小，夹紧也可靠。对着支承板的夹紧机构采用钩形压板，可使结构紧凑，操作也方便。结构紧凑，操作也方便。 综合以上分析，拨叉铣槽的装夹方案应如图综合以上分析，拨叉铣槽的装夹方案应如图1一一76所示。所示。装夹时，先拧紧钩形压板装夹时，先拧紧钩形压板1，再固定滑柱，
28、再固定滑柱5，然后插上开口垫圈，然后插上开口垫圈3，拧紧螺母，拧紧螺母2。 图图176 176 拨叉的装夹方案拨叉的装夹方案1 1一钩形压板一钩形压板 2 2一螺母一螺母 3 3一开口垫圈一开口垫圈 4 4一长销一长销 5 5一滑柱一滑柱6 6一长条支承板一长条支承板 7 7一挡销一挡销 8 8一夹具体一夹具体(a)(a)(b)(b)本讲小结：本讲小结：偏心夹紧机构偏心夹紧机构n圆偏心轮的工作原理圆偏心轮的工作原理n圆偏心轮的夹紧行程及工作段圆偏心轮的夹紧行程及工作段n圆偏心轮偏心量圆偏心轮偏心量e的确定的确定n圆偏心轮的自锁条件圆偏心轮的自锁条件n圆偏心轮的夹紧力圆偏心轮的夹紧力n圆偏心轮的设计程序圆偏心轮的设计程序工件装夹的实例分析工件装夹的实例分析n定位方案分析定位方案分析n夹紧方案分析夹紧方案分析复习思考题：复习思考题：
