机加工件在工作中的夹紧方式(夹具液压回转接
时间:2014-06-07 22:37   来源:德威迩机械   作者:deweier   点击:
一、夹紧装置的组成和要求(液压旋转接头

1.夹紧装置的组成 工件在夹具中正确定位后,由夹紧装置将工件夹紧。夹紧装置的组成有(参见图6-18):

(1)动力装置 产生夹紧动力的装置;

(2)夹紧元件 直接用于夹紧工件的元件;

(3)中间传力机构 将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件的机构。

图6-18中气缸1为动力装置,压板4为夹紧元件,由斜楔2、滚子3、和杠杆等组成的斜楔铰链传力机构为中间传力机构。

在有些夹具中,夹紧元件(例如图6-18中的压板4)往往就是中间传力机构的一部分,难以区分,统称为夹紧机构。

图6-18 夹紧装置的组成

2.对夹紧装置的要求

1)夹紧过程不得破坏工件在夹具中占有的定位位置;

2)夹紧力要适当,既要保证工件在加工过程中定位的稳定性,又要防止因夹紧力过大损伤工件表面或使工件产生过大的夹紧变形;

3)操作安全、省力;

4)结构应尽量简单,便于制造,便于维修。

二、夹紧力的确定

1.夹紧力作用点的选择

(1) 夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的支承面内 图6-19所示夹具的夹紧力作用点就违背了这项原则,夹紧力作用点位于定位元件之外,使工件2发生翻转,破坏了工件的定位位置。图中实线箭头给出了夹紧力作用点的正确位置。

图6-19 夹紧力作用点的选择

(2) 夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位 图6-20中实线箭头所示夹紧力作用点位置工件刚性较大,工件变形小;虚线箭头所示夹紧力作用点位置工件刚性小,工件变形大。

图6-20 夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位

(3) 夹紧力作用点应尽量靠近加工表面,使夹紧稳固可靠 在图6-21所示两种滚齿加工工件装夹方案中,图a夹紧力的作用点离工件加工面远,不正确;图b的夹紧力作用点选择正确。

 

 

 

 

 

图6-21 夹紧力的作用点应靠近加工表面

2.夹紧力作用方向的选择

(1)夹紧力的作用方向应垂直于工件的主要定位基面 图6-22所示镗孔工序要求保证孔中心线与A面垂直,夹紧力方向应与A面垂直。图a所选夹紧力作用方向正确;图b所选夹紧力作用方向不正确。

 

 

 

 

 

 

图6-22 夹紧力应垂直于主要定位基面

 

(2)夹紧力的作用方向应与工件刚度最大的方向一致,以减小工件的夹紧变形 图6-23列出了加工薄壁套筒的两种夹紧方式。用图a所示径向夹紧方式,由于工件径向刚度差,工件的夹紧变形大;用图b所示轴向夹紧方式,由于工件轴向刚度大,夹紧变形相对较小。

 

 

 

 

图6-23 夹紧力应与工件刚度最大方向一致

(3)夹紧力作用方向应尽量与工件的切削力、重力等的作用方向一致,这样可以减小夹紧力。

3.夹紧力的估算

设计夹具,估算夹紧力是一件十分重要的工作。夹紧力过大会增大工件的夹紧变形,还会无谓地增大夹紧装置,造成浪费;夹紧力过小工件夹不紧,加工中工件的定位位置将被破坏,而且容易引发安全事故。

在确定夹紧力时,可将夹具和工件看成一个整体,将作用在工件上的切削力、夹紧力、重力和惯性力等,根据静力平衡原理列出静力平衡方程式,即可求得夹紧力。为使夹紧可靠,应再乘一安全系数k,粗加工时取k = 2.5~3,精加工时取k = 1.5~2。

加工过程中切削力的作用点、方向和大小可能都在变化,估算夹紧力时应按最不利的情况考虑。

〔例6-2〕 在图6-24所示刨平面工序中,G为工件自重,F为夹紧力,Fc、Fp分别为主切削力和背向力。已知: Fc=800N,Fp=200N,G=100N。问需施加多大夹紧力才能保证此工序加工的正常进行?

解:根据静力平衡原理,可列出作用在工件上所有作用力的静力平衡方程式

 

图6-24 夹紧力计算图例

从夹紧的可靠性考虑,在刀具切到终点时(即当Z = l/5时)属最不利情况。将有关已知条件代入上式,即可求得夹紧力=330N;取安全系数k=3,最后求得需施加的夹紧力N 。

夹具设计中,夹紧力大小并非在所有情况下都需要计算。在手动夹紧装置中,常根据经验或类比法确定所需的夹紧力。

三、典型夹紧机构

1.斜楔夹紧机构

斜楔是夹紧机构中最为基本的一种形式,它是利用斜面移动时所产生的力来夹紧工件的,常用于气动和液压夹具中。在手动夹紧中,斜楔往往和其它机构联合使用。从作用原理分析,螺旋夹紧机构和圆偏心夹紧机构都是斜楔的变型,现以斜楔夹紧机构为例,来分析夹紧力及自锁条件。图6-25a为一钻床夹具,它用移动斜楔4产生的力夹紧工件3。图6-25b是FQ作用在斜楔上的受力情况,在 FQ作用下,斜楔与工件接触的一面受到工件对它的反作用力FJ(与斜楔对工件的作用力数值相同,方向相反)和摩擦力 F1的作用;斜楔与夹具体接触的一面受到夹具体对它的反作用力FN2和摩擦力F2的作用。将FN2与F2合成为FR2,然后再将FR2分解为水平分力和垂直分力。根据静力平衡条件得

式中 ,

代入上式得 (6 - 7)

式中——斜楔升角(°);

——斜楔与工件间的摩擦角(°);

——斜楔与夹具体间的摩擦角(°)。

图6-25 斜楔夹紧

 

 

 

 

 

 

 

夹紧机构一般都要求自锁,即在去除作用力FQ后,夹紧机构仍能保持对工件的夹紧,

不会松夹。图6-25c是去除作用力FQ后斜楔的受力情况。斜楔实现自锁的条件为

由于;而 代入自锁条件得:

因α和都很小,将上式化简即可求得斜楔夹紧机构实现自锁的条件为

(6 - 8)

手动夹紧机构一般取≈6°~ 8°。

斜楔夹紧机构的缺点是夹紧行程小,手动操作不方便。斜楔夹紧机构常用在气动、液压夹紧装置中,此时斜楔夹紧机构不需要自锁,可取=15°~ 30°。

2.螺旋夹紧机构

采用螺旋装置直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧的机构,统称螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构结构简单,容易制造。由于螺旋升角小,螺旋夹紧机构的自锁性能好,夹紧力和夹紧行程都较大,在手动夹具上应用较多。螺旋夹紧机构可以看作是绕在圆柱表面上的斜面,将它展开就相当于一个斜楔。

图6-26a是一个最简单的螺旋夹紧机构,螺钉头部直接压紧工件表面。这种结构在使用时容易压坏工件表面,而且拧动螺钉时容易使工件产生转动,破坏工件的定位,一般应用较少。图b中螺杆3的头部通过活动压块1与工件表面接触,拧螺杆时,压块不随螺杆转动,故不会带动工件转动;用压块1压工件,由于承压面积大,故不会压坏工件表面;采用衬套2可以提高夹紧机构的使用寿命,螺纹磨损后通过更换衬套3可迅速恢复螺旋夹紧功能。

图6-26 单螺旋夹紧机构

图6-27所示为螺旋压板夹紧机构。图a中,拧动螺母1通过压板4压紧工件表面。采用螺旋压板组合夹紧时,由于被夹紧表面的高度尺寸有误差,压板位置不可能一直保持水平,在螺母端面和压板之间设置球面垫圈(件2)和锥面垫圈(件3),可防止在压板倾斜时,螺栓不致因受弯矩作用而损坏。图b所示螺旋压板夹紧机构通过锥面垫圈将夹紧力均匀地作用在薄壁工件上,可减少夹紧变形。

图6-27 螺旋压板夹紧机构

3.偏心夹紧机构(图6-28)

偏心夹紧机构是斜楔夹紧机构的一种变型,它是通过偏心轮直接夹紧工件或与其它元件组合夹紧工件的。常用的偏心件有圆偏心和曲线偏心,圆偏心夹紧机构具有结构简单,夹紧迅速等优点;但它的夹紧行程小,增力倍数小,自锁性能差,故一般只在被夹紧表面尺寸变动不大和切削过程振动较小的场合应用。铣削加工属断续切削,振动较大,铣床夹具一般都不采用偏心夹紧机构。

图6-28 偏心夹紧机构

4.定心夹紧机构

定心夹紧机构能够在实现定心作用的同时,又起着将工件夹紧的作用。定心夹紧机构中与工件定位基面相接触的元件,既是定位元件,又是夹紧元件。

图6-29a利用偏心轮2推动卡爪3、4同时向里夹紧工件,实现定心夹紧;图b利用斜楔实现定心夹紧,中间传力机构推动锥体1向右移动,使三个卡爪2同时向外伸出,对工件内孔进行定心夹紧。

图6-29 机械定心夹紧机构

 

 

 

 

 

 

图6-30a为工件以外圆柱面定位的弹簧夹头,旋转螺母4,其内螺孔端面推动弹性筒夹2向左移动,锥套3内锥面迫使弹性筒夹2上的簧瓣向里收缩,将工件定心夹紧。图b为工件以内孔定位的弹簧心轴,旋转带肩螺母4时,其端面向左推动锥套3迫使弹性筒夹2上的簧瓣向外涨开,将工件定心夹紧。

 

图6-30 弹性定心夹紧机构

5.铰链夹紧机构

铰链夹紧机构是一种增力装置,它具有增力倍数较大,摩擦损失较小的优点,广泛应用于气动夹具中。图6-31就是一个应用实例,压缩空气进入气缸后,气缸1经铰链扩力机构2,推动压板3、4同时将工件夹紧。

图6-31 铰链夹紧机构

6.联动夹紧机构

联动夹紧机构是一种高效夹紧机构,它可通过一个操作手柄或一个动力装置,对一个工件的多个夹紧点实施夹紧,或同时夹紧若干个工件。图6-31是气动联动夹紧机构实例。图6-32是多件联动夹紧机构实例。图6-33是联动夹紧机构实例,图a是为实现相互垂直的两个方向的夹紧力同时作用的联动夹紧机构;图b是为实现相互平行的两个夹紧力同时作用的联动夹紧机构。

图6-32 多件联动夹紧机构

图6-33 联动夹紧机构

四、夹紧的动力装置

在大批大量生产中,为提高生产率、降低工人劳动强度,大多数夹具都采用机动夹紧装置。驱动方式有气动、液动、气液联合驱动,电(磁)驱动,真空吸附等多种形式。

1.气动夹紧装置

气动夹紧装置以压缩空气作为动力源推动夹紧机构夹紧工件。进入气缸的压缩空气的压力为0.4~0.6Mpa。常用的气缸结构有活塞式和薄膜式两种。

活塞式气缸按照气缸装夹方式分类有固定式、摆动式和回转式三种,按工作方式分类有单向作用和双向作用两种,应用最广泛的是双作用固定式气缸,如图6-34所示。图中气缸的前盖1和后盖6用螺钉与气缸体2相联,活塞4在压缩空气推动下作往复运动,活塞杆3与中间传力装置相联或直接与夹紧元件相联,为防止气缸漏气在活塞与缸壁间设有密封环5。图6-31是双作用摆动式气缸的应用实例。图6-35是车床上使用的回转式气缸实例,夹具体8通过过渡盘7装夹在车床主轴6的前端,气缸3通过过渡盘4固定在车床主轴的末端;活塞2拽拉杆5推动夹紧装置将工件夹紧;气缸3连同活塞2、活塞杆5与夹具体8将一同随车床主轴回转,而导气接头1则是固定不动的。图6-36是导气接头的结构图,配气轴1用螺母紧固在气缸的后盖上并与气缸一同随车床主轴回转;阀体2固定不动,接头3、4分别与气缸左右两腔相连。

图6-34 双向作用固定式活塞式气缸图

图6-35 回转式气缸及其应用

 

图6-36 导气接头

 

图6-37所示为单向作用的薄膜式气缸结构,橡皮膜2代替活塞将气室分为左右两部分。当压缩空气由导气接头1输入左腔后,推动薄膜2和推杆5右移夹紧工件。当左腔由导气接头经分配阀放气时,弹簧6使推杆左移复位,松开工件。与活塞式气缸相比,薄膜式气缸具有密封性好,结构简单,寿命较长的优点;缺点是工作行程较短,夹紧力随行程变化而变化。

图6-37 薄膜式气缸

 

2.液压夹紧装置

液压夹紧装置的结构和工作原理基本与气动夹紧装置相同,所不同的是它所用的工作介质是压力油,工作压力可达5~6.5MPa。与气压夹紧装置相比,液压夹紧具有以下优点:1)传动力大,夹具结构相对比较小;2)油液不可压缩,夹紧可靠,工作平稳;3)噪声小。它的不足之处是须设置专门的液压系统,应用范围受限制。


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