第十二讲 基本夹紧机构分析(二)

(a)
(b) 图1—73
2.计算定位误差 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 面的距离11士0.2mm及槽侧面与 25H7孔轴线的垂直度0.08mm，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。 (1)加工尺寸11士0.2mm的定位误差采用图1一72c所示定位方案时， 工序基准为E面，定位基准E面及 25H7孔均影响该项误差。 当考虑E面为定位基准时，基准重合， B 0 基准位移误 差 Y 0 ；因此定位误差 D1 =0 当考虑 25H7为定位基准时，基准不重合，基准不重合误差为E 面相对 25H7孔的垂直度误差，即 ；
(a)
图1—66 圆偏心夹紧机构
(b)
图1-66c用的是偏心轴，图166-d用的是偏心叉。
(c) 图1—66 圆偏心夹紧机构
(d)
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。
1．圆偏心轮的工作原理 图1—67是圆偏心轮直接夹紧工件的 原理图。图中， O1 是圆偏心轮的几何中 心，R是它的几何半径。 O2 是偏心轮的 回转中心，1 2 是偏心距。 若以 O2 为圆心，以 r 为半径画 圆(点划线圆)，便把偏心轮分成了三个 部分。其中，虚线部分是个“基圆盘”， 半径 r=R-e ；另两部分是两个相同的弧 形楔。当偏心轮绕回转中心 顺时针 O2 方向转动时，相当于一个弧形楔逐渐楔 入“基圆盘”与工件之间，从而夹紧工 件。
(a) 图1一74 铣拨叉槽时的定位误差
(b)
(2)槽侧面与 25H7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 B = 0 由于孔轴配合存在最大配合间隙Xmax，所以存在基准位移误差。定位 基准可绕x轴产生两个方向的转动，其单方向的转角如图1一74b所示 X / 2 0.025 0.025 tg max 0.000625 40 2 40 此处槽深为8mm，所以基准位移误差
tg x
O2 M MX
D e cos x 2
O2 M e sin x , M X H
式中
当
H一一夹紧高度，所以， tg X
e sin x D e cos x 2
x min 0; x= 0°、180°时 sin x 0 ，
2e , D
tg
此偏差将引起槽侧面对E面的偏斜，而产生尺寸11士O.2mm的基准
X mzx 0.25 0.25 0.000625 2 40 2 40
位移误差，由于槽长为40mm，所以 Y 2 40tg 2 40 0.000625 0.05 因工序基准与定位基面无相关的公共变量，所以 D 2 Y B 0.15 mm 在分析加工尺寸精度时，应计算影响大的定位误差 D 2 。此项误 差略大于工件公差 K(0.4mm)的1／3，需经精度分析后确定是否合理。
4．圆偏心轮的自锁条件（如图1-69） 由于圆偏心轮夹紧工件的 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 的自锁条件相同，即 式中 max 一一圆偏心轮的最大 升角； 1 一一圆偏心轮与工件 间的摩擦角； 2 一一圆偏心轮与回转 销之间的摩擦角。
mzx 1 2
(a)
(b) 图1-72 定位方案分析
(c)
1一支承板 2一短销 3一长销 4一支承钉 5一长条支承板
图1一72b以 25H7孔作为主要定位基面，用长销3限制工件 四个自由度 X 、 Z 、 、 ，用支承钉4限制一个自由度 ， X Z 在C 处也放一辅助支承。 Y 由于 X 长销限制，定位基准与工序基准重合，有利于保证 槽侧面与, 25H7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 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。 当首先对支承钉4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。
' FQ
' 弧形楔的作用力 FQ cos p ≈
' FQ ，
rx
因此，与斜楔夹紧力公式相似，夹紧力
FJ
当
tg1 tg x 2
' FQ

rx tg1 tg x 2
FQ L
p
= 90°时，rp =
R ，代入得 cos p
FJ
Rtg1 tg P 2
B 0.1mm
由于长销与定位孔之间存在最大配合间隙Xmax，会引起工件绕Z轴 的角度偏差土 a 。
25H7(
0.025 取长销配合长度为40mm，直径为 25g6( 250 mm)，定位孔为
0.009 )，则定位孔单边转角偏差(见图1-74a)。 25 0.025
图1-71 拔叉零件图
一、定位方案分析
1.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X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，X 还是要限制。工序基准 为： 25H7、E面和B面。 现拟定三个定位方案如图1一72所示。 如图 72a所示，工件以E面作为主要定位面，用支承板1限制三个 1一 自由度 Y 、 X 、Z ，用短销2与 25H7孔配合限制两个自由 X Z 度 、 。 为了提高工件的装夹刚度，在 C处加一辅助支承。由于垂直度 0.08mm的工序基准是 25H7孔轴线，而工件绕X轴的角度自由度 x由 E面 限制，定位基准与工序基准不重合，不利于保证槽侧面与 25H7孔轴线 的垂直度。
3．圆偏心轮偏心量e的确定
度
D D H e cos B H A e cos A ，在B点的夹紧高度 B 2 2
如图l一68所示，设圆偏心轮工作段为 AB 根据式在A点的夹紧高
夹紧行程 hAB H B H A ecos A cos B
,所以
h AB e cos A cos B
hAB S1 S 2 S3
h AB 为:
h AB e cos A cos B
(3)按自锁条件计算D f=0.1时：D=20e；f=0.15时：D=14e。 (4)查“夹具标准”(GB／T2191—91～GB／T2194--91)或查“夹具手 册”，确定圆偏心轮的其它参数。其结构如图l一70所示。
FQ L cos p
一般情况下，回转角 p = 90°时， p
x ， FJ 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
加紧力都能满足要求。
6．圆偏心轮的设计程序 (1)确定夹紧行程 偏心轮直接夹紧工件时的夹紧行程
(2)计算偏心距 确定工作段回转角范围，如 AB= 45°～135° 或 AB = 90°～180°。偏心距为
图1—69 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 大，为使自锁可靠，将其忽略不计，上式便简化为
mzx 1 或者 tg max tg1 2e ， 因 tg1 f tg D
max
代入上式 tg max f ，得
偏心轮的自锁条件是：
当f=0.1时， D 20 ；
图l一72c用长销限制工件四个自由度 X 、Z 、X 、 Z ,用长条支承 板5限制两个自由度 Y 、Z 被重复限制，属重复定位。因为E面与 25H7孔轴线的垂直度为0.lmm，而工件刚性较差，0.lmm在工件的弹性变 形范围内，因此属可用重复定位。 比较上述三种方案，图1一72c所示方案较好。 按照加工要求，工件绕丫轴的自由度 Y 必须限制，限制的办法如 图1一73所示。 挡销放在图1一73a所示位置时，由于B面与 25H7孔轴线的距离 ( 230 mm)较近，尺寸公差又大，因此防转效果差，定位精度低。 0.3 挡销放在图1一73b所示位置时，由于距离 25H7孔轴线较远，因而 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。
式中，夹紧行程为: hAB S1 S 2 S3
S1 一一装卸工件所需的间隙，一般取 S1 ≥0.3mm；
S 2 一一夹紧装置的弹性变形量，一般取 S 2 = 0.05～0.15mm；
S 3 一一夹紧行程储备量，一般取 S 3 = 0.1～O.3mm；
一一工件夹压表面至定位面的尺寸公差。
上一讲内容提要:
斜楔夹紧机构 螺旋夹紧机构
本讲主ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ内容：
偏心夹紧机构 工件装夹的实例分析
本讲重点和难点：
偏心夹紧机构及原理、特点、应用 偏心夹紧机构设计 工件装夹的实例分析
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 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， 图1-66a、b用的是圆偏心轮。
图l一67 圆偏心轮的工作原理
2.圆偏心轮的夹紧行程及工作段 如图1-68a所示，当圆偏心轮绕回转中心 O2 转动时，设轮周上任 意点x的回转角为 x ，即工件夹压表面法线与 1 2 连线间的夹角； 回转半径为 rx。
(b) (a) 图l一68 圆偏心轮的回转角 、升角及弧形楔展开图
用 x 、 rx 为坐标轴建立直角坐标系，再将轮周上各点的回转 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 楔的展开图，如图l一68b所示。 图1—68表明，当圆偏心轮从 0°回转到 180°时，其夹紧行程 为2e。图1—68还表明，轮周上各点的升角 a x 是不等的， 90°时的升角 p 最大( max )。升角 a x 为工件夹压表面的法线与 回转半径的夹角。 在三 角形 O2 M X 中
当 x 90°时， cos x 0, sin x 1, x p max arctg