《机床夹具设计》课件
第四部分 工件的夹紧
2
4.1 夹紧装置的组成
4.2 夹紧装置的基本要求
4.3 夹紧力确定的基本原则
4.4 减小夹紧变形的方法
4.5 基本夹紧机构
3
4.1 夹紧装置的组成
1、动力装置
根据夹紧装置的动力源大致可分为两种：手
动夹紧机构、气（液、电、磁）动夹紧机构。
4
手动夹紧机构
4.1 夹紧装置的组成
5
气动夹紧机构
4.1 夹紧装置的组成
6
电磁夹紧机构
4.1 夹紧装置的组成
7
2、夹紧部分
接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并执行
夹紧任务的部分, 一般由下列机构组成：
（ 1） 接受原始作用力的机构 。
（ 2） 中间传力机构 。
（ 3）夹紧元件。
4.1 夹紧装置的组成
8
夹紧装置的组成
4.1 夹紧装置的组成
9
4.2 夹紧装置的基本要求
1,使用过程中不能破坏工件定位时获得的正确
位置；
2,紧力的大小适当 。
3,使用性好 （ 动作迅速, 操作方便, 省力安
全 ） 。
4、工艺性好（结构简单、易于制造）。
10
4.3 确定夹紧力的基本原则
（ 1） 夹紧力的方
向应有助于定位稳
定, 且主夹紧力应
朝向主要定位基面 。
1,夹紧力的方向
11
夹紧力应指向主要定位基面
a)工序简图； b),c)错误； d)正确
4.3 确定夹紧力的基本原则
12
（ 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
4.3 确定夹紧力的基本原则
13
4.3 确定夹紧力的基本原则
14
（ 3）夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向
（使工件的变形尽可能小）。
4.3 确定夹紧力的基本原则
15
2,夹紧力的作用点
（ 1）夹紧力
的作用点应靠
近定位元件的
几何中心或落
在定位元件的
支承范围内。
4.3 确定夹紧力的基本原则
16
（ 2）夹紧力的作用点应选在工件刚度较高的部位 。
4.3 确定夹紧力的基本原则
17
（ 3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。
4.3 确定夹紧力的基本原则
18
4.3 确定夹紧力的基本原则
19
3,夹紧力的大小
理论上，夹紧力的大小应与作用在工件上的其
它力（力矩）相平衡；而实际上，夹紧力的大小还
与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有
关，计算是很复杂的。因此，实际设计中常采用估
算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。
4.3 确定夹紧力的基本原则
20
估算法 —— 将夹具和工件看成一个刚体，根据工件
受力情况，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最
后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力。
WWK KFF ?
4.3 确定夹紧力的基本原则
21
4.4 减小夹紧变形的方法
22
1,合理确定夹紧力的方向、作用点和大小。
4.4 减小夹紧变形的方法
23
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。
4.4 减小夹紧变形的方法
24
3,提高工件和夹具元件的装夹刚度 。
（ 1） 对于刚度
差的工件，采用
浮动夹具装置或
增设辅助支承。
4.4 减小夹紧变形的方法
25
（ 2）注意减小或防止夹具元件变形对加工精度的影响 。
4.4 减小夹紧变形的方法
26
4.5 基本夹紧机构
（ 一）斜楔夹紧机构
采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机
构称为斜楔夹紧机构。
27
1、夹紧力计算
2,增力比计算
3、行程比
4、自锁条件
5、升角 α的选择
6、结构特点
7、适用范围
斜楔夹紧机构
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
28
1、夹紧力计算
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
29
2、增 力比计算
斜楔的夹紧力与原始作用力之比称为增力比，即：
在不考虑摩擦影响时，理想增力比为,
)t a n(t a n
1
1Q ??? ??
?? FFi wF
?t a n
1' ?
Fi
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
30
3、行程比
工件所要求的夹紧行程 h与斜楔相应移动的距
离 s之比称为行程比 is。
?t a n?? shi s
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
31
4、自锁条件
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
32
5、升角 α的选择
根据自锁条件和对增力比与夹紧行程的综合考虑。
手动夹紧时,一般取 α＝ 6°～ 8°；
自锁的机动夹紧,取 α≤12°,不需要自锁的机
动夹紧（用气压或液压装置驱动的斜楔），取 α＝
15°～ 35°。
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
33
双斜面斜楔夹紧机构
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
34
6、结构特点
（ 1） 斜楔具有自锁性；
（ 2） 斜楔能改变夹紧作用力的方向；
（ 3） 斜楔具有扩力作用；
（ 4） 斜楔的夹紧行程很小；
（ 5） 斜楔夹紧效率低 。
7、适用范围
（ 1）毛坯质量较高；（ 2）机动夹紧装置。
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
35
（二）螺旋夹紧机构
2、典型结构形式
（ 1）简单螺旋夹紧机构；
（ 2） 螺旋压板夹紧机构。
1、定义
采用螺杆作中间传力元件的夹紧机构统称为螺旋夹紧机构。
螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把斜楔绕在圆柱
体上，因此它的夹紧作用原理与斜楔是一样的。
36
（ 1）简单螺旋夹紧机构
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
37
摆动压块
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
38
（ 2）螺旋压板夹紧机构
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
39
压紧件
压紧件 主要用于将工件压紧在夹具体上，以保证工件定位后的正确位置，
并使工件在切削力的作用下位置保持不变。压紧件的类型较多，用途广泛，
适当使用可以改善夹具的压紧结构，提高效率。
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
40
紧
固
件
紧固件 在夹具系统中所占的比例较大，数量约占一半以上，主
要用于连接夹具系统中的各类元件及紧固被加工工件。
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
41
工件的夹紧
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
42
3、结构特点
（ 1） 结构简单；
（ 2） 扩力比大；
（ 3） 自锁性能好；
（ 4） 行程不受限制；
（ 5） 夹紧动作慢 。
4、适用范围
手动夹具上用得最多的一种夹紧机构 。
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
43
5、快速装卸机构
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
44
（三）偏心夹紧机构
2、偏心件形式
（ 1）圆偏心；
（ 2） 曲线偏心。
1、定义
用偏心件直接或间接夹紧工件的机构为偏心
夹紧机构。
45
圆偏心夹紧机构
4.5 基本夹进机构（三）偏心夹紧机构
46
3、圆偏心轮的工作特性
4.5 基本夹进机构（三）偏心夹紧机构
47
（ 1）圆偏心轮的升角
?
??
c o s2
s i na r c t a na r c t a n
K
eD
e
MK
OM
?
??
D
e
p
2a r c t a n
m a x ?? ??
式中, e — 偏心距；
θ— 偏心轮回转角度 （ ° ） ；
D — 偏心轮直径,
4.5 基本夹进机构（三）偏心夹紧机构
48
（ 2）圆偏心轮的工作段
圆偏心轮工作时，主要要考虑 有效夹紧力的变
化值大小、有效夹紧行程大小和可靠自锁 几个基本
条件，而自锁是由偏心轮的结构条件来决定。所以，
在有限的夹紧转角范围内要得到尽可能大的夹紧行
程，往往成为圆偏心轮工作曲线段选择的主要原则。
4.5 基本夹进机构（三）偏心夹紧机构
49
0° ~45° 曲线段
90° ~180° 曲线段
45° ~135° 曲线段
曲线升程很小，夹紧行程有限，一般不采用 。
曲线前半段升程迅速增大，有利于快速趋近
工件；后半段楔升角逐渐减小，曲线平缓，有利
于得到大而稳定的有效夹紧力，且自锁性良好。
有效夹紧行程较大，适合于夹紧方向尺寸误
差较大的工件的夹紧。
4.5 基本夹进机构（三）偏心夹紧机构
50
（ 3）圆偏心轮的自锁条件
21m a x ??? ??
4.5 基本夹进机构（三）偏心夹紧机构
51
（四）定心夹紧机构
当工件被加工面以中心要素（轴线、中心平面等）
为工序基准时，为使基准重合以减少定位误差，需采
用定心夹紧机构。
定心夹紧机构具有定心和夹紧两种功能，如卧式
车床的三爪自定心卡盘即为最常用的典型实例。
52
定心夹紧机构按其定心作用原理有两种类型：
?一种是 依靠传动机构使定心夹紧元件等速移动, 从
而实现定心夹紧, 如螺旋式, 杠杆式, 楔式机构等；
?另一种是 利用薄壁弹性元件受力后产生均匀的弹性
变形 （ 收缩或扩张 ）, 来实现定心夹紧, 如弹簧筒夹,
膜片卡盘, 波纹套, 液性塑料等 。
4.5 基本夹进机构（四）定心夹紧机构
53
1,螺旋式定心夹紧机构
图 10.29 螺旋式定心夹紧机构
4.5 基本夹进机构（四）定心夹紧机构
54
2,杠杆式定心夹紧机构
4.5 基本夹进机构（四）定心夹紧机构
55
3,楔式定心夹紧机构
4.5 基本夹进机构（四）定心夹紧机构
56
4,弹簧筒夹式定心夹紧机构
4.5 基本夹进机构（四）定心夹紧机构
第四部分 工件的夹紧
2
4.1 夹紧装置的组成
4.2 夹紧装置的基本要求
4.3 夹紧力确定的基本原则
4.4 减小夹紧变形的方法
4.5 基本夹紧机构
3
4.1 夹紧装置的组成
1、动力装置
根据夹紧装置的动力源大致可分为两种：手
动夹紧机构、气（液、电、磁）动夹紧机构。
4
手动夹紧机构
4.1 夹紧装置的组成
5
气动夹紧机构
4.1 夹紧装置的组成
6
电磁夹紧机构
4.1 夹紧装置的组成
7
2、夹紧部分
接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并执行
夹紧任务的部分, 一般由下列机构组成：
（ 1） 接受原始作用力的机构 。
（ 2） 中间传力机构 。
（ 3）夹紧元件。
4.1 夹紧装置的组成
8
夹紧装置的组成
4.1 夹紧装置的组成
9
4.2 夹紧装置的基本要求
1,使用过程中不能破坏工件定位时获得的正确
位置；
2,紧力的大小适当 。
3,使用性好 （ 动作迅速, 操作方便, 省力安
全 ） 。
4、工艺性好（结构简单、易于制造）。
10
4.3 确定夹紧力的基本原则
（ 1） 夹紧力的方
向应有助于定位稳
定, 且主夹紧力应
朝向主要定位基面 。
1,夹紧力的方向
11
夹紧力应指向主要定位基面
a)工序简图； b),c)错误； d)正确
4.3 确定夹紧力的基本原则
12
（ 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
4.3 确定夹紧力的基本原则
13
4.3 确定夹紧力的基本原则
14
（ 3）夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向
（使工件的变形尽可能小）。
4.3 确定夹紧力的基本原则
15
2,夹紧力的作用点
（ 1）夹紧力
的作用点应靠
近定位元件的
几何中心或落
在定位元件的
支承范围内。
4.3 确定夹紧力的基本原则
16
（ 2）夹紧力的作用点应选在工件刚度较高的部位 。
4.3 确定夹紧力的基本原则
17
（ 3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。
4.3 确定夹紧力的基本原则
18
4.3 确定夹紧力的基本原则
19
3,夹紧力的大小
理论上，夹紧力的大小应与作用在工件上的其
它力（力矩）相平衡；而实际上，夹紧力的大小还
与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有
关，计算是很复杂的。因此，实际设计中常采用估
算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。
4.3 确定夹紧力的基本原则
20
估算法 —— 将夹具和工件看成一个刚体，根据工件
受力情况，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最
后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力。
WWK KFF ?
4.3 确定夹紧力的基本原则
21
4.4 减小夹紧变形的方法
22
1,合理确定夹紧力的方向、作用点和大小。
4.4 减小夹紧变形的方法
23
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。
4.4 减小夹紧变形的方法
24
3,提高工件和夹具元件的装夹刚度 。
（ 1） 对于刚度
差的工件，采用
浮动夹具装置或
增设辅助支承。
4.4 减小夹紧变形的方法
25
（ 2）注意减小或防止夹具元件变形对加工精度的影响 。
4.4 减小夹紧变形的方法
26
4.5 基本夹紧机构
（ 一）斜楔夹紧机构
采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机
构称为斜楔夹紧机构。
27
1、夹紧力计算
2,增力比计算
3、行程比
4、自锁条件
5、升角 α的选择
6、结构特点
7、适用范围
斜楔夹紧机构
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
28
1、夹紧力计算
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
29
2、增 力比计算
斜楔的夹紧力与原始作用力之比称为增力比，即：
在不考虑摩擦影响时，理想增力比为,
)t a n(t a n
1
1Q ??? ??
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?t a n
1' ?
Fi
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
30
3、行程比
工件所要求的夹紧行程 h与斜楔相应移动的距
离 s之比称为行程比 is。
?t a n?? shi s
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
31
4、自锁条件
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
32
5、升角 α的选择
根据自锁条件和对增力比与夹紧行程的综合考虑。
手动夹紧时,一般取 α＝ 6°～ 8°；
自锁的机动夹紧,取 α≤12°,不需要自锁的机
动夹紧（用气压或液压装置驱动的斜楔），取 α＝
15°～ 35°。
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
33
双斜面斜楔夹紧机构
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
34
6、结构特点
（ 1） 斜楔具有自锁性；
（ 2） 斜楔能改变夹紧作用力的方向；
（ 3） 斜楔具有扩力作用；
（ 4） 斜楔的夹紧行程很小；
（ 5） 斜楔夹紧效率低 。
7、适用范围
（ 1）毛坯质量较高；（ 2）机动夹紧装置。
4.5 基本夹进机构（一） 斜楔夹紧机构
35
（二）螺旋夹紧机构
2、典型结构形式
（ 1）简单螺旋夹紧机构；
（ 2） 螺旋压板夹紧机构。
1、定义
采用螺杆作中间传力元件的夹紧机构统称为螺旋夹紧机构。
螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把斜楔绕在圆柱
体上，因此它的夹紧作用原理与斜楔是一样的。
36
（ 1）简单螺旋夹紧机构
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
37
摆动压块
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
38
（ 2）螺旋压板夹紧机构
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
39
压紧件
压紧件 主要用于将工件压紧在夹具体上，以保证工件定位后的正确位置，
并使工件在切削力的作用下位置保持不变。压紧件的类型较多，用途广泛，
适当使用可以改善夹具的压紧结构，提高效率。
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
40
紧
固
件
紧固件 在夹具系统中所占的比例较大，数量约占一半以上，主
要用于连接夹具系统中的各类元件及紧固被加工工件。
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
41
工件的夹紧
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
42
3、结构特点
（ 1） 结构简单；
（ 2） 扩力比大；
（ 3） 自锁性能好；
（ 4） 行程不受限制；
（ 5） 夹紧动作慢 。
4、适用范围
手动夹具上用得最多的一种夹紧机构 。
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
43
5、快速装卸机构
4.5 基本夹进机构（二）螺旋夹紧机构
44
（三）偏心夹紧机构
2、偏心件形式
（ 1）圆偏心；
（ 2） 曲线偏心。
1、定义
用偏心件直接或间接夹紧工件的机构为偏心
夹紧机构。
45
圆偏心夹紧机构
4.5 基本夹进机构（三）偏心夹紧机构
46
3、圆偏心轮的工作特性
4.5 基本夹进机构（三）偏心夹紧机构
47
（ 1）圆偏心轮的升角
?
??
c o s2
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K
eD
e
MK
OM
?
??
D
e
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2a r c t a n
m a x ?? ??
式中, e — 偏心距；
θ— 偏心轮回转角度 （ ° ） ；
D — 偏心轮直径,
4.5 基本夹进机构（三）偏心夹紧机构
48
（ 2）圆偏心轮的工作段
圆偏心轮工作时，主要要考虑 有效夹紧力的变
化值大小、有效夹紧行程大小和可靠自锁 几个基本
条件，而自锁是由偏心轮的结构条件来决定。所以，
在有限的夹紧转角范围内要得到尽可能大的夹紧行
程，往往成为圆偏心轮工作曲线段选择的主要原则。
4.5 基本夹进机构（三）偏心夹紧机构
49
0° ~45° 曲线段
90° ~180° 曲线段
45° ~135° 曲线段
曲线升程很小，夹紧行程有限，一般不采用 。
曲线前半段升程迅速增大，有利于快速趋近
工件；后半段楔升角逐渐减小，曲线平缓，有利
于得到大而稳定的有效夹紧力，且自锁性良好。
有效夹紧行程较大，适合于夹紧方向尺寸误
差较大的工件的夹紧。
4.5 基本夹进机构（三）偏心夹紧机构
50
（ 3）圆偏心轮的自锁条件
21m a x ??? ??
4.5 基本夹进机构（三）偏心夹紧机构
51
（四）定心夹紧机构
当工件被加工面以中心要素（轴线、中心平面等）
为工序基准时，为使基准重合以减少定位误差，需采
用定心夹紧机构。
定心夹紧机构具有定心和夹紧两种功能，如卧式
车床的三爪自定心卡盘即为最常用的典型实例。
52
定心夹紧机构按其定心作用原理有两种类型：
?一种是 依靠传动机构使定心夹紧元件等速移动, 从
而实现定心夹紧, 如螺旋式, 杠杆式, 楔式机构等；
?另一种是 利用薄壁弹性元件受力后产生均匀的弹性
变形 （ 收缩或扩张 ）, 来实现定心夹紧, 如弹簧筒夹,
膜片卡盘, 波纹套, 液性塑料等 。
4.5 基本夹进机构（四）定心夹紧机构
53
1,螺旋式定心夹紧机构
图 10.29 螺旋式定心夹紧机构
4.5 基本夹进机构（四）定心夹紧机构
54
2,杠杆式定心夹紧机构
4.5 基本夹进机构（四）定心夹紧机构
55
3,楔式定心夹紧机构
4.5 基本夹进机构（四）定心夹紧机构
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4,弹簧筒夹式定心夹紧机构
4.5 基本夹进机构（四）定心夹紧机构
