确定夹紧力的方向、作用点和大小方法分析

夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。

（1）夹紧力的方向

1）夹紧力的方向不应破坏工件定位的准确性和可靠性，即夹紧力的方向应朝向主要定位基面。如图3-38a所示，工件被加工孔的轴线与左端面有垂直度要求，因而夹紧力F_j应朝向A面，使工件以左端面与定位元件A面接触，限制工件的3个自由度；底面与B面接触，限制2个自由度。如果夹紧力F_j朝向B面，由于工件左端面与底面存在的垂直度误差（α≠90°），夹紧后必定影响孔的轴线与左端面的垂直度要求。在图3-38b中，夹紧力F_j朝向V形块的V形面，使工件的装夹稳定可靠。

2）夹紧力的方向应便于装夹和有利于减小夹紧力。由图3-39所示的切削力、工件重力和夹紧力之间的关系可见，图3-39a所需的夹紧力最小，而图3-39f所需的夹紧力最大。如图3-40所示的夹紧力与切削力的方向，其中，图3-40a的夹紧力F_j1与切削力方向一致，是合理的；而图3-40b中的夹紧力F_j2与切削力方向相反，则是不尽合理的。

图3-38 夹紧力朝向主要限位面

a）示意图一 b）示意图二

图3-39 夹紧力方向与夹紧力大小的关系

a）示意图一 b）示意图二 c）示意图三 d）示意图四 e）示意图五 f）示意图六

F_w—夹紧力 F—切削力 G—工件重力

图3-40 夹紧力与切削力的方向

a）合理 b）不合理

（2）夹紧力的作用点

1）夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，不会引起工件产生位移或偏转。因此，夹紧力的作用点应落在定位元件上（见图3-41a、b），或几个支承元件所形成的支承面内。如果夹紧力作用在支承面范围之外（见图3-41c、d），夹紧时夹紧力与支座反力构成力矩，会使工件发生偏转。

2）夹紧力的作用点应位于工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形，这对于刚性较差的工件尤为重要。如图3-42a所示，薄壁套的径向刚性比轴向刚性差，用卡爪径向夹紧，工件变形大；如沿轴向施以夹紧力（见图3-42b），则工件的变形会大大减小，有利于减少工件孔加工后的形状误差。又如图3-43a所示的薄壁箱体，夹紧力不应作用于箱体的顶面，而应作用在刚性好的凸边上。如箱体上没有凸边时（见图3-43b），可将单点夹紧改为三点夹紧，使受力点落在刚性好的箱壁上，来减小工件夹紧变形。此外，增大工件受力面积、分散夹紧力的着力点（见图3-44），都可减小工件的夹紧变形。

图3-41 夹紧力作用点的位置

a）、b）合理 c）、d）不合理

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图3-42 薄壁套筒的夹紧

a）径向夹紧 b）轴向夹紧

图3-43 夹紧力作用点与夹紧变形的关系

a）薄壁箱体 b）箱体上没有凸边

3）夹紧力的作用点应尽量靠近工件的加工表面，以提高工件定位的稳定性和夹紧的可靠性，减少加工时的振动，必要时可增加辅助支承。图3-45所示的在拨叉上铣槽，由于主要夹紧力作用点距工件加工表面较远，故需在靠近加工表面处设置辅助支承，施加夹紧力F_j2。图3-46所示的用组合盘铣刀铣削工件两平面时，在靠近工件切削部位增设了辅助支承a和辅助夹紧力F_j2。

图3-44 分散着力点

图3-45 在拨叉上铣槽

（3）夹紧力的大小 夹紧力的大小必须适当，若过小，则工件在加工过程中会发生移动而破坏定位；若过大，则会使工件和夹具变形而影响加工质量。

确定夹紧力大小的方法有估算法、类比法和试验法。当采用估算法确定夹紧力的大小时，根据工件所受切削力、夹紧力、惯性力、重力等的情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，并按静力平衡原理计算出理论夹紧力，再乘以安全系数K，作为实际所需的夹紧力，即

F_jk=KF_j

式中 F_jk——实际所需夹紧力（N）；

F_j——理论夹紧力（N）；

K——安全系数。

图3-46 用组合盘铣刀铣削工件两平面

安全系数与加工性质（粗、精加工）、切削特点（连续、断续切削）、刀具状况夹紧力来源（手动、机动）有关。一般取K=1.5～3，粗加工取K=2.5～3，精加工取K=1.5～2.5。