如何确定夹紧力的大小

夹紧力的大小必须适当。夹紧力过小，工件可能在加工过程中移动而破坏定位，不仅影响质量，还可能造成事故；夹紧力过大，不但会使工件和夹具产生变形，对加工质量不利，而且造成人力、物力的浪费。

理论上夹紧力的大小应与这些力或力矩的作用相平衡。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，而且切削力的大小在加速过程中是变化的。因此，夹紧力的计算是很复杂的。在实际设计中，常采用估算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。

当采用估算法确定夹紧力的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看作一个刚性系统。根据工件所受切削力、夹紧力（大型工件应考虑重力、惯性力等）的作用情况，分析加工过程中夹紧力最不利的状态，估算此状态所需的夹紧力，只考虑主要因素在力系中的影响，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，即

式中　FWK——实际所需夹紧力，N；

FW——理论夹紧力，N；

K——安全系数。

安全系数K可计算为

K＝K0K1K2K3K4

式中　K0～K4——根据生产经验考虑各种影响因素的安全系数，见表4.1。

表4.1　安全系数K0～K4的数值

夹紧工件所需夹紧力的大小，除与切削力的大小有关外，还与切削力对定位支承的作用方向有关。下面通过实例进行分析计算。

例4.1　用三爪卡盘夹持工件车削端面时夹紧力的计算，如图4.10所示。

图4.10　车削加工所需夹紧力

1—三爪卡盘；2—工件；3—车刀

解　如图4.10所示的工件用三爪卡盘夹紧，车削时受切削分力Fx，Fy，Fz的作用。主切削力Fz形成的转矩为Fz（d／2），使工件相对卡盘顺时针转动；Fy和Fz还一起以工件为杠杆，力图扳松卡爪；Fx与开盘的端面反力相平衡。为简化计算，工件较短时只考虑切削转矩的影响，忽略Fy。根据静力平衡条件并考虑安全系数，需要每个卡爪实际输入的夹紧力为

式中　f——工件与卡爪间的摩擦系数。

当工件的悬伸长L与夹持直径d之比L／d＞0.5时，Fy对夹紧的影响不能忽略，可乘以修正系数K′补偿，K′值按L／d的比值在表4.2内选取。

表4.2　修正系数K′的数值

例4.2　铣削：卧铣夹持工件在六点支承夹具中定位用圆柱铣刀铣平面时的夹紧力的计算，如图4.11所示。

图4.11　铣削加工所需夹紧力(www.xing528.com)

1—压板；2，6—导向支承；3—工件；4—铣刀；5—止推支承

解　当铣削到切削深度最大时，引起工件绕止推支承5翻转为最不利的情况，其翻转力矩为FL；而阻止工件翻转的支承2，6上的摩擦力矩为FN2f L1＋FN1f L2，工件重力及压板与工件间的摩擦力可忽略不计。当FN2＝FN1＝FW／2时，根据静力平衡条件并考虑安全系数，得

式中　f——工件与导向支承间的摩擦系数。

常见的各种夹紧形式所需夹紧力见表4.3和表4.4。

表4.3　常见夹紧形式所需的夹紧力计算公式

续表

注：FWK—所需夹紧力，N；M—切削扭矩，N·mm；F1，F2—切削力，N；K—安全系数；d—工件的直径，mm；n—夹爪数目；f—工件与支持面间的摩擦系数，其数值参见表4.4。

表4.4　各种不同接触表面之间的摩擦系数f

用计算法确定夹紧力的大小，很难计算准确。这是因为在切削过程中，加工余量、工件硬度、刀具磨损等情况是时刻变化的，所以计算出来的夹紧力数值还要乘上一个范围较大的安全系数。因此，设计手动夹紧装置时，常根据经验或类比的方法确定所需夹紧力的大小。当设计气动、液压或多件夹紧装置，夹持刚性较差工件的夹紧装置时，大多对切削力进行试验测定后，再估算所需夹紧力的数值。