联动夹紧机构的工作原理与应用

利用一个原始作用力实现单件、多件的多点或多向同时夹紧的机构，称为联动夹紧机构。由于该机构能有效提高生产率，因而在自动线和各种高效夹具中间得到广泛的采用。

联动夹紧机构的特点如下：

①易于保证工件的定位，不会因多点夹紧而产生位移和偏转，使工件的既定位置不受破坏。

②采用联动夹紧机构可减少工件的装卸时间，有利于提高劳动生产率。

③对手动夹具来说，采用联动夹紧机构可简化操作，从而减轻工人的劳动强度。

④对于机动夹紧机构来说，采用联动可减少动力装置，降低夹具的设计和制造成本，因而在自动线和各种高效夹具中得到了广泛的采用。但联动夹紧机构的动作原理、力学原理及结构等都很复杂，且设计难度较大。

根据夹具的结构和工作原理，可将联动夹紧机构分为3种，即多点多向联动夹紧机构、多件联动夹紧机构和其他联动夹紧机构。下面就各种联动夹紧机构分别加以论述。

（1）多点多向联动夹紧机构

多点、多向联动夹紧是用一个原始作用力，通过一定的机构分散到数个点上对工件进行夹紧。最简单的多点、多向夹紧是采用浮动压头的夹紧。如图4.35所示为几种常见的浮动压头。图4.35（a）为通过摆动压块1实现斜交力两点联动夹紧的浮动压头。图4.35（b）是通过浮动柱的水平滑动协调浮动压头实现对工件的夹紧。图4.35（c）为四点双向浮动夹紧机构，夹紧力分别作用在两个相互垂直的方向上，每个方向上各有两个夹紧点，两个方向上的夹紧力便通过杠杆L1，L2的长度来调整。

图4.35　浮动压头及四点双向浮动夹紧机构

1—摆动压块；2—摇臂；4—螺母；5—浮动柱

如图4.36所示为使用多点浮动夹紧机构的轴用虎钳。螺杆为一浮动元件，轴向不定位可以窜动，只能对工件进行多点夹紧，不能定位。故工件还需要靠V形块定位。

图4.36　多点浮动夹紧机构的特点

（2）多件联动夹紧机构

用一个原始力，通过一定的机构对数个相同或不同的工件进行夹紧称为多件夹紧。多件夹紧机构多用于夹紧小型工件，在铣床夹具中用得最广。根据夹紧力的方向和作用情况，一般有下列4种形式：

1）平行夹紧

如图4.37所示，各个夹紧力互相平行，从理论上说，分配到各工件上的夹紧力相等。图4.37（a）为利用平行压块进行夹紧。每两个工件一般就需要用一浮动压块，工件多于两个时，浮动压块之间还需要用浮动件联接。如图4.37所示，夹紧4个工件就需要用3个浮动件。图4.37（b）则是用流体介质（如液性塑料）代替浮动元件实现多件夹紧。

图4.37　平行夹紧机构

2）多件夹紧

多件夹紧之所以必须采用浮动环节，是由于被夹紧的工件尺寸有误差。如果采用刚性压板，则各工件所受的夹紧力就有可能不一致，甚至有些工件夹不住，如图4.38所示。

3）对向夹紧和复合夹紧

图4.38　采用刚性压板进行多件夹紧

对向夹紧是通过浮动夹紧机构产生两个方向相反、大小相等但比原始作用力大的夹紧力，并同时将各工件夹紧，如图4.39所示。图4.39（a）中转动偏心轮4，通过滑柱3，两侧的压板1即产生大小相等方向相反的夹紧力夹紧工件，偏心轮的转轴可在导轨5上浮动。图4.39（b）利用螺杆6、顶杆7和连杆8作为浮动元件，对4个工件进行夹紧，浮动件总数为3个。

图4.39　对向夹紧

1—压板；2—夹具体；3—滑柱；4—偏心轮；5—导轨；6—螺杆；7—顶杆；8—连杆

复合夹紧多为平行和对向夹紧机构的综合应用，图4.40为复合夹紧的示例。

图4.40（a）为利用两块浮动压板1和浮动螺杆2夹紧4个工件，浮动件总数为3个。图4.40（b）采用液性塑料作为传递压力的介质，旋紧螺母4，经压板5、柱塞6及液性塑料，将工件均匀夹紧。由于夹紧元件对向作用，使作用在工件定位元件上的力互相抵消，不会引起定位元件的位移。

图4.40　复合夹紧

1—浮动压板；2—浮动螺杆；3—球面垫圈；4—螺母；5—压板；6—柱塞；7—定位元件

4）连续夹紧

以工件本身为浮动件，不用另设置元件就可实现连续多件夹紧。夹紧力依次由一个工件传至下一个工件，一次可以夹紧很多工件。这种夹紧方法的缺点是工件定位基准的位置误差逐个累积，造成夹紧力方向的误差很大，故连续式夹紧适用于工件的加工面与夹紧力方向平行的场合，如图4.41所示。

图4.41　依次连续夹紧

连续夹紧机构，由于摩擦的影响，各工件所受到的夹紧力并不相等，距原始作用力越远，夹紧力越小，故同时夹紧的工件数应有所限制。(www.xing528.com)

（3）夹紧与其他动作联动

如图4.42所示为夹紧与移动压板联动机构。工件定位后，逆时针扳动手柄，由拔销1拔动压板2上的螺钉3使压板进到夹紧位置。继续扳动手柄，拔销与螺钉3脱开，偏心轮5顶起螺钉4与压板2夹紧工件。松开时，由拔销1拔动螺钉4，将压板退出。

图4.42　夹紧与移动压板联动机构

图4.43　夹紧与锁紧辅助支承联动机构

1—辅助支承；2—压板；3—螺母；4—锁销

如图4.43所示为夹紧与锁紧辅助支承联动机构。工件定位后，辅助支承1在弹簧的作用下与工件接触，转动螺母3推动压板2，压板2在压紧工件的同时，通过锁销4将辅助支承1锁紧。

如图4.44所示为先定位后夹紧联动机构。当压力油进入油缸8的左腔时，活塞杆9向右移动过程中，后端的螺钉10离开拨杆1的短头，推杆3在弹簧2的作用下向上抬起，并以其斜面推动活块4使工件靠在V形定位块7上。然后活塞杆9继续向右移动，利用其上斜面通过滚子11、推杆12顶起压板5压紧工件。当活塞杆向左移动时，压板5在弹簧6的作用下松开工作，然后螺钉10推转拨杆1压下推杆3，在斜面作用下带动活块4松开工件，此时即可取下工件。

图4.44　先定位后夹紧联动机构

1—拨杆；2，6—弹簧；3，12—推杆；4—活块；5—压板；7—定位块；8—油缸；9—活塞杆；10—螺钉；11—滚子

（4）联动夹紧机构设计要点

①联动夹紧机构在两个夹紧点之间必须设置必要的浮动环节，并具有足够的浮动量，动作灵活，符合机械传动原理。如前述联动夹紧机构中，采用滑柱、球面垫圈、摇臂、摆动压块和液性介质等作为浮动件的各个环节，它们补偿了同批工件尺寸公差的变化，确保了联动夹紧的可靠性。常见的浮动环节结构如图4.45所示。

图4.45　浮动环节的结构类型

1—动力输入；2—输出端；3—工件；4—液性介质；5—弹簧

②适当限制被夹工件的数量。在平行式多件联动夹紧中，如果工件数量过多，在一定原始力作用条件下，作用在各工件上的力就小，或者为了保证工件有足够的夹紧力，需无限增大原始作用力，从而给夹具的强度、刚度及结构等带来一系列问题。对连续式多件联动夹紧，由于摩擦等因素的影响，各工件上所受的夹紧力不等，距原始作用力越远，则夹紧力越小，故要合理确定同时被夹紧的工件数量。

③联动夹紧机构的中间传力杠杆应当力求增力，以免使驱动力过大，并要避免采用过多的杠杆，力求结构简单紧凑，提高工作效率，保证机构可靠地工作。

④设置必要的复位环节，保证复位准确，松夹装卸方便。如图4.46所示，在两拉杆4上装有固定套环5，松夹时，联动杠杆6上移，就可借助固定套环5强制拉杆4向上，使压板3脱离工件，以便装卸。

图4.46　强行松夹的结构

1—斜楔滑柱机构；2—限位螺钉；3—压板；
4—拉杆；5—固定套环；6—联动杠杆；7—工件

⑤要保证联动夹紧机构的系统刚度。一般情况下，联动夹紧机构所需总夹紧力较大，故在结构形式及尺寸设计时必须予以重视，特别要注意一些递给元件的刚度。如图4.46所示，联动杠杆6的中间部位受较大弯矩，其截面尺寸应设计大些，以防止夹紧后发生变形或损坏。

⑥正确处理夹紧力方向和工件加工面之间的关系，避免工件在定位、夹紧时的逐个积累误差对加工精度产生影响。在连续式多件夹紧中，工件在夹紧力方向必须设有限制自由度的要求。