雙向彈簧夾頭解決長軸零件加工兩端圓跳動(dòng)問題

安徽方圓機(jī)電股份有限公司（蚌埠 233010）汪劉琴 趙金群

1.問題分析

彈簧夾頭具有定心精度高，夾緊力均勻的特點(diǎn)，廣泛用于機(jī)械類零件的精加工和半精加工。一般彈簧夾頭只有一個(gè)夾緊面，當(dāng)加工工件過長或有其他特殊要求時(shí)，就需要考慮多個(gè)夾緊面的問題了。

圖1所示為我廠所生產(chǎn)的一種零部件，因?yàn)椴捎么笈糠中蚣庸?，所以各序需要設(shè)計(jì)專用夾具。圖1中所示兩端外圓在前序已加工完畢，下道工序需要在一 端外圓上加工M36×1.5螺紋，雖然只加工一個(gè)尺寸，但該零部件要求另一端φ42外圓相對螺紋有不大于0.2 m m的圓跳動(dòng)。由于工件較長，要保證不大于0.2 mm的圓跳動(dòng)有一定的難度，所以加工該工序，合理的裝夾方式是關(guān)鍵。

圖 1

開始考慮時(shí)，采用如圖2所示夾緊裝置，這是單向彈簧夾頭夾緊方式，夾緊外圓進(jìn)行加工，為了防止因工件過長產(chǎn)生擺動(dòng)，另一端外圓處加上外圓定心帶，即圖中的尺寸。該尺寸與彈簧夾頭夾緊部件內(nèi)孔同軸度在工裝設(shè)計(jì)安裝時(shí)控制在0.03 mm范圍之內(nèi)，經(jīng)實(shí)際加工100件零部件后測試，同軸度有42%超過0.2 mm，合格率不到60%，這在批量生產(chǎn)中是不允許的，因此這種裝夾方式不能滿足批量生產(chǎn)要求，必需重新考慮新的設(shè)計(jì)方法。

圖2

2.原因分析

之所以圓跳動(dòng)超差，主要由兩個(gè)方面因素造成：一是測量圓跳動(dòng)量具產(chǎn)生誤差。該量具為螺紋心軸結(jié)構(gòu)，如圖3所示，工件M39× 1.5-6h螺紋旋入螺紋心軸，用百分表測試圓跳動(dòng)，螺紋定心方式本身精度就不高，加上螺紋心軸制造時(shí)也有誤差，造成測量設(shè)備本身就有0.04 mm左右誤差，“吃”去一部分跳動(dòng)量，也就是工件圓跳動(dòng)必須小于0.16 mm。第二個(gè)問題由于定心帶尺寸與工件外圓之間有最大0.25 mm間隙，造成工件夾緊時(shí)定心端傾斜，從而產(chǎn)生定心誤差，這個(gè)原因是造成夾簧圓跳動(dòng)超差的主要原因。因此，重點(diǎn)解決裝夾加工時(shí)工件兩端同軸度問題。

3.解決方案

通過多次比較，決定采用雙向式彈簧夾頭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采用同時(shí)夾緊工件兩端的外圓，消除工件與夾具定心間隙誤差。夾具結(jié)構(gòu)如圖4所示。該夾具工作原理是：工件裝入雙向夾簧4中，依靠內(nèi)部彈簧夾頭止口取得軸向粗定位，開動(dòng)氣動(dòng)夾緊裝置，拉桿1帶動(dòng)推動(dòng)塊3向右運(yùn)動(dòng)使夾簧4與工件同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)，本體2中右端錐面迫使夾簧4右端夾頭徑向收縮，從而夾緊工件右端外圓，一旦夾緊后，夾簧4與工件將停止右移，此時(shí)推動(dòng)塊在推桿作用下仍向右移動(dòng)，使得推動(dòng)塊錐面壓迫夾簧4左端的錐面收縮，將工件左端外圓夾緊，完成整個(gè)工件夾緊過程。當(dāng)加工完成后拉桿帶動(dòng)推動(dòng)塊左移，依靠夾頭簧瓣本身彈性自動(dòng)松開工件。

圖3

圖4

在材料選用上，夾簧4采用T8A，夾簧兩端彈性部分熱處理55～60HRC。推動(dòng)塊3也采用T8A，熱處理45～55 HRC，本體2用45鋼，前端帶錐面部分和后端與推動(dòng)塊3接觸部分熱處理40～45 HRC，其余部分不做要求。夾簧兩錐面同軸度、本體與推動(dòng)塊接觸面、右端錐面同軸度要求≤0.02 mm；推動(dòng)塊錐面與其外圓同軸度≤0.015 mm。

4.實(shí)際效果及注意事項(xiàng)

該夾具經(jīng)實(shí)際使用，效果很好，加工100件工件，經(jīng)檢測95%圓跳動(dòng)低于0.2 mm，其中65%圓跳動(dòng)低于0.15 mm，滿足批量生產(chǎn)的要求。使用時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）由于工件長，所以夾具本體部分較長，重量大，這會(huì)加大主軸負(fù)擔(dān)，也增加不安全因素，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能減少本體前端外徑，或設(shè)計(jì)成階梯狀。另外，本體與主軸法蘭盤連接的止口長度較一般夾具稍長，相應(yīng)法蘭盤配合部分也加長，以提高安全性。

（2）該夾具軸向定位是活動(dòng)的，不準(zhǔn)確，主要受夾緊部位外徑大小的影響較大，因此，總長要求較嚴(yán)的工件需另外考慮軸向的定位問題。

[1]關(guān)穎.FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床培訓(xùn)教程[M].北京：化工工業(yè)出版社，2011.

[2]孫德茂.數(shù)控車床加工直接編程技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.