齒輪加工中彈簧夾具的設計和應用效果分析
2019-1-16 來源： 茂名技師學院 作者：阮小燕
摘要：在機床中廣泛使用彈簧夾具，其適應了工業化發展需求，使生產具有了高效性與經濟性，本文介紹了彈簧夾具的概況，重點探討了其在齒輪加工中的設計及應用。
關鍵詞：齒輪加工；彈簧夾具；設計；應用
隨著制造業的發展，為了適應激烈的市場競爭，滿足顧客的實際需求，各企業更加關注產品質量及投資效率，而產品的快速切換需要夾具支持。當今，彈簧夾具在制造業中的重要性日漸顯著，為了充分發揮其作用，本文探討了其在齒輪加工中的設計與運用。
1 、彈簧夾具的概況
機床夾具是由夾具體、夾緊件、導向件及定位件等構成的，其中彈性部分為定位件。彈簧夾具的功能為：一是，提高了工件精度與質量；二是保證了生產效率，控制了加工成本；三是，擴展了工藝范圍，降低了勞動強度及操作難度、增加了操作安全性。
彈簧夾具以工藝過程為依據，可以劃分為機床、裝配、焊接機檢測夾具；以機床類型為依據，可分為車床、滾齒、剃齒、插齒、鉆床、銑床、磨床等夾具；以通用程度為依據，可分為通用與專用夾具；以夾具方式為依據，可分為手動、液壓與氣動夾具。
2 、齒輪加工中彈簧夾具的設計
在設計夾具過程中應遵循以下要求，即：工件加工后，其尺寸與精度均要滿足既定要求。傳統設計僅關注一維精度，為了進一步提高工件精度，有關的二維、三維精度得到了高度關注。
2.1 設計流程
一是分析圖紙，全面了解圖紙中的各種信息，實際分析中應包括圖紙、生產現狀，如設備、加工工藝、制造方式等，特別關注圖紙精度；二是明確加工時各定位面與加工面，由圖紙轉變為實物中最為重要的一步便是確定定位面，其作為關鍵性內容，直接關系著設計工裝效果，通過對各定位面研究，選取最優面，此后，選擇夾緊方案，此時應綜合考量工件變形、工裝設計等內容；三是繪制夾具體結構圖，設計人員應對工裝結構有基本認識，在結合具體情況展開針對性設計，保證各零件圖均滿足總體要求，待確定裝配圖后，對各零部件展開設計，尤其應關注各配件的銜接、定位及限位等，以此保證工裝精度；四是，選取工裝材料，設計人員應了解夾具材料，保證其可自如彈收，在此基礎上，方可滿足工裝要求。
2.2 設計環節
（1）前期準備。設計人員應了解夾具設計目的及實現功能，此后對有關資料進行收集與分析，以此確保夾具效益的最大化。具體信息包括夾具服務的對象，掌握其功能、精度等，夾具所處工作環境以及有關標準等，待各類信息均全面收集后，將其融入到實際設計，從而保證了夾具的經濟性、實用性與可靠性。為了保證彈性夾具設計精度，設計人員應關注工件加工精度，在實際評價中最為重要的指標便是加工誤差，此外差異化的定位基準對加工誤差也有一定的影響，如果定位基準和設計、測量基礎不同，則會出現分析誤差。此外，設計人員應對加工零件的工藝展開分析，了解其所需設備、刀具等，以此為依據設計適合的加工參數。
（2）方案選取。一方面，定位方案，夾具的定位支承系統承擔著眾多的力，如壓力、拉力、夾緊力與切削力等，為了確保加工零件精度，設計時應堅持六點定位原則，避免發生過定位或者欠定位，選取和工藝、設計基準一致的基準，以此避免誤差出現，另外，還應保證定位面大、定位可靠面視為基準面，再者，定位支承系統應擁有一定的尺寸精度，各工序均應擁有相似的定位基準。另一方面，夾緊方面，設計過程中應保證工件安裝、定位可靠，在保證工件精度前提下，盡量增加夾緊力，并要具備自鎖功能。此外，在確保夾具安全、可靠條件下，盡可能提高夾具效率，如自動加緊、松開等，以此適應批量生產需求。通常，夾緊裝置包括力源裝置、中間輔具傳遞機構及夾緊元件等。在實際時以彈性定心夾緊機構為主，其優勢顯著，如較小的夾緊行程與較高的定位精度等。
（3）總裝配圖。在實際繪制時，應以有關規定為依據，采取 1:1、1:2 或 1:5 的比例，以此保證其規范性、標準性與直觀性、可視性。通常，以主視圖法進行繪制，在總裝配圖中定位支承系統元件主要有兩個，一個為定位支承元件，另一個為限位支承元件，前者齒輪類產品以內孔為定位基準，如圖 1 所示，后者以刀具加工范圍確定其位置與限位方式。
圖 1 齒輪類彈性夾具以內孔為定位基準
（4）工藝分析。彈簧夾具選取的材料應滿足國家標準要求，以定位元件為例，可使用低碳鋼，熱處理要求為滲碳、淬火，回火 58 ～ 64HRC 等；夾緊零件，可使用 65Mn、T10A、9Si Cr 等材料，熱處理均應包括淬火，回火在 40 ～ 62HRC。在冷熱加工中鑄件與鍛件等禁止有缺陷，如氣孔、皺折等，焊縫處無氣孔、雜質等，磨削后無燒傷與龜裂等；同時，熱處理加工前應基于退火、正火等處理，此后零件禁止出現裂紋、退火等。
3 、齒輪加工中彈簧夾具的運用
3.1 數控車床
彈簧夾具應用于 CK7520 中，其結構如圖 2 所示。在設計中以工件內孔尺寸為依據，確定了彈性夾具定位部分尺寸，具體為 90（-0.011/-0.018），利用法蘭、螺栓緊固沉孔。該夾具選用了 20 度的內孔錐面，其可有效配合外錐面拉桿，彈性部位的薄壁為 2mm。在實際使用過程中彈簧心軸應和機床液壓系統間擁有連接盤，其與彈簧心軸經螺栓連接與緊固，在連接過程中應找正彈簧夾具，安裝成功后，對其進行檢驗。在拉緊彈簧夾具過程中，經內錐與外錐心軸配合實現了工作，在松開時，二者處于脫離狀態。
圖 2 數控車床中應用彈簧夾具結構圖
3.2 普通車床
普通車床 C620 在安裝彈簧夾具過程中錐心軸應采用通用模式連接法蘭，此后，對外圓跳動進行檢查，盡量保持在 0.005mm 內，以此保證心軸和設備成功連接，待連接完成后，安裝彈簧套，利用彈開墊圈，保證工件有效松開，此后，對拉桿、墊片與螺母等進行安裝，其中墊片和彈簧套件應無移動間隙。再安裝工件，其處于彈簧套外圓。經實踐證實，彈簧夾具或錐心軸左右移動，均具有可行性（圖 3）。
圖 3 普通車床中彈簧夾具的應用
3.3 滾齒機
在機械加工中滾齒具有常見性，因此，其夾具設計十分關鍵。在設計過程中以不同設備為依據，設計各異的工裝。經調查發現，普通滾齒機的夾具設計具有簡便性，通過純手工方法，安裝上下墊、螺母與滾胎，其難以設計彈簧夾具，因此，以數控滾齒機為研究對象，其工裝為直心軸與上下墊，主要是借助滾齒機液壓系統夾緊實現的，此時的心軸缺點明顯，即：裝夾困難、勞動強度大，為了彌補其不足，隨之出現了彈簧夾具，其結果如圖 4 所示。
圖 4 滾齒彈簧夾具結構圖
根據圖 4 可知，滾齒彈簧夾具是由 3 部分構成的，其中上部分發揮著壓緊作用，中間部分為銜接、下部分為穩定。各零件和機床連接后，加工時均處于固定狀態，從而保證了工件穩定性。經應用實踐顯示，該夾具的優點為：第一，較強的自動化，在機床自動升降工件上，減少了勞動強度；第二，良好的準確性，因彈簧套具備漲開功能，其消除了工件內孔和工裝安裝間的間隙，從而提高了其定位精準性與可靠性；第三，高質量及便捷性，加工工件符合了工藝要求，彈簧套便于安裝與取下。但它也存在不足，即缺少經濟性。
4 、結語
綜上所述，在齒輪加工中應用彈簧夾具成效顯著，不僅保證了加工質量，還提高了生產效率，為了有效發揮彈簧夾具作用，本文對其構成、類型及設計展開了重點探討，日后實踐中應大力推廣彈簧夾。
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