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齒輪加工中彈簧夾具的設(shè)計(jì)和應(yīng)用效果分析

2019-1-16 來源：茂名技師學(xué)院作者：阮小燕

摘要：在機(jī)床中廣泛使用彈簧夾具，其適應(yīng)了工業(yè)化發(fā)展需求，使生產(chǎn)具有了高效性與經(jīng)濟(jì)性，本文介紹了彈簧夾具的概況，重點(diǎn)探討了其在齒輪加工中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：齒輪加工；彈簧夾具；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

隨著制造業(yè)的發(fā)展，為了適應(yīng)激烈的市場競爭，滿足顧客的實(shí)際需求，各企業(yè)更加關(guān)注產(chǎn)品質(zhì)量及投資效率，而產(chǎn)品的快速切換需要夾具支持。當(dāng)今，彈簧夾具在制造業(yè)中的重要性日漸顯著，為了充分發(fā)揮其作用，本文探討了其在齒輪加工中的設(shè)計(jì)與運(yùn)用。

1 、彈簧夾具的概況

機(jī)床夾具是由夾具體、夾緊件、導(dǎo)向件及定位件等構(gòu)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(zhì)量；二是保證了生產(chǎn)效率，控制了加工成本；三是，擴(kuò)展了工藝范圍，降低了勞動(dòng)強(qiáng)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(jù)，可以劃分為機(jī)床、裝配、焊接機(jī)檢測夾具；以機(jī)床類型為依據(jù)，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(jù)，可分為通用與專用夾具；以夾具方式為依據(jù)，可分為手動(dòng)、液壓與氣動(dòng)夾具。

2 、齒輪加工中彈簧夾具的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)夾具過程中應(yīng)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(tǒng)設(shè)計(jì)僅關(guān)注一維精度，為了進(jìn)一步提高工件精度，有關(guān)的二維、三維精度得到了高度關(guān)注。

2.1 設(shè)計(jì)流程

一是分析圖紙，全面了解圖紙中的各種信息，實(shí)際分析中應(yīng)包括圖紙、生產(chǎn)現(xiàn)狀，如設(shè)備、加工工藝、制造方式等，特別關(guān)注圖紙精度；二是明確加工時(shí)各定位面與加工面，由圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)物中最為重要的一步便是確定定位面，其作為關(guān)鍵性內(nèi)容，直接關(guān)系著設(shè)計(jì)工裝效果，通過對各定位面研究，選取最優(yōu)面，此后，選擇夾緊方案，此時(shí)應(yīng)綜合考量工件變形、工裝設(shè)計(jì)等內(nèi)容；三是繪制夾具體結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對工裝結(jié)構(gòu)有基本認(rèn)識(shí)，在結(jié)合具體情況展開針對性設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)，尤其應(yīng)關(guān)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(shè)計(jì)人員應(yīng)了解夾具材料，保證其可自如彈收，在此基礎(chǔ)上，方可滿足工裝要求。

2.2 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

（1）前期準(zhǔn)備。設(shè)計(jì)人員應(yīng)了解夾具設(shè)計(jì)目的及實(shí)現(xiàn)功能，此后對有關(guān)資料進(jìn)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(wù)的對象，掌握其功能、精度等，夾具所處工作環(huán)境以及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等，待各類信息均全面收集后，將其融入到實(shí)際設(shè)計(jì)，從而保證了夾具的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性與可靠性。為了保證彈性夾具設(shè)計(jì)精度，設(shè)計(jì)人員應(yīng)關(guān)注工件加工精度，在實(shí)際評價(jià)中最為重要的指標(biāo)便是加工誤差，此外差異化的定位基準(zhǔn)對加工誤差也有一定的影響，如果定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)、測量基礎(chǔ)不同，則會(huì)出現(xiàn)分析誤差。此外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對加工零件的工藝展開分析，了解其所需設(shè)備、刀具等，以此為依據(jù)設(shè)計(jì)適合的加工參數(shù)。

（2）方案選取。一方面，定位方案，夾具的定位支承系統(tǒng)承擔(dān)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)堅(jiān)持六點(diǎn)定位原則，避免發(fā)生過定位或者欠定位，選取和工藝、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致的基準(zhǔn)，以此避免誤差出現(xiàn)，另外，還應(yīng)保證定位面大、定位可靠面視為基準(zhǔn)面，再者，定位支承系統(tǒng)應(yīng)擁有一定的尺寸精度，各工序均應(yīng)擁有相似的定位基準(zhǔn)。另一方面，夾緊方面，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)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(dòng)加緊、松開等，以此適應(yīng)批量生產(chǎn)需求。通常，夾緊裝置包括力源裝置、中間輔具傳遞機(jī)構(gòu)及夾緊元件等。在實(shí)際時(shí)以彈性定心夾緊機(jī)構(gòu)為主，其優(yōu)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(shí)際繪制時(shí)，應(yīng)以有關(guān)規(guī)定為依據(jù)，采取 1:1、1:2 或 1:5 的比例，以此保證其規(guī)范性、標(biāo)準(zhǔn)性與直觀性、可視性。通常，以主視圖法進(jìn)行繪制，在總裝配圖中定位支承系統(tǒng)元件主要有兩個(gè)，一個(gè)為定位支承元件，另一個(gè)為限位支承元件，前者齒輪類產(chǎn)品以內(nèi)孔為定位基準(zhǔn)，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(nèi)孔為定位基準(zhǔn)

（4）工藝分析。彈簧夾具選取的材料應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(zhì)等，磨削后無燒傷與龜裂等；同時(shí)，熱處理加工前應(yīng)基于退火、正火等處理，此后零件禁止出現(xiàn)裂紋、退火等。

3 、齒輪加工中彈簧夾具的運(yùn)用

3.1 數(shù)控車床

彈簧夾具應(yīng)用于 CK7520 中，其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。在設(shè)計(jì)中以工件內(nèi)孔尺寸為依據(jù)，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(nèi)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(shí)際使用過程中彈簧心軸應(yīng)和機(jī)床液壓系統(tǒng)間擁有連接盤，其與彈簧心軸經(jīng)螺栓連接與緊固，在連接過程中應(yīng)找正彈簧夾具，安裝成功后，對其進(jìn)行檢驗(yàn)。在拉緊彈簧夾具過程中，經(jīng)內(nèi)錐與外錐心軸配合實(shí)現(xiàn)了工作，在松開時(shí)，二者處于脫離狀態(tài)。

圖 2 數(shù)控車床中應(yīng)用彈簧夾具結(jié)構(gòu)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(yīng)采用通用模式連接法蘭，此后，對外圓跳動(dòng)進(jìn)行檢查，盡量保持在 0.005mm 內(nèi)，以此保證心軸和設(shè)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(jìn)行安裝，其中墊片和彈簧套件應(yīng)無移動(dòng)間隙。再安裝工件，其處于彈簧套外圓。經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，彈簧夾具或錐心軸左右移動(dòng)，均具有可行性（圖 3）。

圖 3 普通車床中彈簧夾具的應(yīng)用

3.3 滾齒機(jī)

在機(jī)械加工中滾齒具有常見性，因此，其夾具設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)過程中以不同設(shè)備為依據(jù)，設(shè)計(jì)各異的工裝。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，普通滾齒機(jī)的夾具設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)彈簧夾具，因此，以數(shù)控滾齒機(jī)為研究對象，其工裝為直心軸與上下墊，主要是借助滾齒機(jī)液壓系統(tǒng)夾緊實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)的心軸缺點(diǎn)明顯，即：裝夾困難、勞動(dòng)強(qiáng)度大，為了彌補(bǔ)其不足，隨之出現(xiàn)了彈簧夾具，其結(jié)果如圖 4 所示。

圖 4 滾齒彈簧夾具結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)圖 4 可知，滾齒彈簧夾具是由 3 部分構(gòu)成的，其中上部分發(fā)揮著壓緊作用，中間部分為銜接、下部分為穩(wěn)定。各零件和機(jī)床連接后，加工時(shí)均處于固定狀態(tài)，從而保證了工件穩(wěn)定性。經(jīng)應(yīng)用實(shí)踐顯示，該夾具的優(yōu)點(diǎn)為：第一，較強(qiáng)的自動(dòng)化，在機(jī)床自動(dòng)升降工件上，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度；第二，良好的準(zhǔn)確性，因彈簧套具備漲開功能，其消除了工件內(nèi)孔和工裝安裝間的間隙，從而提高了其定位精準(zhǔn)性與可靠性；第三，高質(zhì)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(jīng)濟(jì)性。

4 、結(jié)語

綜上所述，在齒輪加工中應(yīng)用彈簧夾具成效顯著，不僅保證了加工質(zhì)量，還提高了生產(chǎn)效率，為了有效發(fā)揮彈簧夾具作用，本文對其構(gòu)成、類型及設(shè)計(jì)展開了重點(diǎn)探討，日后實(shí)踐中應(yīng)大力推廣彈簧夾。

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