雙向彈簧夾頭解決長軸零件加工兩端圓跳動問題

安徽方圓機電股份有限公司（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，廣泛用于機械類零件的精加工和半精加工。一般彈簧夾頭只有一個夾緊面，當加工工件過長或有其他特殊要求時，就需要考慮多個夾緊面的問題了。

圖1所示為我廠所生產的一種零部件，因為采用大批量分序加工，所以各序需要設計專用夾具。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。由于工件較長，要保證不大于0.2 mm的圓跳動有一定的難度，所以加工該工序，合理的裝夾方式是關鍵。

圖 1

開始考慮時，采用如圖2所示夾緊裝置，這是單向彈簧夾頭夾緊方式，夾緊外圓進行加工，為了防止因工件過長產生擺動，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孔同軸度在工裝設計安裝時控制在0.03 mm范圍之內，經實際加工100件零部件后測試，同軸度有42%超過0.2 mm，合格率不到60%，這在批量生產中是不允許的，因此這種裝夾方式不能滿足批量生產要求，必需重新考慮新的設計方法。

圖2

2.原因分析

之所以圓跳動超差，主要由兩個方面因素造成：一是測量圓跳動量具產生誤差。該量具為螺紋心軸結構，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，螺紋定心方式本身精度就不高，加上螺紋心軸制造時也有誤差，造成測量設備本身就有0.04 mm左右誤差，“吃”去一部分跳動量，也就是工件圓跳動必須小于0.16 mm。第二個問題由于定心帶尺寸與工件外圓之間有最大0.25 mm間隙，造成工件夾緊時定心端傾斜，從而產生定心誤差，這個原因是造成夾簧圓跳動超差的主要原因。因此，重點解決裝夾加工時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構，該結構采用同時夾緊工件兩端的外圓，消除工件與夾具定心間隙誤差。夾具結構如圖4所示。該夾具工作原理是：工件裝入雙向夾簧4中，依靠內部彈簧夾頭止口取得軸向粗定位，開動氣動夾緊裝置，拉桿1帶動推動塊3向右運動使夾簧4與工件同時向右運動，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，此時推動塊在推桿作用下仍向右移動，使得推動塊錐面壓迫夾簧4左端的錐面收縮，將工件左端外圓夾緊，完成整個工件夾緊過程。當加工完成后拉桿帶動推動塊左移，依靠夾頭簧瓣本身彈性自動松開工件。

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、本體與推動塊接觸面、右端錐面同軸度要求≤0.02 mm；推動塊錐面與其外圓同軸度≤0.015 mm。

4.實際效果及注意事項

該夾具經實際使用，效果很好，加工100件工件，經檢測95%圓跳動低于0.2 mm，其中65%圓跳動低于0.15 mm，滿足批量生產的要求。使用時需要注意以下幾點：

（1）由于工件長，所以夾具本體部分較長，重量大，這會加大主軸負擔，也增加不安全因素，因此，在設計時盡可能減少本體前端外徑，或設計成階梯狀。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的，不準確，主要受夾緊部位外徑大小的影響較大，因此，總長要求較嚴的工件需另外考慮軸向的定位問題。

[1]關穎.FANUC系統數控車床培訓教程[M].北京：化工工業出版社，2011.

[2]孫德茂.數控車床加工直接編程技術[M].北京：機械工業出版社，2009.