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齒輪（lún）加工中彈簧夾（jiá）具的設計和應（yīng）用效果分析

2019-1-16 來源：茂（mào）名技師學院作者：阮小（xiǎo）燕

摘要：在機床中廣泛使用彈（dàn）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（le）其在齒輪加工中的設（shè）計及應用。

關鍵詞：齒輪加工；彈簧夾具；設計；應用

隨（suí）著製造業的發展，為了適應激烈的市場競爭，滿（mǎn）足顧客的實際需求，各企業更加關注產品質量及投（tóu）資效率，而產品的快速切換需（xū）要夾具支持（chí）。當今（jīn），彈簧夾具在製造業中的重要性日漸顯（xiǎn）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（yǔ）運用。

1 、彈簧夾具的概況（kuàng）

機床夾具是由夾具體、夾緊件、導向件及定位件等構（gòu）成的，其中彈性部分為定位件。彈簧夾具的功能為：一是，提（tí）高了工（gōng）件精度與質量；二是（shì）保證了生產效率，控製（zhì）了加工成本；三是，擴展了工藝範圍，降低了勞動強（qiáng）度及操作難度、增加了操作安全性。

彈簧夾具以工藝過程（chéng）為依據，可以劃分為機床、裝配、焊接機檢測夾（jiá）具；以機床類型為依據，可（kě）分為車床、滾齒、剃齒、插齒（chǐ）、鑽床、銑床、磨床等（děng）夾具；以通用程度為（wéi）依據，可分為（wéi）通用與專用（yòng）夾具；以夾具方式為依據，可分為手動、液壓與氣動夾（jiá）具。

2 、齒輪加工中（zhōng）彈簧夾具的設計

在設計夾具過程中應（yīng）遵循以下要求，即：工件加工後，其尺寸與精度均要滿足既定要（yào）求。傳統設計僅關注一維精度，為了（le）進一步（bù）提高（gāo）工件（jiàn）精度，有關的二維、三維精度得到（dào）了（le）高度（dù）關（guān）注。

2.1 設計流程

一是（shì）分析圖紙，全麵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、製造方式（shì）等，特別關注圖紙精度；二是明確加工時各定位麵與加工麵，由圖紙轉變為（wéi）實物中最為重要的一步便是確定定位麵，其作為關鍵性內容，直接關係著設計工裝效果，通過對各定位麵研究，選取最優麵，此（cǐ）後，選擇夾（jiá）緊方案，此時應綜（zōng）合考量（liàng）工件變形、工裝設計等內容；三（sān）是繪製夾具體結（jié）構圖，設（shè）計人員應（yīng）對工裝結構有基本認識，在結合具（jù）體情況展開針對性設計，保證各零件圖均滿足總體要求，待確定裝配圖後，對各零部件展開設計，尤（yóu）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（liào），保證其可自如彈收（shōu），在此基礎上，方可（kě）滿（mǎn）足（zú）工（gōng）裝要求。

2.2 設計環節

（1）前期（qī）準備。設計人員應了（le）解夾具設（shè）計目的及實現功能，此後對有關資料進行收（shōu）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（xiàng），掌握其功能、精度等，夾具所處工作環（huán）境以及有關標準等，待各類信息（xī）均全麵收集後，將其融入到實際設計，從而保證（zhèng）了夾（jiá）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（shè）計人員應關注工件加工精度，在實（shí）際（jì）評價中最為（wéi）重要的指標（biāo）便是加工誤差，此外差異化的（de）定位基準對加工（gōng）誤差也（yě）有一定的（de）影響，如果定位基準和設（shè）計、測量基礎不同，則會出現分析（xī）誤差。此外，設（shè）計人員應對加工零件的工藝展開分（fèn）析，了解其所需（xū）設備、刀具等，以此為依據設計適合的加工參數。

（2）方案選取。一方麵，定位（wèi）方（fāng）案，夾具的定位支承係統承擔著（zhe）眾多的力，如壓力、拉力、夾緊力與切（qiē）削力（lì）等（děng），為了（le）確保加（jiā）工零件精度（dù），設計時應堅持六點定位原則，避免發生過定位（wèi）或者欠定位，選取和工藝（yì）、設計基準一致（zhì）的基準，以（yǐ）此避免誤差出現，另外（wài），還應（yīng）保證定位麵（miàn）大、定（dìng）位可靠麵（miàn）視為基準麵，再者，定位支（zhī）承係統應擁有（yǒu）一定的尺寸精度，各工序均應擁有相似的定位基準。另一方麵，夾緊方麵，設計（jì）過程中應（yīng）保證工件安裝、定位可靠，在保證工（gōng）件精度前提下，盡量增加夾（jiá）緊力（lì），並要具備（bèi）自鎖功能。此（cǐ）外，在確保夾具（jù）安全、可靠條件下（xià），盡可能提高夾具效（xiào）率，如自動加緊、鬆開等，以此（cǐ）適應批量生產需求。通常，夾緊裝置包括力（lì）源裝置、中間輔具傳遞機構（gòu）及夾緊（jǐn）元件等。在實際（jì）時以彈性（xìng）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（de）定位精（jīng）度等。

（3）總裝配圖。在實際繪（huì）製（zhì）時（shí），應以有關規定（dìng）為依據，采取 1:1、1:2 或 1:5 的比例，以此保證其規範性、標準性與直觀性、可視性。通常，以主視圖法進行繪製，在（zài）總裝（zhuāng）配圖中定位支承係統元件主要有兩個，一個（gè）為（wéi）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（zhǔn），如圖 1 所示，後者以刀具加工範圍確定其（qí）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（jiā）標準要求（qiú），以定（dìng）位元件為例，可使用低碳（tàn）鋼，熱處理要求為滲（shèn）碳、淬火，回火 58 ～ 64HRC 等；夾緊零件，可使用（yòng） 65Mn、T10A、9Si Cr 等材料，熱處理均（jun1）應包（bāo）括（kuò）淬火，回火在 40 ～ 62HRC。在冷熱加工中鑄（zhù）件與鍛件（jiàn）等禁止有缺陷，如氣孔、皺折等，焊縫處（chù）無氣孔（kǒng）、雜質等，磨削後無燒傷與（yǔ）龜裂等；同時（shí），熱處理加工前應基於退火、正火等處理，此後零件禁止出現裂紋、退火等。

3 、齒輪加工中彈簧夾具的運用

3.1 數控車（chē）床

彈簧夾具應用於 CK7520 中，其結構如圖 2 所示。在設計中以工件內孔（kǒng）尺寸為依據，確定（dìng）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 度的內孔錐麵（miàn），其可有效配合（hé）外錐麵拉杆，彈性部（bù）位的薄壁為 2mm。在實際（jì）使用過程中彈簧心軸應和（hé）機床液壓係統間擁有連接盤，其與彈簧心軸經螺栓連（lián）接與緊固，在連接過（guò）程中應（yīng）找正彈簧夾具，安裝成功後，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（gōng）作，在鬆開時，二者處於脫離狀態。

圖 2 數控車床中應用彈簧夾具結構（gòu）圖

3.2 普（pǔ）通車床

普通車床 C620 在安裝彈（dàn）簧夾具過程中錐（zhuī）心軸應采（cǎi）用（yòng）通用模式連接法蘭，此後，對外圓（yuán）跳動進行檢查，盡量保（bǎo）持在（zài） 0.005mm 內（nèi），以此保證心軸和設備成功連接，待連接（jiē）完（wán）成後（hòu），安裝彈簧套，利用彈開（kāi）墊圈，保證工（gōng）件有效鬆開，此後（hòu），對拉杆、墊片與螺母等進行安裝，其中墊片（piàn）和彈簧套件應（yīng）無移動間隙。再安（ān）裝工件，其處於彈（dàn）簧套外圓。經實踐證實（shí），彈簧夾具或錐心軸左右移動，均具有（yǒu）可行性（圖（tú） 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（yīn）此，其夾具設（shè）計十分關鍵。在設計過（guò）程中以不同設備為依據（jù），設計各異的工（gōng）裝。經調查（chá）發現，普通滾齒機的夾具設（shè）計具有簡便性，通過純手工方法，安裝上下墊、螺母與（yǔ）滾胎，其難以設計（jì）彈簧夾（jiá）具（jù），因此，以數控滾齒機為研究對象，其工裝為直心軸與上（shàng）下墊，主（zhǔ）要是借助滾（gǔn）齒機液壓係統夾緊實現（xiàn）的，此時的心軸缺點明顯，即：裝夾困難（nán）、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（dàn）簧夾具結構圖

根據圖 4 可知，滾齒彈簧夾具是（shì）由 3 部分構成的，其中（zhōng）上部分發揮著壓緊作用，中間部分為銜接、下部分（fèn）為穩定。各零件和機床連接後，加工時均處於固定狀態，從而保證了工件（jiàn）穩（wěn）定性。經應用實踐顯示，該夾具的優點為（wéi）：第一，較強（qiáng）的自動化，在機床自動升降工件上，減少了勞動強度；第二，良（liáng）好的準（zhǔn）確性，因彈簧套具備漲開功（gōng）能，其消除了工件內孔和工裝安裝間的間隙，從而（ér）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（hé）了工藝要求，彈（dàn）簧套便於安裝與取（qǔ）下（xià）。但它也存在不足，即缺（quē）少經濟性。

4 、結語

綜上（shàng）所述，在齒輪加工（gōng）中應用彈簧夾具（jù）成效顯著（zhe），不僅保證了加（jiā）工質量（liàng），還提高（gāo）了生產效率，為了有效發揮彈簧夾具作用，本文對其構（gòu）成、類（lèi）型（xíng）及設計展開（kāi）了重點探討，日後實踐中應大力推廣彈簧夾。

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