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齒輪加工中彈簧夾具（jù）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（huáng）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（chóng）點探討了其在齒輪加工中（zhōng）的（de）設計及應用。

關鍵詞：齒輪加工；彈簧（huáng）夾具；設計；應用

隨著製造業的發（fā）展，為（wéi）了適應激烈的市場競爭，滿足顧客的實際需求（qiú），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，彈簧夾具在製造業中的重要性日漸顯著（zhe），為（wéi）了充分發揮其作用，本文探討了其（qí）在齒輪加工中的設計與運用。

1 、彈（dàn）簧（huáng）夾具的概況

機床夾具是由夾具體、夾緊件（jiàn）、導向件及（jí）定位件等（děng）構成的，其中彈性部分為定（dìng）位件。彈簧（huáng）夾具的功能為：一是，提高了工件精度與質（zhì）量；二是保證了（le）生產效（xiào）率，控（kòng）製了加工成本；三是，擴展了工藝範圍，降低了勞動（dòng）強度及操作（zuò）難度、增（zēng）加了操作安全性。

彈簧夾具（jù）以工藝過程為依據，可以劃（huá）分為機床、裝配、焊接機檢測夾具；以機床（chuáng）類（lèi）型為依據，可分為車床、滾齒、剃齒、插齒、鑽床、銑床（chuáng）、磨床（chuáng）等夾具；以通用（yòng）程度為依據，可分為通用與專用夾具；以夾具方式為依據（jù），可分為手動、液壓與氣動夾具。

2 、齒輪加工中彈簧夾具的（de）設計

在設計夾具過程中應遵循以下要求，即：工（gōng）件加工後，其尺寸與精度均要滿足既定要求。傳（chuán）統設計僅關（guān）注一維精度，為了進一步提高工件精度，有關的二（èr）維、三維精度得到了高度關注。

2.1 設計流程（chéng）

一是分析圖紙，全麵了解（jiě）圖紙中的（de）各種信息，實際分析中（zhōng）應包（bāo）括圖紙、生產現狀，如設備、加（jiā）工工藝、製造方式等，特別關（guān）注圖紙精（jīng）度；二是明確（què）加工（gōng）時各定（dìng）位麵與加工麵，由圖紙轉變為實物（wù）中最為重要的（de）一步便是（shì）確定（dìng）定位麵，其作為關鍵性內容，直接關（guān）係著設計工裝效（xiào）果，通過對各定位麵研究，選取最優麵，此後，選擇夾緊方案，此時應綜合考（kǎo）量工件變形、工（gōng）裝設計（jì）等（děng）內（nèi）容；三是繪製夾具體結構圖，設計（jì）人員應對工裝（zhuāng）結構有（yǒu）基本認識，在結合具體情況展開（kāi）針（zhēn）對性設計，保證各零件圖均滿足（zú）總（zǒng）體要求，待確定裝（zhuāng）配圖後，對各（gè）零（líng）部件展開設計，尤其應關注各（gè）配件（jiàn）的銜接、定位及限（xiàn）位等（děng），以此（cǐ）保證工裝精度；四是，選取工裝（zhuāng）材（cái）料，設計人員應了解夾具材料，保（bǎo）證其可自如彈收，在此基礎上，方可滿足工裝要求（qiú）。

2.2 設計環節

（1）前期準備。設計人（rén）員應了解夾具設計目的及實（shí）現功能，此後對有關資料進行收集與分析，以此確（què）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（gōng）能、精度等，夾具（jù）所處工作環境以及有關標準等，待各類信息均全麵收集後，將其融（róng）入到實際設計，從（cóng）而保證了夾具的經濟性、實（shí）用性與可靠性。為了保（bǎo）證彈性夾具設（shè）計精（jīng）度，設計人員應關注工件加工精度，在實際評價中最為重（chóng）要的（de）指標便是（shì）加工（gōng）誤差，此（cǐ）外差異化的定位基準對加工誤差也有一定的影（yǐng）響，如果定位基準和（hé）設計（jì）、測量基礎不同，則會出現分析誤（wù）差。此外（wài），設計人員（yuán）應（yīng）對加（jiā）工零件（jiàn）的工（gōng）藝展（zhǎn）開分析，了（le）解其所（suǒ）需設備（bèi）、刀具等，以此為依據設計適合的加（jiā）工參數。

（2）方案選取。一方麵，定位方案，夾具的定位支承係（xì）統承擔著眾（zhòng）多的力，如壓力、拉力、夾緊力與切（qiē）削力（lì）等，為了確保加工零件精度，設計時應（yīng）堅持六點定位原則，避免發生過定（dìng）位或者欠定位，選取和工藝、設計基準一致的基準，以此（cǐ）避免誤差出現，另外，還應保證定位麵大、定位可靠麵（miàn）視為基準麵，再者，定位支承係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。另一方麵（miàn），夾緊（jǐn）方麵，設計過程中應保證工件（jiàn）安裝、定位可靠，在保證工（gōng）件精度前提下，盡量增加夾緊力，並要具備自鎖功能。此外，在（zài）確保夾具安全（quán）、可靠（kào）條件下，盡（jìn）可能提高夾具效率，如自動加緊、鬆開等，以此適應批量生產需求（qiú）。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（zài）實際時以彈性定心夾緊機構為（wéi）主（zhǔ），其優勢顯著，如較小的夾緊行程與較高的定位精度等（děng）。

（3）總裝配圖（tú）。在實際繪（huì）製時（shí），應以有關規定為依據，采（cǎi）取 1:1、1:2 或 1:5 的比例，以此保證其規範（fàn）性、標準性與直（zhí）觀性、可視性（xìng）。通常，以（yǐ）主視圖法進行繪製，在（zài）總裝配圖（tú）中定位支承係統元件主（zhǔ）要有（yǒu）兩個，一個為定位支承元件，另一個為限位支承（chéng）元件，前者（zhě）齒輪類產品以內（nèi）孔為定位（wèi）基準，如圖 1 所示，後者以刀具加工（gōng）範圍確定其位置與限位方式。

圖 1 齒輪類彈性夾具以內孔為（wéi）定位基準

（4）工藝分析。彈簧夾具（jù）選取（qǔ）的材（cái）料應滿（mǎn）足國家標準要求，以定位元件為例（lì），可使用低碳鋼，熱處理要求為（wéi）滲碳、淬火，回（huí）火 58 ～ 64HRC 等；夾緊（jǐn）零件，可使用 65Mn、T10A、9Si Cr 等材料，熱（rè）處理均應包括淬火，回火在 40 ～ 62HRC。在冷熱（rè）加工（gōng）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（zá）質等，磨削（xuē）後無燒傷與龜裂等；同時，熱處理加工前應基於退火、正火等處理，此後零（líng）件禁止出現裂紋、退火等。

3 、齒輪加（jiā）工（gōng）中彈簧夾具的運用（yòng）

3.1 數控車床

彈簧夾（jiá）具應用於 CK7520 中，其結構如圖 2 所示（shì）。在設計中以工件內孔（kǒng）尺（chǐ）寸為依據，確定了彈性夾具定位部分尺寸，具體（tǐ）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，其可有效配合外錐麵拉（lā）杆，彈性部位的薄壁為 2mm。在實際使用過程中彈簧心軸應和機（jī）床液壓係統（tǒng）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（dàn）簧夾具，安裝成功後，對其進行檢驗。在拉緊（jǐn）彈簧夾具過程中，經內錐與外錐心軸配合（hé）實現了工作，在鬆開時，二者處於脫離狀態。

圖 2 數控車床（chuáng）中應用彈簧夾具結構圖

3.2 普通車床

普（pǔ）通車床 C620 在安（ān）裝（zhuāng）彈簧夾具過程中錐（zhuī）心軸應采用通用（yòng）模式連接法蘭，此後，對外圓跳動（dòng）進行（háng）檢查，盡量保持在 0.005mm 內，以（yǐ）此保證心（xīn）軸和設備（bèi）成功（gōng）連接，待連接（jiē）完成後，安裝彈簧套，利用彈開墊圈，保證工件有效鬆開，此後，對（duì）拉杆、墊片與螺母等進行安裝，其中墊片和彈簧套件應無移（yí）動間隙。再安裝工件，其處於彈簧套外圓（yuán）。經實踐證實，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（jù）的應用

3.3 滾齒（chǐ）機

在機械加工中滾（gǔn）齒具有常見（jiàn）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（de）工裝。經調查發現（xiàn），普（pǔ）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（jiá）具，因此，以數控滾齒機為研究對象，其工裝為直心軸與（yǔ）上下墊（diàn），主要是借助滾（gǔn）齒機液壓（yā）係統夾緊實現的，此時的心軸缺點明（míng）顯，即：裝夾（jiá）困（kùn）難、勞動（dòng）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（tú） 4 滾（gǔn）齒彈簧夾具結構圖

根（gēn）據圖 4 可知，滾齒彈簧夾具是由 3 部分構成的，其（qí）中上部分發揮著壓緊作用，中間部分為銜接（jiē）、下部分為穩定。各零件和機床連接後，加工時均處於固定狀態，從而保證了工件穩定性（xìng）。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（zì）動升降工件上，減少了（le）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（xì），從而提高了其定位精（jīng）準性與可靠性；第三，高質量及便捷（jié）性，加工工件符合了工藝（yì）要（yào）求，彈簧套便於（yú）安裝與取下。但它也存在不足，即缺少經（jīng）濟性。

4 、結語

綜上所述，在齒輪加（jiā）工中應用彈簧夾具成效顯著，不僅保證了加（jiā）工質量，還（hái）提高了生產效率，為（wéi）了有（yǒu）效發揮（huī）彈（dàn）簧（huáng）夾具作用，本文對（duì）其構成、類型及設計展開了重（chóng）點探討，日後實踐中應大力（lì）推（tuī）廣彈簧夾。

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