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使用双向弹簧夹头该如何解决长轴零件加工两端圆跳动问题

编辑:ejion 来源: 日期:2020/1/2 15:23:44 人气: 标签:

   1.问题分析

  弹簧夹头具有定心精度高,夹紧力均匀的特点,广泛用于机械类零件的精加工和半精加工。一般弹簧夹头只有一个夹紧面,当加工工件过长或有其它特殊要求时,就需要考虑多个夹紧面的问题了。

  所示为我厂所生产的一种零部件,因为采用大批量分序加工,所以各序需要设计专用夹具。中所示两端外圆φ420–0.2mm在前序已加工完毕,下道工序需要在一端φ420–0.2mm外圆上加工M36×1.5螺纹,虽然只加工一个尺寸,但该零部件要求另一端φ420–0.2mm外圆相对螺纹有不大于0.2mm的圆跳动。由于工件较长,要保证不大于0.2mm的圆跳动有一定的难度,所以该序加工,合理的装夹方式是关键。

  开始考虑时,采用如所示夹紧装置,这是单向弹簧夹头夹紧方式,夹紧外圆φ420–0.2mm进行加工,为了防止因工件过长产生摆动,另一端φ420–0.2mm外圆处加上外圆定心带,即图中的φ42+0.05+0.02mm尺寸。该尺寸与弹簧夹头夹紧部件内孔同轴度在工装设计安装时控制在0.03mm范围之内,经实际加工100件零部件测试,同轴度有42%超过0.2mm,合格率不到60%,这在批量生产中是不允许的,因此这种装夹方式不能满足批量生产要求,必需重新考虑新的设计方法。

  1.推拉杆2.弹簧夹头3.本体4.工件

  2.原因分析

  之所以圆跳动超差,主要有两个方面因素造成:一是测量圆跳动量具产生误差。该量具为螺纹芯轴结构,如所示,工件特M39×1.5-6h螺纹旋入螺纹芯轴,用百分表测试φ420–0.2mm圆跳动,螺纹定心方式本身精度就不高,加上螺纹芯轴制造时也有误差,造成测量设备本身就有0.04mm左右误差,“吃”去一部分跳动量,也就是工件圆跳动必须小于0.16mm;第二个问题由于定心带φ42+0.05+0.02mm尺寸与工件外圆φ420–0.2mm之间有最大0.25mm间隙,造成工件夹紧时定心端倾斜,从而产生定心误差,这个原因是造成夹簧圆跳动超差的主要原因。因此,重点解决装夹加工时工件两端同轴度问题。

  从产生原因分析,解决思路就是夹紧工件时保证定心端φ420–0.2mm端与夹紧端φ420–0.2mm同轴,也就是圆跳动越小越好。但实际设计夹具却有较大困难,采用何种结构?如何保证装夹效率?另外我厂采用的全是气动夹具,主轴尾部带有气缸,产生推、拉力,通过主轴孔用连杆传送至夹具夹紧,所以还要考虑夹紧动力等因素。

  3.解决方案

  通过多次思考比较,决定采用双向式弹簧夹头结构,该结构采用同时夹紧工件两端的φ420–0.2mm外圆,消除工件与夹具定心间隙误差。具体夹具如所示。该夹具工作原理是:工件装入双向夹簧4中,依靠内部弹簧夹头止口取得轴向粗定位,开动气动夹紧装置,拉杆1带动推动块3向右运动使夹簧4与工件同时向右运动,本体2中右端锥面迫使夹簧4右端夹头径向收缩,从而夹紧工件右端φ420–0.2mm外圆,一旦夹紧后,夹簧4与工件将停止右移,此时推动块在推杆作用下仍向右移动,使得推动块锥面压迫夹簧4左端的锥面收缩,将工件左端φ420–0.2mm外圆夹紧,完成整个工件夹紧过程。当加工完成后拉杆带动推动块左移,依靠夹头簧瓣本身弹性自动松开工件。

  1.推拉杆2.本体3.推动块4.双向夹簧5.工件

  在材料选用上,夹簧4采用T8A,夹簧两端弹性部分热处理55~60HRC。推动块3也采用T8A,热处理45~55HRC,本体2用45钢,前端带锥面部分和后端与推动块3接触部分热处理40~45HRC,其余部分不做要求。夹簧两锥面同轴度、本体与推动块接触面、右端锥面同轴度要求≤0.02mm;推动块锥面与其外圆同轴度≤0.015mm。

  4.实际效果及注意事项

  该夹具经实际使用,效果很好,加工100件工件,经检测95%圆跳动低于0.2mm,其中65%圆跳动低于0.15mm,满足批量生产的要求。使用时需要注意以下几点事项:

  (1)由于工件长,所以夹具本体部分较长,重量大,这会加大主轴负担,也增加不安全因素,因此,在设计时尽可能减少本体前端外径,或设计成阶梯状。另外,本体与主轴法兰盘连接的止口长度较一般夹具稍长,相应法兰盘配合部分也加长,以提高安全性。

  (2)该夹具轴向定位是活动的,不准确,主要受夹紧部位外径大小的影响较大,因此,总长要求较严的工件需另外考虑轴向定位问题。

  

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