V形彈簧夾頭的應(yīng)用

現(xiàn)代復(fù)雜的制造環(huán)境中，V形彈簧想在最佳狀態(tài)下保持連續(xù)切削加工，大多數(shù)工廠都必須經(jīng)過機(jī)床制造商的嚴(yán)格培訓(xùn)，認(rèn)真學(xué)習(xí)新設(shè)備的加工運(yùn)動(dòng)原理、結(jié)構(gòu)特征和使用技巧，方能進(jìn)行操作使用V形彈簧。尤其對(duì)于頂端的技術(shù)系統(tǒng)，更是如此。例如，先進(jìn)的機(jī)床控制系統(tǒng)V形彈簧，復(fù)雜形狀零件的5軸加工程序的匯編等。慶幸的是，有一種與此相反的處理方案，這就是截止目前已經(jīng)開發(fā)出的一些功能強(qiáng)大、精度高，但又容易操作V形彈簧 (勿須專門培訓(xùn))和使用壽命長(zhǎng)的工藝裝備。用以快速定位、夾緊工件(或刀具)的相對(duì)卡盤定位精度高的彈簧夾頭(或稱彈簧套)就屬于這一范疇。它具有V形彈簧100多年的悠久歷史和很廣闊的應(yīng)用范圍。

第一個(gè)彈簧夾頭的使用并不是很理V形彈簧想的。但當(dāng)時(shí)確實(shí)證明了一個(gè)事實(shí)，一個(gè)好的工件夾頭的使用，能提高生產(chǎn)效率和加工零件精度。后來(lái)，在車床開發(fā)制造領(lǐng)域享有盛名的Hardinge公司V形彈簧，在1901年驕傲地在他們開發(fā)的車床上使用了(于1890年)由本公司研制成功，用以提供工件定位與夾緊的彈簧夾頭，并將他們的產(chǎn)品圖紙和開發(fā)的系V形彈簧列產(chǎn)品向外公布。當(dāng)時(shí)主要是為適應(yīng)鐘表和透鏡制造業(yè)大批量生產(chǎn)的市場(chǎng)需要而開發(fā)的。能如此好地為早期(1920年前)的普通車床與凸輪式多軸自動(dòng)車V形彈簧床提供得心應(yīng)手的彈簧夾頭產(chǎn)品，的確令人難以置信。這就如同在現(xiàn)在的先進(jìn)的CNC車床上配置一套現(xiàn)代化技術(shù)的控制系統(tǒng)。

讓我們回顧以往，隨著加工與設(shè)備技術(shù)V形彈簧的不斷進(jìn)步，在要求各個(gè)系統(tǒng)都能極高地提高生產(chǎn)效率的設(shè)計(jì)改革潮流中，對(duì)作為機(jī)床的最基本但又很重要的工藝裝備彈簧夾頭，卻從沒有給以設(shè)計(jì)的空間和時(shí)間。這似乎是件非常奇怪的事情。

在機(jī)床結(jié)構(gòu)也在以飛快速度變換著的形V形彈簧勢(shì)下，能繼續(xù)保持原彈簧夾頭基本結(jié)構(gòu)保持不變的這一奇跡，主要?dú)w功于V形彈簧它特具有的靈巧、精致的結(jié)構(gòu)和功能強(qiáng)大、使用方便以及經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)。彈簧夾頭雖小，但在機(jī)床工業(yè)中確實(shí)起到了很重要的作用，這是都是由于它V形彈簧具有以下很強(qiáng)的功能：

1. 能精確地定位與夾緊工件(或刀具V形彈簧)，具有抵抗扭矩和承受來(lái)自多方向切削力的功能。
2. 具有增大驅(qū)動(dòng)力(拉力)和轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)V形彈簧力為工件(或刀具)夾緊力的功能。
3. 具有快速松開工件(或刀具)的功能。
4. 具有在不降低加工精度和使工件不V形彈簧受損害前提下的高重復(fù)精度。
5. 具有能在較寬的主軸轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作V形彈簧與只有極小的夾緊力損失的能力。在
6. 在高速切削中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小。

夾緊力

總的來(lái)說(shuō)，彈簧夾頭的設(shè)計(jì)和使用是一個(gè)涉V形彈簧及面很寬的領(lǐng)域，它是需要相對(duì)應(yīng)于多種機(jī)床系列，以及包括了為體現(xiàn)它與機(jī)床各自不同風(fēng)格和特征而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，所以總數(shù)已有成千上萬(wàn)。但是現(xiàn)在V形彈簧還有一個(gè)普遍的錯(cuò)誤觀念，認(rèn)為彈簧夾頭只用以?shī)A緊圓柱形工件毛坯。這是不符合事實(shí)的，實(shí)際上它幾乎能對(duì)任何形狀的工件(或刀具)，包括正方形或V形彈簧六邊形工件進(jìn)行定位夾緊。

下面主要介紹影響各種彈簧夾頭正確裝夾V形彈簧定位和夾緊力的有關(guān)因素和工作原理。

影響夾緊力的因素

夾緊力是機(jī)床經(jīng)彈簧夾頭施加在工件V形彈簧上的力。本文中插圖是一個(gè)在車床上使用的用以定位、夾緊工件的彈簧夾頭 , 同樣也可以被用來(lái)對(duì)刀具、磨削的工件實(shí)行 定位、夾緊或許多別的場(chǎng)合V形彈簧。拉桿(圖中未示出)的外螺紋與彈簧夾頭的后端內(nèi)螺紋連接拉緊，產(chǎn)生V形彈簧軸向拉力。然后由機(jī)床主軸前端的被稱為鎖緊角的錐面，將軸向拉力轉(zhuǎn)換成一垂直于彈簧夾頭中心的夾緊力。不僅如此，夾緊力還可以通過鎖緊角將其V形彈簧擴(kuò)大，經(jīng)過計(jì)算得知，根據(jù)不同的鎖緊角，彈簧夾頭夾緊力可擴(kuò)大3-4倍。

彈簧夾頭是一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的工藝裝置，卻有許多影響夾緊力的主要因素 。對(duì)于基本原理的了解可以幫助工件(或刀具)正確裝夾和迅速查找故障。以下介紹幾個(gè)影響夾緊力的主要因素和總結(jié)的使用經(jīng)驗(yàn)：

1. 軸向作用力。如圖所示為拉桿施于彈簧夾頭的軸向拉力 。在彈簧夾頭的使用中，軸向力拉力可由不同的方式施加，但其作用原理基本相同。很明顯，大的軸向拉力將產(chǎn)生大的夾緊力，反之亦然。一般拉桿的軸向拉力可由操作員進(jìn)行調(diào)整。
2. 在彈簧夾頭使用中，設(shè)計(jì)的鎖V形彈簧緊角(或頭部?jī)A角)大小將決定著夾緊力經(jīng)擴(kuò)大后能達(dá)到的指標(biāo)， 通常由機(jī)床制造商和彈簧夾頭制造商決定。當(dāng)彈簧夾頭新的設(shè)計(jì)還正在探V形彈簧求之中， 從經(jīng)濟(jì)性和可靠性考慮， 設(shè)計(jì)師建議用戶使用現(xiàn)有彈簧夾頭結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)錐度(或頭部?jī)A角)已根據(jù)機(jī)床類型(如車床等)、使用條件(動(dòng)態(tài)與靜態(tài))和用途(工件與刀具)不同，由設(shè)計(jì)時(shí)確定。
3. 工件(或刀具)與彈簧夾頭之間的總摩擦力將直接 影響夾緊力。小的摩擦值將導(dǎo)致小的夾緊力，反之V形彈簧亦然 。彈簧夾頭供應(yīng)商能采取各種措施，克服彈簧夾頭與工件(或刀具)之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或軸向竄動(dòng)等，比如彈簧夾頭內(nèi)孔有意制出鋸齒形狀或?qū)⒂操|(zhì)合金微晶粒浸漬在夾緊表面等。
4. 主軸錐面與彈簧夾頭在鎖緊角處產(chǎn)生摩擦。其摩擦力大小也直接影響彈簧夾頭對(duì)工件的夾緊力大小。摩V形彈簧擦力太小時(shí)夾緊力不夠，太大的夾緊力，會(huì)加快彈簧夾頭磨損。使用中彈簧夾頭要經(jīng)常松開實(shí)行工件交換，例如在車削加工中心上使用，需在松開時(shí)在彈簧夾頭內(nèi)孔表面噴涂一薄層潤(rùn)滑劑。有條件采用冷卻劑潤(rùn)滑更好，因?yàn)槔鋮s劑提供可沖洗彈簧夾頭，而且潤(rùn)滑性效果好。尤其在鎖緊角處定期施加冷卻劑，則能減少長(zhǎng)期磨損和增加夾緊力。一些更多潤(rùn)滑效V形彈簧果更好的材料也可以使用，包括有EP(極限壓力)特性的高質(zhì)量潤(rùn)脂油或蠟基材料。似乎有些奇怪的是，一些聰明的操作者在加工難度大，而且在一般的冷卻潤(rùn)滑的效果都不佳時(shí)，選用女士們使用的唇膏，據(jù)稱效果很好。
5. 選擇合適的彈簧夾頭名義直徑尺V形彈簧寸，以保證彈簧夾頭對(duì)工件的完全支撐是增大夾緊力和可靠夾緊保證高質(zhì)量加工的必要條件。如果彈簧夾頭的名義孔直徑選擇太大，工件僅僅由彈簧夾頭的孔口部分將工件夾緊，將引起工件外圓和彈簧夾頭內(nèi)孔之間幾何形狀的不匹配，因而降低夾緊力。如果如果夾頭名義孔直徑選擇太小，只有頭部?jī)A角的內(nèi)部與工件接觸，相對(duì)而言，夾緊力增大，但引起夾V形彈簧頭與工件的不同心問題。在一個(gè)名義尺寸下，它可對(duì)名義直徑相同的工件進(jìn)行裝夾定位。當(dāng)選擇彈簧夾頭名義的孔徑尺寸，Hardinge公司推薦指標(biāo)為能在 0.0254mm 范圍發(fā)生變化 。

由切削試驗(yàn)和多年的使用實(shí)際證明，彈簧夾頭能滿足切削速度日益增長(zhǎng)著的加工需要和有很長(zhǎng)的使用壽命。我們知道，在100多年前主軸轉(zhuǎn)速一般按每分鐘幾百轉(zhuǎn)計(jì)量。今天，主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)，材料切除率也以驚人的速度遞增。在100多年來(lái)的成功使用中，盡管使用了許多先進(jìn)的高端制造技術(shù)，和能在很高的主軸轉(zhuǎn)速條件下加工，但仍都還使用著現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的彈簧夾頭。這在制造業(yè)中的確是罕見的，也確實(shí)是Hardinge公司人應(yīng)該倍感驕傲的地方。