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在利用数控车床车制轴承滚子时，机床自带夹具存在一定的问题：只适合车削尺寸比较细的棒料；当棒料比较粗（大于Φ45mm）时，出现夹紧力不足，造成刀具和夹具损坏等问题。为此经过实际分析，决定将自带夹具改造为弹性夹具。
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一、原有夹具存在的问题车床主要车制轴承滚子，车床原设计自带夹具为普通楔式中空液压动力三爪夹盘，如下所示。
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▲ 液压动力三爪夹盘 2 X4 x5 h% G6 h6 n' V
此种夹盘通过中空拉杆在油压的作用下推动连接盘向上运动，滑块随之运动，把力传递给夹爪，挤压夹爪沿滑道运动，夹紧工件；当中空拉杆在另一侧油压的作用下推动连接盘向下运动时，带动夹爪背向圆心运动，也就是张开夹爪。
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▲ 液压夹紧机构
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为了减少料头，提高材料的利用率，该设备设计棒料长度3m。棒料依靠料架、导向套的支撑，进入回转油缸，通过中空拉杆后由夹爪夹紧。棒料与导向套之间的间隙在2～3mm，棒料存在一定的弯曲现象，因此，当转速达到额定转速时，由于棒料的离心力作用，夹爪夹持力丧失较多。随着工件直径的增加，棒料的离心力增加，同时工件所受的切削力也增加，夹爪夹紧力就会不足，常常发生棒料转动和向后位移，造成滚子废品。 . D+ d, @1 D" ?( k6 k
▲ 料架和导向套支撑棒料机构 4 b- a( M+ ~5 w% N8 M$ j4 Z& G
为解决夹紧力不足的问题，尝试把油压调高到极限油压2.8～3.0MPa，使夹盘的夹紧力增大，满足了工作需要，但同时会出现夹伤棒料表面、动力夹盘压盖变形、螺栓和备帽断裂、料管螺纹损坏、瞬间发生撞刀，造成车刀蹦刃等现象。在加工Φ45mm以上滚子时，只能通过降低转速或缩短料棒的长度（由3m变为2m）来满足工作需要，大大降低了生产效率或材料利用率。
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二、三爪夹盘的改进
" g( G! X8 B( x- D) w8 r为了充分提升此种设备的利用率，在降低设备故障率的同时，扩大其滚子加工范围（车制滚子直径增加至Φ64mm之内），对车床自带夹具进行了改进。 2 @% f6 @2 {1 {( N: ^
▲ 弹性夹具结构 4 B% K& }' y2 t% @8 i4 U, }$ P' ~
改进后的夹具取消了原有普通液压三爪夹盘，重新设计制造了弹性夹具。新设计的夹具主要由弹簧套夹头、夹持环、夹持块、夹具体、过渡盘、料管、安全防护罩等部件组成。安装步骤如下所示。
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▲ 弹性夹具安装步骤
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三、弹性夹具的工作原理4 B5 I' y6 I' U5 I
通过过渡盘把夹具体与主轴相连接，弹簧套夹头安装在夹具体内，并与料管通过螺纹连接在一起，夹持环安装在弹簧夹头上，通过夹持环来定位弹簧套夹头，以便对夹持块进行精车调整，达到对棒料外圆的定位夹紧，精车完成后，取下夹持环。 2 k: X$ j5 R/ _8 i2 g6 ]
弹性夹具的夹持块的内径尺寸精车后应该与棒料尺寸相同，以确保夹持块内圆弧面与棒料的外圆弧面充分接触，增大对棒料的夹紧力，防止棒料发生转动和向后位移，夹持块的外径为标准尺寸，其余部件都设计成通用工件。加工不同直径滚子时，只需要更换不同型号的夹持块，便可实现对不同产品的装夹加工。更换夹持块方便快捷。
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四、弹性夹具的对比优势
+ C q+ C1 U2 F7 w5 R1.定心精度高，装夹工件快捷方便，夹持工件稳定； % f+ s B) ~0 U4 |* y1 P t
2.改成弹性装夹后，根据产品的投料范围制作相应的夹持块，设计简单，制作方便，更换产品时只需更换夹持块便可完成夹具的更换； 9 `( y1 u! m7 G: S; l! @$ B1 F
3.改成弹性装夹后，在加工大尺寸的滚子时，不会出现崩刃和棒料转动以及位移现象，彻底解决了三爪夹盘夹紧工件存在的废品率高、产品质量不稳定、刀具时常损坏等问题； ) o& Y3 s" h/ A7 ]
4.改成弹性装夹后，设备的加工范围由原来的直径Φ45mm以下的滚子，增加到可以加工直径Φ64mm以下的滚子，设备利用率得到了显著提高；
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5.改成弹性装夹后，加工效率提高了一倍，例如，改造前在加工小球面滚子时，由于球面曲率大，加工倒角和球面曲率时，吃刀量和切削力增加，原有的三爪夹盘夹紧力不够，棒料夹不紧，容易在倒角处产生振纹。为了保证产品质量，需要通过两次进刀，减小切削力，来消除倒角处产生的振纹； 0 n* E# t& X* R3 J6 Y5 Z% o* Y
6.由于弹性夹具夹紧力增大，棒料的料头长度也大幅度缩短，与原来相比，每根棒料的料头长度缩短了50~60mm，有效节约了原材料； 4 O, M5 H. R* ]& M3 L6 F4 e
7.由于弹性夹具增加了与工件的接触面积，在保证不减少夹紧力的前提下，减少了夹具与工件之间的单位压力，即减少了液压压力和工装的损坏。 3 ` d( L {1 N6 l+ J# @$ j0 b( g
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发表于 2023-2-17 14:21:26
