只用卡盤嗎，彈簧夾頭瞭解一下

作者：由夾具俠發表于收藏時間：2020-11-06

這是夾具俠（jiajoin）釋出的第 1551 篇技術文章

三爪電動卡盤是大多數車床使用者的標準工件夾持裝置，這種卡盤具有足夠的通用性，可應用於多種車削加工。然而，它不是所有加工任務的最佳夾具。彈簧夾頭是一種備用工件夾持裝置，與卡爪卡盤相似，也用機械力固定需要車削的零件。雖然彈簧夾頭所提供的工件尺寸範圍沒有卡爪卡盤的寬，對於某些加工任務來說，它所提供的與速度、準確度和生產力有關的優勢也是極其重要的。

表1 彈簧夾頭的優缺點

一、選擇彈簧夾頭的決定因素

何種夾具的功效更好，做決定時需要考慮幾個因素。對於一項給定的車床加工任務，衡量選用彈簧夾頭還是卡爪卡盤，需要考慮以下的所有因素。

1.主軸負載容量

車床主軸的最大允許重量基於軸承負載容量，如果夾盤和工件組合的重量太大，軸承有可能超負荷。對於那些存在超出限度的危險的加工任務，這種危險性可能決定人們對工件夾具的選擇，卡爪卡盤往往比同等的彈簧夾頭的重量大，因此，在需要控制重量的場合，彈簧夾頭是恰當的選擇。

2.主軸速度

彈簧夾頭往往是以非常高的主軸速度進行車削時的較好選擇，主要有兩個原因：

一個原因與卡盤的質量有關，假定以相同的主軸馬力驅動卡爪卡盤和彈簧夾頭，較厚重的卡爪卡盤需要更長的時間來加速達到所需的速度，加速時間長將延長工作週期，降低生產力。

另一個原因與離心力有關，因為它隨著rpm平方值的增加而增加，所以，在高速切削的情況下，這個數值很重要。例如，將主軸速度加倍，離心力將為原來的四倍。這種力量將卡盤卡爪拉離中心，往往會降低夾持力。但採用彈簧夾頭，離心力不會造成明顯的影響。因而，在整個加工速度範圍內夾持力會更加穩定。

3.加工操作

彈簧夾頭在零件的整個圓周施加夾持力，而不是僅在選定的接觸區域，因而，可獲得很好的同心度，這一點對於二次加工的專案尤其重要，二次加工需要考慮與一次加工有關的精確度，因為彈簧夾頭的準確夾持能力強，即使卡爪卡盤用於一次加工時，彈簧夾頭也可用於二次加工。帶有空心軟卡爪的卡盤可達到0。0006至0。0012 英寸範圍內的TIR（總讀數）重複精度，而彈簧夾頭的典型重複精度為0。0005英寸TIR或更好，為了進一步提高二次加工精度，在安裝過程中，還可調整彈簧夾頭的同心度。

4.工件尺寸

彈簧夾頭非常適合直徑小於3英寸的工件採用。彈簧夾頭對工件的長度有所限制，特別地，彈簧夾頭限制機床的軸向（Z軸）行程範圍，因為它的長度比卡爪卡盤長。當工件的加工長度差不多需要用到機床的整個可用行程時，大概就要採用卡爪卡盤了。

5.加工批次大小

很大批次和很小批次的加工任務均適合採用彈簧夾頭。

在小批次和多種任務的加工場合，彈簧夾頭的優勢與產品轉換時間有關，標準卡爪卡盤的卡爪調換約需15至20分鐘，專用於快速更換的卡爪卡盤需要1分鐘，而快速更換彈簧夾頭的夾頭調換隻需要15至20秒，在產品變換頻繁時，節省的時間累計起來是可觀的。

當加工批次大時，可同樣累積所節省的與夾持有關的時間，彈簧夾頭所需的開合時間比卡爪卡盤的少，透過減少從一個工件轉換至下一個工件的非切削時間，削減加工迴圈時間。

6.工件尺寸範圍

彈簧夾頭開合更快的部分原因是它的驅動衝程較短，與卡爪卡盤相比，彈簧夾頭所適用的工件尺寸範圍更為有限。

實際上，彈簧夾頭的速度是有彈性的，如果工件尺寸是一致的，彈簧夾頭的速度會更快。如果工件尺寸的變化大，可能需要採用卡爪卡盤以適應尺寸範圍寬的加工工件。

7.材料型別

對於熱輥軋鋼材、鍛件和模壓件，標準卡爪卡盤往往功效較好，因為所有這類零件具有固有的直徑變化。另一方面，冷輥軋材料零件往往具有較好的尺寸一致性，因此，適合選用彈簧夾頭。然而，缺乏一致的直徑測量值不一定構成採用彈簧夾頭的障礙，可提供設計用於非圓橫截面的夾頭，用於夾持製成客戶所需形狀的模壓棒材。

8.次主軸情況

裝有次主軸的車削機床經常用於各種大批次加工，在這些應用中，彈簧夾頭可顯著節省加工時間。它們可在一個工作迴圈中加工零件的所有面，這些機床常與棒材進料器組合在一起，實現無人值守生產，連續加工工件。在這些應用中，對一個工件而言，所節省的夾盤驅動時間可能是很少的，但在整個生產過程中，每個工件節省時間與加工工件數相乘，累計起來所節省的時間是很可觀的。

9.夾盤工具庫

當人們在卡爪卡盤和彈簧夾頭之間選擇一個最合適的工件夾持裝置時，考慮第三個選項也是重要的。在許可的情況下，保留兩種夾具，從一種更換至另一種可能是最具成本效益的方案。從卡爪卡盤換到彈簧夾頭，或反之亦然，通常不超過20分鐘。卡爪卡盤可保留在機床上，以處理零件範圍不確定的情況。但當機床加工大批次工件，或幾批尺寸一致的零件時，採用彈簧夾頭所獲得的生產力提高，大大超過更換夾具花費時間造成的生產力損失。

二、彈簧夾頭的分類

圖1是多種樣式的彈簧夾頭，包括異形夾頭，盤式夾頭（犧牲掉通孔效能，這就可以夾一些盤類零件），玉米齒的夾頭等等。

圖1

按照鎖緊方式分，可分為推緊和拉緊：圖2為標準車床主軸帶彈簧夾頭介面卡的拉緊式彈簧夾頭結構，圖3則為一種推緊式彈簧夾頭結構。

圖2 拉緊式夾頭

圖3 推緊式夾頭

如果按照裝夾效果分的話，可以分為普通彈簧夾頭和定長彈簧夾頭。普通結構的彈簧夾頭在長度精度上會有損失，在精密加工中嚴重影響工件的長度精度。所以很早以前就開發出來了定長彈簧夾頭。

圖4

圖4的定長彈簧夾頭，可以實現小工件的穩定裝夾，不會損失長度精度。主要以拉力進行夾緊。其實就是把一個拉式夾緊的彈簧夾頭分成了兩部分，錐度部分，可以向後單獨運動，從而施加一個向軸心的夾緊力，而抱緊部分則固定，並不隨錐筒向後運動。

圖5

圖5是另外一種結構的定長彈簧夾頭。主要靠推力進行裝夾。

如果按是否有中心透過能力來分的話，可以劃分為通孔彈簧夾頭和非通孔夾頭。一般來說，通孔彈簧夾頭不能裝夾太粗的加工件，但是可以裝夾長杆類零件。而非通孔彈簧夾頭，則可以裝夾較大直徑尺寸的零件，但是這種夾頭不能夾持長杆，無法把加工件伸到主軸通孔裡面去。

三、彈簧夾頭的使用技巧

在彈簧夾頭的使用過程中，如果在高精度使用的時候，一般都會先鏜一刀，這樣夾頭的精度就是主軸精度。對於前端淬火之後的彈簧夾頭來說，只要使用合理，壽命因素完全不用考慮。玉米齒式以及異型彈簧夾頭的精度根據夾頭的製造精度決定。

彈簧夾頭既可用以定位、夾緊車削加工的工件，同樣也可以被用來對刀具、磨削銑削的工件實行定位、夾緊或許多別的場合。機床主軸拉桿的外螺紋與彈簧夾頭的後端內螺紋連線拉緊，產生軸向拉力，然後由機床主軸前端的被稱為鎖緊角的錐面，將軸向拉力轉換成一垂直於彈簧夾頭中心的夾緊力。不僅如此，夾緊力還可以透過鎖緊角將其擴大，經過計算得知，根據不同的鎖緊角，彈簧夾頭夾緊力可擴大3-4倍。

彈簧夾頭是一個結構簡單的工藝裝置，卻有許多影響夾緊力的主要因素。對於基本原理的瞭解可以幫助工件（或刀具）正確裝夾和迅速查詢故障。

以下介紹幾個影響夾緊力的主要因素和總結的使用經驗：

（1）軸向作用力。拉桿施給彈簧夾頭一個軸向拉力，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。因此大的軸向拉力將產生大的夾緊力，反之亦然。一般拉桿的軸向拉力可在數控機床上進行調整。

（2）在彈簧夾頭使用中，夾頭的鎖緊角角度將決定著在同樣的軸向拉力作用下，彈簧夾頭所能提供的徑向夾緊力大小，通常由機床製造商和彈簧夾頭製造商決定。鎖緊角度的選擇應該從經濟性和可靠性方面出發，根據機床型別、使用條件（動態與靜態）和用途（工件與刀具）不同來確定。

（3）工件（或刀具）與彈簧夾頭之間的摩擦力將直接影響夾緊的牢固程度（但並不影響夾緊力的大小）。摩擦力越大工件夾緊越的牢固，反之亦然。為了克服彈簧夾頭與工件（或刀具）之間的相對轉動或軸向竄動，在彈簧夾頭的製造過程中可以採取各種措施，從而提高摩擦力，比如彈簧夾頭內孔有意製出鋸齒形狀或將硬質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生的摩擦。其摩擦力大小也直接影響彈簧夾頭對工件夾緊力的強弱。摩擦力太小時夾緊力不夠，會產生工件的相對轉動；而太大的夾緊力又會加快彈簧夾頭磨損。

（5）在實際使用中彈簧夾頭要經常鬆開更換工件，例如在車削加工中心上使用，可以在鬆開時給彈簧夾頭內孔表面噴塗一層潤滑劑，有條件採用冷卻劑潤滑更好，這樣既可沖洗彈簧夾頭上的碎屑，而且又能提供很好的潤滑效果。在彈簧夾頭鎖緊角處定期塗抹潤滑脂，則能減少長期磨損並增加夾緊力。也可以使用其他潤滑效果更好的材料，包括有EP（極限壓力）特性的高質量潤脂油或蠟基材料。

（6）合理選擇彈簧夾頭的裝夾直徑尺寸，可以保證彈簧夾頭對工件產生最大的夾緊力，並且實現最好的裝夾狀態，從而保證機械加工的高質量和高精度。如果彈簧夾頭的內孔直徑選擇太大，夾頭閉合時工件僅僅由彈簧夾頭的孔口部分夾緊，很有可能造成工件外圓和彈簧夾頭內孔之間幾何形狀的不匹配，因此降低夾緊力。如果彈簧夾頭內孔直徑選擇太小，夾頭閉合的時候只有夾頭內孔的內部與工件接觸，這樣夾緊力雖然增大了，但是會造成夾頭與工件的不同軸的情況。一個規格尺寸的彈簧夾頭，只可以對相應直徑尺寸的工件進行裝夾定位。

至此，彈簧夾頭的特點、選用因素、分類、使用技巧已經詳述如上。