在現代復雜的制造環境中想在最佳狀態下保持連續切削加工大多數工廠都必須經過機床制造商的嚴格培訓認真學習新設備的加工運動原理結構特征和使用技巧方能進行操作使用尤其對于頂端的技術系統更是如此例如先進的機床控制系統復雜形狀零件的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開發出的一些功能強大精度高但又容易操作勿須專門培訓和使用壽命長的工藝裝備用以快速定位夾緊工件或刀具的相對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100多年的悠久歷史和很廣闊的應用范圍

第一個彈簧夾頭的使用并不是很理想的但當時確實證明了一個事實一個好的工件夾頭的使用能提高生產效率和加工零件精度后來在車床開發制造領域享有盛名的Hardinge公司在1901年驕傲地在他們開發的車床上使用了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并將他們的產品圖紙和開發的系列產品向外公布當時主要是為適應鐘表和透鏡制造業大批量生產的市場需要而開發的能如此好地為早期1920年前的普通車床與凸輪式多軸自動車床提供得心應手的彈簧夾頭產品的確令人難以置信這就如同在現在的先進的CNC車床上配置一套現代化技術的控制系統

讓我們回顧以往隨著加工與設備技術的不斷進步在要求各個系統都能極高地提高生產效率的設計改革潮流中對作為機床的最基本但又很重要的工藝裝備彈簧夾頭卻從沒有給以設計的空間和時間這似乎是件非常奇怪的事情

在機床結構也在以飛快速度變換著的形勢下能繼續保持原彈簧夾頭基本結構保持不變的這一奇跡主要歸功于它特具有的靈巧精致的結構和功能強大使用方便以及經濟性好等特點彈簧夾頭雖小但在機床工業中確實起到了很重要的作用這是都是由于它具有以下很強的功能

能精確地定位與夾緊工件或刀具具有抵抗扭矩和承受來自多方向切削力的功能

具有增大驅動力拉力和轉換驅動力為工件或刀具夾緊力的功能

具有快速松開工件或刀具的功能

具有在不降低加工精度和使工件不受損害前提下的高重復精度

具有能在較寬的主軸轉速范圍內工作與只有極小的夾緊力損失的能力

在高速切削中的轉動慣量最小

夾緊力

總的來說彈簧夾頭的設計和使用是一個涉及面很寬的領域它是需要相對應于多種機床系列以及包括了為體現它與機床各自不同風格和特征 而設計的產品所以總數已有成千上萬但是現在還有一個普遍的錯誤觀念認為彈簧夾頭只用以夾緊圓柱形工件毛坯這是不符合事實的實際上它幾乎能對任何形狀的工件或刀具包括正方形或六邊形工件進行定位夾緊

下面主要介紹影響各種彈簧夾頭正確裝夾定位和夾緊力的有關因素和工作原理

影響夾緊力的因素

夾緊力是機床經彈簧夾頭施加在工件上的力本文中插圖是一個在車床上使用的用以定位夾緊工件的彈簧夾頭 , 同樣也可以被用來對刀具磨削的工件實行 定位夾緊或許多別的場合拉桿圖中未示出的外螺紋與彈簧夾頭的后端內螺紋連接拉緊產生軸向拉力然后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以下介紹幾個影響夾緊力的主要因素和總結的使用經驗
彈簧夾頭必須保持與工件或刀具的定位基準相同如主軸彈簧夾頭和工件或刀具之間的相對運動將導致不正確的零件加工彈簧夾頭與工件或刀具的相對轉動或相對軸向移動都會使加工工件尺寸的一致性和幾何精度受到影響

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行調整

在彈簧夾頭使用中設計的鎖緊角或頭部傾角大小將決定著夾緊力經擴大后能達到的指標 通常由機床制造商和彈簧夾頭制造商決定當彈簧夾頭新的設計還正在探求之中 從經濟性和可靠性考慮 設計師建議用戶使用現有彈簧夾頭結構標準錐度或頭部傾角已根據機床類型如車床等使用條件動態與靜態和用途工件與刀具不同由設計時確定

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小的摩擦值將導致小的夾緊力反之亦然 彈簧夾頭供應商能采取各種措施克服彈簧夾頭與工件或刀具之間的相對轉動或軸向竄動等比如彈簧夾頭內孔有意制出鋸齒形狀或將硬質合金微晶粒浸漬在夾緊表面等

主軸錐面與彈簧夾頭在鎖緊角處產生摩擦其摩擦力大小也直接影響彈簧夾頭對工件的夾緊力大小摩擦力太小時夾緊力不夠太大的夾緊力會加快彈簧夾頭磨損使用中彈簧夾頭要經常松開實行工件交換例如在車削加工中心上使用需在松開時在彈簧夾頭內孔表面噴涂一薄層潤滑劑有條件采用冷卻劑潤滑更好因為冷卻劑提供可沖洗彈簧夾頭而且潤滑性效果好尤其在鎖緊角處定期施加冷卻劑則能減少長期磨損和增加夾緊力一些更多潤滑效果更好的材料也可以使用包括有EP極限壓力特性的高質量潤脂油或蠟基材料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滑的效果都不佳時選用女士們使用的唇膏據稱效果很好

選擇合適的彈簧夾頭名義直徑尺寸以保證彈簧夾頭對工件的完全支撐是增大夾緊力和可靠夾緊保證高質量加工的必要條件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只有頭部傾角的內部與工件接觸相對而言夾緊力增大但引起夾頭與工件的不同心問題在一個名義尺寸下它可對名義直徑相同的工件進行裝夾定位當選擇彈簧夾頭名義的孔徑尺寸Hardinge公司推薦指標為能在 0.0254mm 范圍發生變化 

由切削試驗和多年的使用實際證明彈簧夾頭能滿足切削速度日益增長著的加工需要和有很長的使用壽命我們知道在100多年前主軸轉速一般按每分鐘幾百轉計量今天主軸轉速高達每分鐘數萬轉材料切除率也以驚人的速度遞增在 100多年來的成功使用中盡管使用了許多先進的高端制造技術和能在很高的主軸轉速條件下加工但仍都還使用著現有結構的彈簧夾頭這在制造業中的確是罕見的也確實是Hardinge公司人應該倍感驕傲的地方