彈簧夾頭必須保持與工件(或刀具)的定位基準(zhǔn)相同如主軸。彈簧夾頭和工件(或刀具)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致不正確的零件加工。彈簧夾頭與工件(或刀具)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或相對(duì)軸向移動(dòng)都會(huì)使加工工件尺寸的一致性和幾何精度受到影響。
在現(xiàn)代復(fù)雜的制造環(huán)境中，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(guò)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。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)，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(kāi)發(fā)出的一些功能強(qiáng)大、精度高，但又容易操作(勿須專門(mén)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(pán)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(yīng)用范圍。
第一個(gè)彈簧夾頭的使用并不是很理想的。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(chē)床開(kāi)發(fā)制造領(lǐng)域享有盛名的Hardinge公司，在1901年驕傲地在他們開(kāi)發(fā)的車(chē)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(kāi)發(fā)的系列產(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(kāi)發(fā)的。能如此好地為早期(1920年前)的普通車(chē)床與凸輪式多軸自動(dòng)車(chē)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(chē)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)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(méi)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，這是都是由于它具有以下很強(qiáng)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(lái)自多方向切削力的功能。
具有增大驅(qū)動(dòng)力(拉力)和轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)力為工件(或刀具)夾緊力的功能。
具有快速松開(kāi)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(fù)精度。
具有能在較寬的主軸轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作與只有極小的夾緊力損失的能力。
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上的力。本文中插圖是一個(gè)在車(chē)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。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(guò)鎖緊角將其擴(kuò)大，經(jīng)過(guò)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