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CNC車床之夾頭應用

前言:

任何工件加工都需要夾具來固定工件,以CNC車床來說,夾頭是最常用的夾具,其形式及種類繁多,以下就廠內常用的夾頭做敘述及特殊案例簡單介紹,供營業或服務端參考用。

夾持力的概述:

夾頭大多是使用流體的力量來產生夾持立,廠內有油壓以及氣壓,這兩種是最方便的自動化夾持方式。在油氣壓的應用上,必須先了解以下幾個名詞與其物理意義,才能懂得怎麼應用。

a.力:F 單位是牛頓(N),或是公斤力kgf。

b.面積: A 單位是m2(平方公尺) ,或 cm2(平方公分)。

c.壓力: P 單位面積的作用力,在物理學上,可以使用bar為單位,

        bar的定義是: 1 bar=10,000 N/m2  = 10 N/cm2。

所以,最基本的壓力計算公式就是P= F/A。由於在廠內習慣採用kgf為力量單位,因此特別將有關的單位換算說明如下:

1 kgf= 9.8 N

 

1 bar= 10N/cm2 = 10/9.8 kgf/cm2 = 1.03 kgf/cm2

 

為了計算上方便,通常只採用 1 bar = 1 kgf/cm2

油壓夾頭就是靠著油壓缸帶動推拉桿而產生夾持力(如圖一),隨著夾頭的大

小不同、有無頂心,其所夾持的重量也有差異。以下表格是以億川為例的夾持重

量限制。須注意的是,夾持力會隨著轉速增加而遞減。

圖一

無頂心的狀態下:

規格

N-205

N-206

NB-206

N-208

N-210

NB-210

N-212

N-215

N-218

最大夾持重量(kg)

6

15

24

39

66

120

166

有頂心狀態下:

規格

N-205

N-206

NB-206

N-208

N-210

NB-210

N-212

N-215

N-218

最大夾持重量(kg)

300

600

900

1200

1500

2000

2000

【資料來源:億川夾頭使用說明書】

氣壓夾頭顧名思義是以氣壓為動力,並利用氣壓分道環充氣直接推動夾爪,並藉由夾頭本體止逆系統保持其夾持力(如圖二),其夾持力亦會隨著轉速增加而遞減。以SMW為例子,各夾頭於6bar氣壓源下的挾持力與轉速之曲線圖(如圖三)。

文字方塊: 分道環

圖二

圖三

【資料來源:SMW使用說明書】

夾頭應用:

早 期高速車床是以手動夾頭為主,隨著科技進步演變至今CNC車床大多使用油壓或氣壓夾頭,而手動夾頭多為輔助夾持用。且隨著加工工件不同,夾頭的應用也不 同,一般油壓中空夾頭受到推拉桿的限制,其工件直徑得屈就推拉桿的通孔大小,以VT-36為例,推拉桿通孔f91,其加工工件直徑就必須小於f91,若使 用氣壓夾頭則工件直徑受限於夾頭本身通孔,通孔愈大公件直徑也可隨之增大,因氣壓夾頭夾持力較油壓小,若要避免工件表面夾傷也可選用氣壓夾頭,依加工需求 而定。但因為氣壓夾頭單價較高,且油壓夾頭泛用性廣,通常CNC車床還是以油壓夾頭為主要夾持另件。

a. 手動夾頭:

大多使用於高速車床,模治具零件加工為主,或用於主軸B端輔助夾持。

分前鎖式及後鎖式;夾爪分2爪、3爪、4爪…等,右分同動及單動式,一加工需求而定,常用3爪或4爪夾頭,3爪可加工同心圓之工件,4爪則可加工偏心圓工件。

b. 氣壓夾頭:

因上銀為製造球螺桿,其工件長且不使工件表面損傷,主軸前後採用SMW的氣壓夾頭。此台為VTII-26/110YCV。安裝須注意分道環相對位置,不使充氣過程產生漏氣現象。

另外油壓夾頭有諸多種類,普遍有中空及實心夾頭,同樣有分夾爪數,亦須配合工件或者加工方式或者成本考量選擇使用,以下提供特殊油壓夾頭範例參考。

a. 分度夾頭:

迴轉式分度油壓夾頭主要功能為車削多面特殊工件(例如:十字軸、電磁閥等),藉由分度夾頭控制工件之車削面,可省略須備多種特殊夾爪及縮小上下料時間。(此種夾頭需搭配特殊油壓缸、油箱。)

【分度夾頭】 【筒夾頭】

b. 筒夾頭:

多用於加工心軸類零件,一般會配合自動送料機以及工補系統,以24HR全自動生產為主,產能高且可減少人工成本。其搭配之筒夾常分為圓形、正四方形、六角形等。

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