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2020-11-30

2020-11-26

動力夾頭可搭配硬爪或軟爪使用,使用時機取決於工件的加工工序及精度的要求。在第一工程時,通常夾持的是粗胚面,對於夾持的精度要求沒那麼高,此時使用硬爪夾持可增加表面的摩擦力,並可長時間使用,適合重切削以提高加工效率。但針對第二工程之後加工精度要求較高的條件下,就需使用軟爪並在線上成形,以確保夾持精度及加工面不受損傷。此時,正確的修爪及夾持位置就變得相當重要,不正確的修爪或夾持位置,輕則導致夾持精度變差,重則可能會帶來潛在的安全疑慮。此篇文章主要在提供用戶正確的夾頭軟爪成形觀念。

一、正確的軟爪成形及夾持位置

    欲確保使用軟爪時,工件可被穩固及精確的夾持,需注意以下兩點。

  • 正確的夾持位置:

根據工件的夾持尺寸,調整夾爪的位置,夾持工件時,盡可能讓夾爪(不管是硬爪或軟爪)的最佳夾持點落於行程的中間範圍,亦即爪行程的1/4至3/4處。

*注意:若夾持位置不當時,會有下述狀況:

(1)    夾持位置太靠近行程的上死點,因夾爪夾持面與工件之間的餘隙不足,將會使得工件上料時增加難度,或裝載不確實造成工件飛出的可能性。

(2)    夾持位置太接近行程的下死點時,會因為中仁與主爪斜楔搭接面過少,導致夾持力不足間接影響到加工精度,甚至造成工件飛出的可能性,也會加速機構的磨耗或損壞。

  • 正確的軟爪成形:

利用成形圈或圓形墊塊固定軟爪去成形夾爪夾持內徑或外徑的圓弧夾持面,其用意是要確保成形時夾頭內部中仁與主爪斜楔間的縫隙(也即主爪的徑向間隙)完全消除,並使軟爪處於最適當的行程位置,再施予成形,並注意成形尺寸務必等同工件夾持部位的內徑或外徑,其公差為H7 或h7。如此夾持時工件基本上是被軟爪成形後的圓弧面所包覆。另外需注意,油缸的設定壓力約略等同工件加工時的油壓力、毛邊的去除等細節,才能確保夾持時的重複精度,詳細成形方式請參閱附件。

 軟爪成形

二、空夾修爪的迷思

目前部份作業人員在修爪時,偏好採用空夾修爪的方式,意即軟爪成形時不使用成形圈或圓形墊塊固定軟爪,而是在夾爪行程全開的情況下修爪。當主軸高速迴轉時,夾爪受離心力而往外甩,間隙被消除了而位置也固定住了。此時進行修爪,看似可行,但其實會帶來潛在的風險。

分析如下:自由狀態成形時夾爪的確是受離心力而往外甩,但僅靠離心力固定住軟爪是很不可靠的,尤其在承受很大的切削阻抗下,此時的切削振動就足以影響到成形的精度,且由於是在夾爪全開的上死點成形,夾爪已張開至最大,為了放得進工件,成形的軟爪內徑勢必大於工件夾持外徑,那麼夾持時,夾爪圓弧面與工件被夾持面會形成線的接觸而無法為圓弧面的包覆(參考以下附圖)。

此時三爪的夾持力集中在工件圓周三等份的線上,不僅容易夾傷工件表面,也會導致工件變形量增加,線接觸的夾持,也難達到穩固的夾持,那麼就完全失去夾爪成形的功能與意義,夾持精度也不可能會好。此點可由使用者輕易的去實驗比對同樣的夾頭經固定式修爪或空修爪時的夾持重複精度的差異。另外,當夾爪夾持行程處於上死點時,因僅剩微量的夾持行程,將不利於工件的裝載,尤其是在機械手臂自動上下料的狀況下。

空修爪

空修爪:工件夾持為線接觸,切削時因有切削阻抗夾持會很不穩固


 

 利用成型圈(或墊塊)修爪

利用成型圈(或墊塊)修爪:工件夾持為面接觸,切削時夾持則非常穩固
 

三、徑向間隙過大是否會造成夾持精度不良?

當客戶使用空夾方式修爪時,因會產生夾持精度不良的結果,部份客戶想當然就自行檢查夾頭,並懷疑是主爪徑向間隙過大造成的,這種思維實在是本末倒置。實際上,大多數的夾持精度問題,都可歸因於沒有遵循正確的修爪方式。從機械的原理來說,任何的滑動配合件,一定都會有間隙。而夾爪(主爪)的間隙一般區分為徑向間隙、軸向間隙與橫向間隙三種。

l   徑向間隙: 來自夾頭內部中仁與主爪斜楔間的縫隙,為了改變力的方向,為其傳遞機構的配合間隙,該間隙於生爪在上述正確方式成形時就被徹底消除,對夾持精度根本沒有影響。

l   軸向間隙: 來自夾頭T型溝與主爪襟翼上下面的配合間隙,當間隙越大,夾持工件後生爪外翻的位移量就會越大。該間隙於生爪精確成形後,對夾持精度的不良影響也很輕微。

l   橫向間隙: 來自T型溝與主爪襟翼左右面的配合間隙,當間隙越大,對夾持精度的影響就會越大。

徑向間隙

    徑向、軸向、橫向之間隙,出廠時都會控制在合理的標準值範圍,其中徑向間隙在正確方式修爪後,與夾持精度最沒有關連性,緣於客戶不諳夾頭機構特性下,反而最常抱怨的是夾爪的徑向間隙,但實際上,就像螺桿或齒輪等其它的傳動機構一樣,當受力時此間隙就會被消除。此乃在文章中特別強調夾爪成形時為了消除徑向間隙,需使用成形圈或圓形墊塊固定之緣故。成形的精度完全來自於主軸的迴轉精度,即便重複開夾,夾爪也會回到成形時的位置,自然就能確保夾持時的重複精度。

     目前世界各大動力夾頭製造廠商,在其使用手冊中都會有正確修爪方式之說明,但從未有一家建議修爪以空夾方式為之。既然使用了高精度的機床,也搭配了高精的夾頭,也請用戶依循正確的使用方式,才不枉浪費。


附件:
1.軟爪成形說明
2.正確修爪方式視頻(引用影片出處Youtube-Haas Automation,Inc.)
同意