机床卡盘在发动机轴类部件加工时的选型和维护

发动机用曲轴、凸轮轴和缸套等轴类部件在加工的每个工序均会使用到卡盘，在加工中卡盘具有定心、夹持和驱动工件的作用。根据卡盘夹持工件维持中心的能力，分为刚性卡盘和浮动卡盘。本文主要探讨这两种卡盘的选用原则和日常维护要点。

刚性卡盘与浮动卡盘在结构、调整方式上存在很大差别，以日本某品牌系列卡盘为例，图1所示为浮动卡盘动作过程：工件在定位支撑块和顶尖的作用下，进行轴向和径向定位夹紧，然后卡盘油缸通过拉杆，带动卡盘中心拉杆、间隙调整板、卡爪臂支撑盘、球形关节和卡爪臂动作，最终实现卡盘卡爪夹紧工件。

当出现卡盘3个卡爪组成的中心与工件中心同轴度偏差大时，先与工件接触的卡盘卡爪会受力F2，通过卡爪臂、球形关节传递给卡爪臂支撑盘，F3作用在卡爪臂支撑盘上，对于浮动卡盘，卡盘中心拉杆与卡爪臂支撑盘之间存在间隙，卡爪臂支撑盘在力F3的作用下，利用浮动间隙（间隙调整板、卡盘中心拉杆和卡爪臂支撑盘共同组成了卡盘的浮动机构），会向着力的方向运动，直至3个卡爪完全夹紧工件。

图1　浮动卡盘结构

1.卡爪臂　2、12.矩形弹簧　3.球形顶盖　4.球形关节

5.间隙调整板　6.油缸拉杆　7.卡盘中心拉杆

8.卡爪臂支撑盘　9.卡盘本体　10.卡盘后端盖

11.定位支撑块　13.顶尖　14.被加工工件

15.卡盘卡爪　16.球形支撑

图2所示为刚性卡盘动作过程：工件在定位支撑块和顶尖的作用下，进行轴向和径向定位夹紧，然后卡盘油缸通过拉杆，带动卡盘中心拉杆、球形关节和卡爪臂动作，最终实现卡盘卡爪夹紧工件。由于卡盘中心拉杆与球形关节和卡爪臂之间是刚性联接，所以卡盘卡爪（三个卡爪）夹紧后，会形成一个夹紧中心，如果卡盘的夹紧中心与工件和顶尖形成的夹紧中心不重合，工件在卡盘夹紧后会出现明显的夹紧变形，该卡盘使用前，需要调整卡盘中心与顶尖中心重合，保证卡盘夹紧后不会出现虚夹紧的情况。

图2　刚性卡盘结构

1.卡爪臂　2、10.矩形弹簧　3.球形顶盖　4.球形关节

5.油缸拉杆　6.卡盘中心拉杆　7.卡盘本体

8.卡盘后端盖　9.定位支撑块　11.顶尖

12.被加工工件　13.卡盘卡爪　14.球形支撑

从图1和图2卡盘的机构分析，浮动卡盘与刚性卡盘存在以下不同点。

浮动卡盘：如图3所示，在夹紧工件过程中，由于工件毛坯表面高低不同或者毛坯圆度加工公差大，会出现3号卡爪已接触到工件表面而1号、2号卡爪还未接触到工件的情况，这时，浮动卡盘的浮动机构起作用，以工件表面为支撑，对3号卡爪进行浮动，只要浮动量足够，1号、2号卡爪最终会夹紧工件，对工件中心几乎不影响。

图3　浮动卡盘卡爪夹紧过程

刚性卡盘：如图4所示，在夹紧过程中，如果卡盘与工件同心未调整好，会出现3号卡爪接触到了工件，1号、2号卡爪还未与工件接触的情况，这时卡盘夹紧力F1会作用于工件，力足够大的情况下会使工件偏移预定中心，迫使工件移动到卡盘中心处；卡盘夹紧力小的情况下，会出现个别卡爪与工件不能完全接触的情况，加工时产生振动。

图4　刚性卡盘卡爪夹紧过程

卡盘使用前的调整要求：刚性卡盘在夹紧后会形成卡盘自身的夹持中心，在使用刚性卡盘时，需要调整卡盘的夹紧中心与工件夹紧定位中心重合，如图5所示。

图5　刚性卡盘中心的调整

根据以上结构分析，在卡盘的调整和维护上建议遵循以下原则：卡盘内部活动部件的润滑和油脂类定期更换。卡盘内部活动部件间运动基本是滑动摩擦，需要根据卡盘维护要求，加入和定期更换指定牌号的润滑油/脂。加入润滑脂时，需要把前期使用过的润滑脂全部挤出，卡盘夹紧后再封堵排油口，防止卡盘内部腔体憋压。

刚性卡盘夹紧中心与工件中心定期检查和调整：刚性卡盘需要定期测量卡盘中心与工件主轴中心是否一致，夹紧样件后，在样件靠近卡盘时架百分表，旋转卡盘测量跳动，如果超出要求范围，在高点对应的一个或者两个卡爪处适当增加垫片，重复以上步骤，直至达到要求。

浮动卡盘浮动量的定期检查（见图6）。在日常的卡盘维护中，需要定期测量浮动卡盘浮动量和浮动精度，为后期卡盘的内部维护作出指导意见，浮动精度的测量方法：卡盘夹紧样件后，把需要测量的卡爪旋转到便于测量位置，架测量百分表（需要把磁力表座吸附到移动轴上），标记好测量点，作为零点位置。然后控制伺服轴移开百分表，打开卡盘，在需要测量的卡爪和样件之间，放置厚度是Amm的垫片，卡盘夹紧样件，移动百分表到所调零点的位置，确认百分表压紧的数据是否为Amm左右，如果是，说明浮动精度良好，如果数据差别大，说明卡盘浮动机构存在问题，其他卡爪测量同上。

图6　浮动卡盘浮动量的检查

卡盘内部密封件、垫片和弹簧等部件的定期更换：矩形弹簧、卡盘本体、卡盘后端盖、矩形弹簧和球形支撑中的密封和弹簧，需要根据使用频次和上述检测结果，进行定期更换，否则会因为疲劳损坏，导致浮动量和刚性卡盘跳动。

通过以上对卡盘结构调整和维护要点的分析，在卡盘选型方面注意以下原则：如果被加工部件的卡盘夹持部位为毛坯面，优先选择浮动卡盘，而刚性卡盘应用在被加工部件的卡盘夹持面为粗、半精/精加工后的面。遵循以上基本规律后，具体还要配合不同工况进行精准选择。

刚性卡盘的选择：①加工工况的切削量大，切削力大，被加工工件夹持、中心架支撑后，需要较强的工件刚性和较大的工件旋转驱动力的情况。②无顶尖等一次性定心机构，需要卡盘定心的设计时。

浮动卡盘选择：①对工件主轴的定心要求高，卡盘夹持后利用自身的浮动不打乱工件主轴的一次定心。②切削量不大，仅需要驱动工件主轴旋转和增加工件刚性的情况。

以上说明了浮动和刚性卡盘的结构区别、维护和选型要求，对于卡盘相关的使用和维护有一定帮助。如果需要更深层次的理解和灵活运用，需要不断地在现场使用和维护中总结经验。

（世界先进制造技术论坛 ）

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。