发动机轴类部件加工时的卡盘该如何选型和维护？

2021年广州国际金属加工工业展览会即将于2021年3月3-5日在中国进出口商品交易会展馆B区举行。邀您关注今日新资讯：

       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。

       一、两种卡盘结构调整

       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

       二、两种卡盘的维护要点

       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。

       三、总结

       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。

文章来源：夹具侠

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