機(jī)床卡盤在發(fā)動(dòng)機(jī)軸類部件加工時(shí)的選型和維護(hù)

■ 東風(fēng)雷諾汽車有限公司 （湖北武漢 430051） 栗成橋

發(fā)動(dòng)機(jī)用曲軸、凸輪軸和缸套等軸類部件在加工的每個(gè)工序均會(huì)使用到卡盤，在加工中卡盤具有定心、夾持和驅(qū)動(dòng)工件的作用。根據(jù)卡盤夾持工件維持中心的能力，分為剛性卡盤和浮動(dòng)卡盤。本文主要探討這兩種卡盤的選用原則和日常維護(hù)要點(diǎn)。

剛性卡盤與浮動(dòng)卡盤在結(jié)構(gòu)、調(diào)整方式上存在很大差別，以日本某品牌系列卡盤為例，圖1所示為浮動(dòng)卡盤動(dòng)作過(guò)程：工件在定位支撐塊和頂尖的作用下，進(jìn)行軸向和徑向定位夾緊，然后卡盤油缸通過(guò)拉桿，帶動(dòng)卡盤中心拉桿、間隙調(diào)整板、卡爪臂支撐盤、球形關(guān)節(jié)和卡爪臂動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)卡盤卡爪夾緊工件。當(dāng)出現(xiàn)卡盤3個(gè)卡爪組成的中心與工件中心同軸度偏差大時(shí)，先與工件接觸的卡盤卡爪會(huì)受力F2，通過(guò)卡爪臂、球形關(guān)節(jié)傳遞給卡爪臂支撐盤，F(xiàn)3作用在卡爪臂支撐盤上，對(duì)于浮動(dòng)卡盤，卡盤中心拉桿與卡爪臂支撐盤之間存在間隙，卡爪臂支撐盤在力F3的作用下，利用浮動(dòng)間隙（間隙調(diào)整板、卡盤中心拉桿和卡爪臂支撐盤共同組成了卡盤的浮動(dòng)機(jī)構(gòu)），會(huì)向著力的方向運(yùn)動(dòng)，直至3個(gè)卡爪完全夾緊工件。

圖2所示為剛性卡盤動(dòng)作過(guò)程：工件在定位支撐塊和頂尖的作用下，進(jìn)行軸向和徑向定位夾緊，然后卡盤油缸通過(guò)拉桿，帶動(dòng)卡盤中心拉桿、球形關(guān)節(jié)和卡爪臂動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)卡盤卡爪夾緊工件。由于卡盤中心拉桿與球形關(guān)節(jié)和卡爪臂之間是剛性聯(lián)接，所以卡盤卡爪（三個(gè)卡爪）夾緊后，會(huì)形成一個(gè)夾緊中心，如果卡盤的夾緊中心與工件和頂尖形成的夾緊中心不重合，工件在卡盤夾緊后會(huì)出現(xiàn)明顯的夾緊變形，該卡盤使用前，需要調(diào)整卡盤中心與頂尖中心重合，保證卡盤夾緊后不會(huì)出現(xiàn)虛夾緊的情況。

從圖1和圖2卡盤的機(jī)構(gòu)分析，浮動(dòng)卡盤與剛性卡盤存在以下不同點(diǎn)。

浮動(dòng)卡盤：如圖3所示，在夾緊工件過(guò)程中，由于工件毛坯表面高低不同或者毛坯圓度加工公差大，會(huì)出現(xiàn)3號(hào)卡爪已接觸到工件表面而1號(hào)、2號(hào)卡爪還未接觸到工件的情況，這時(shí)，浮動(dòng)卡盤的浮動(dòng)機(jī)構(gòu)起作用，以工件表面為支撐，對(duì)3號(hào)卡爪進(jìn)行浮動(dòng)，只要浮動(dòng)量足夠，1號(hào)、2號(hào)卡爪最終會(huì)夾緊工件，對(duì)工件中心幾乎不影響。

圖1 浮動(dòng)卡盤結(jié)構(gòu)

圖2 剛性卡盤結(jié)構(gòu)

圖3 浮動(dòng)卡盤卡爪夾緊過(guò)程

剛性卡盤：如圖4所示，在夾緊過(guò)程中，如果卡盤與工件同心未調(diào)整好，會(huì)出現(xiàn)3號(hào)卡爪接觸到了工件，1號(hào)、2號(hào)卡爪還未與工件接觸的情況，這時(shí)卡盤夾緊力F1會(huì)作用于工件，力足夠大的情況下會(huì)使工件偏移預(yù)定中心，迫使工件移動(dòng)到卡盤中心處；卡盤夾緊力小的情況下，會(huì)出現(xiàn)個(gè)別卡爪與工件不能完全接觸的情況，加工時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。

卡盤使用前的調(diào)整要求：剛性卡盤在夾緊后會(huì)形成卡盤自身的夾持中心，在使用剛性卡盤時(shí)，需要調(diào)整卡盤的夾緊中心與工件夾緊定位中心重合，如圖5所示。

根據(jù)以上結(jié)構(gòu)分析，在卡盤的調(diào)整和維護(hù)上建議遵循以下原則：卡盤內(nèi)部活動(dòng)部件的潤(rùn)滑和油脂類定期更換?？ūP內(nèi)部活動(dòng)部件間運(yùn)動(dòng)基本是滑動(dòng)摩擦，需要根據(jù)卡盤維護(hù)要求，加入和定期更換指定牌號(hào)的潤(rùn)滑油/脂。加入潤(rùn)滑脂時(shí)，需要把前期使用過(guò)的潤(rùn)滑脂全部擠出，卡盤夾緊后再封堵排油口，防止卡盤內(nèi)部腔體憋壓。

圖4 剛性卡盤卡爪夾緊過(guò)程

圖5 剛性卡盤中心的調(diào)整

剛性卡盤夾緊中心與工件中心定期檢查和調(diào)整：剛性卡盤需要定期測(cè)量卡盤中心與工件主軸中心是否一致，夾緊樣件后，在樣件靠近卡盤時(shí)架百分表，旋轉(zhuǎn)卡盤測(cè)量跳動(dòng)，如果超出要求范圍，在高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的一個(gè)或者兩個(gè)卡爪處適當(dāng)增加墊片，重復(fù)以上步驟，直至達(dá)到要求。

浮動(dòng)卡盤浮動(dòng)量的定期檢查（見圖6）。在日常的卡盤維護(hù)中，需要定期測(cè)量浮動(dòng)卡盤浮動(dòng)量和浮動(dòng)精度，為后期卡盤的內(nèi)部維護(hù)作出指導(dǎo)意見，浮動(dòng)精度的測(cè)量方法：卡盤夾緊樣件后，把需要測(cè)量的卡爪旋轉(zhuǎn)到便于測(cè)量位置，架測(cè)量百分表（需要把磁力表座吸附到移動(dòng)軸上），標(biāo)記好測(cè)量點(diǎn)，作為零點(diǎn)位置。然后控制伺服軸移開百分表，打開卡盤，在需要測(cè)量的卡爪和樣件之間，放置厚度是A的墊片，卡盤夾緊樣件，移動(dòng)百分表到所調(diào)零點(diǎn)的位置，確認(rèn)百分表壓緊的數(shù)據(jù)是否為A左右，如果是，說(shuō)明浮動(dòng)精度良好，如果數(shù)據(jù)差別大，說(shuō)明卡盤浮動(dòng)機(jī)構(gòu)存在問(wèn)題，其他卡爪測(cè)量同上。

卡盤內(nèi)部密封件、墊片和彈簧等部件的定期更換：矩形彈簧、卡盤本體、卡盤后端蓋、矩形彈簧和球形支撐中的密封和彈簧，需要根據(jù)使用頻次和上述檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行定期更換，否則會(huì)因?yàn)槠趽p壞，導(dǎo)致浮動(dòng)量和剛性卡盤跳動(dòng)。

圖6 浮動(dòng)卡盤浮動(dòng)量的檢查

通過(guò)以上對(duì)卡盤結(jié)構(gòu)調(diào)整和維護(hù)要點(diǎn)的分析，在卡盤選型方面注意以下原則：如果被加工部件的卡盤夾持部位為毛坯面，優(yōu)先選擇浮動(dòng)卡盤，而剛性卡盤應(yīng)用在被加工部件的卡盤夾持面為粗、半精/精加工后的面。遵循以上基本規(guī)律后，具體還要配合不同工況進(jìn)行精準(zhǔn)選擇。

剛性卡盤的選擇：①加工工況的切削量大，切削力大，被加工工件夾持、中心架支撐后，需要較強(qiáng)的工件剛性和較大的工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力的情況。②無(wú)頂尖等一次性定心機(jī)構(gòu)，需要卡盤定心的設(shè)計(jì)時(shí)。

浮動(dòng)卡盤選擇：①對(duì)工件主軸的定心要求高，卡盤夾持后利用自身的浮動(dòng)不打亂工件主軸的一次定心。②切削量不大，僅需要驅(qū)動(dòng)工件主軸旋轉(zhuǎn)和增加工件剛性的情況。

以上說(shuō)明了浮動(dòng)和剛性卡盤的結(jié)構(gòu)區(qū)別、維護(hù)和選型要求，對(duì)于卡盤相關(guān)的使用和維護(hù)有一定幫助。如果需要更深層次的理解和靈活運(yùn)用，需要不斷地在現(xiàn)場(chǎng)使用和維護(hù)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。