一種針對偏心零件車削加工用的專用卡盤

施文秀

摘要：新時代發(fā)展背景下，隨著經濟發(fā)展和社會生產水平的提升，很多產品的生產、加工，都不適合通過傳統(tǒng)的方式來完成，必須在傳統(tǒng)機械制造的基礎上進行改進，用精密加工工作母機和更加符合工件的工裝夾具來保證加工零件的精度。在機械行業(yè)有很多偏心零件，傳統(tǒng)的車削加工多是用不同偏心夾具進行分序車削，效率低且偏心量不易保證。本文提及的卡盤是專門針對偏心零件車削加工設計開發(fā)的，可實現自動調心，從而提高偏心零件的加工精度和加工效率。文章針對偏心零件的車削加工工藝與本專用卡盤結構進行分析，以期為推動偏心零件車削加工工藝的發(fā)展提供參考。

關鍵詞：機械;偏心工件;加工工藝;專用卡盤;自動調心

0? 引言

數控機床已成為制造業(yè)的主流裝備，它不僅是機電工業(yè)的重要基礎裝備，還是汽車、航空、航天、石化、化工、交通等產業(yè)現代化的主要手段。近年來國產數控機床發(fā)展迅猛，但是無論技術水平還是產品質量與國外產品相比仍有較大差距，分析其原因是多方面的，但是重要原因之一是國產功能部件發(fā)展滯后。由于品種少、品質差、產業(yè)化能力低，遠不能滿足市場需求，數控機床所配功能部件主要依賴進口。數控車床功能部件中專用夾具有很多品種，廣泛用于特定零件的加工中。偏心量可自動調節(jié)的偏心卡盤是專用夾具中的一種。國外數控車床專用夾具與其數控車床發(fā)展歷史一樣，起步較早，產品發(fā)展已經成熟。主要特點是：產品品種多、規(guī)格齊全、技術成熟、性能優(yōu)良、可靠性高、精度保持性好、使用壽命長、易維修保養(yǎng)、售前售后服務周到等。數控車床專用夾具主要產品有：快換爪動力卡盤、后拉式卡盤、浮動式卡盤、分度卡盤、軸加工卡盤、斜柱式卡盤、薄膜卡盤、彈簧夾頭、氣動/液壓前置式卡盤等。此外還有針對特殊加工對象用端面驅動二次夾緊式卡盤、加工汽車輪轂用專用卡盤、加工薄壁件用六點夾緊專用卡盤、加工管箍、閥門用翻轉卡盤等。其主要代表公司有：德國羅姆公司、雄克公司，日本北川公司，意大利奧圖布魯克公司等。上述公司普遍研發(fā)能力強、投入資金多、注重基礎理論研究、與市場結合緊密、研發(fā)人員相對穩(wěn)定因而積累了豐富的經驗。這些都是中國企業(yè)值得學習借鑒的。在國內目前生產數控車床夾具的公司主要是呼和浩特機床附件公司和煙臺機床附件公司，但該公司都主要是生產通用夾具，研制專用夾具剛起步;產品品種少、性能質量與國外產品相比尚有較大差距，還未被用戶認可和接受。

本文論述的偏心量可自動調節(jié)的偏心卡盤正是基于這一市場需求開發(fā)的，并可取代同類進口產品，為用戶提供品質優(yōu)良、價格適中的專用偏心卡具。偏心量可自動調節(jié)的偏心卡盤是通用數控車床專用卡盤，適用于加工偏心類工件，在汽車、石油機械、紡織機械、辦公機械、軍工等眾多機械行業(yè)中有很多這種零件。對于這類零件，用偏心量可自動調節(jié)的偏心卡盤，可以大幅提高零件加工偏心量的精度等級和偏心零件的生產效率。

1? 傳統(tǒng)工藝分析

對于偏心零件的加工目前通常采用的方法有：①采用四爪卡盤人工調心，缺點是工件裝夾調整困難，加工效率低、精度也難以保證，適于單件小批量、精度較低的零件加工;②通過輔助的偏心工裝夾具來實現，但該方法對于不同偏心距的零件，需設計制造不同的專用工裝夾具，即一種偏心距就要對應做一套工裝夾具，導致工裝夾具種類繁多，生產效率低、制造成本高。該類專用工裝夾具一般是采用彈簧夾頭對被加工工件進行自動夾緊，通過安裝在機床主軸尾端的夾緊氣缸或油缸，帶動拉桿和與拉桿相連的彈簧夾頭沿主軸軸向移動，實現對被加工工件的夾緊、松開。

現就以凸輪軸為例，詳細介紹偏心零件的加工工藝，以及應用可調心卡盤在偏心零件加工上的應用。偏心軸加工圖紙見圖1：偏心軸加工圖紙。

在傳統(tǒng)加工工藝中，此偏心軸通常通過以下幾道工序完成車削加工：OP1：銑打機銑端面、打中心孔;OP2：夾持？準14.2外圓，尾架頂緊中心孔，加工？準16.2外圓;OP3：夾持？準16.2外圓，加工？準14.2外圓;OP4：采用偏心夾具夾持？準16.2外圓，加工偏心外圓？準24.3，偏心量由偏心夾具精度保證。按照傳統(tǒng)的加工工藝，因分多序完成車削加工，且OP4采用特定偏心夾具夾持，即對應不同偏心量e的偏心軸，就必須設計不同的偏心夾具。圖1中，僅列舉了幾個規(guī)格的偏心零件，如應對偏心量e的種類比較多時，所需的偏心夾具數量將會非常大，造成非常大的浪費，而且受到偏心夾具制造精度和二次夾持誤差的影響，偏心量e的精度要求也很難保證。

2? 卡盤結構原理的設計

針對傳統(tǒng)加工工藝的弊端，提出文章所述的可實現偏心量自動調節(jié)的偏心卡盤，可以實現夾頭與卡盤體的偏心量自動調整是本卡盤的核心關鍵技術。為此我們專門設計開發(fā)了卡盤體和偏心盤體兩個具有相同偏心量的盤體結構，只要使偏心盤體對卡盤體發(fā)生相對轉動，就可以實現不同偏心量的自動調節(jié)，而卡爪的夾緊動作由偏心拉套拉動卡爪實現，偏心盤體與卡盤體可通過摩擦盤進行連接。其具體卡盤結構見圖2：卡盤結構簡圖。

偏心量可自動調節(jié)的偏心卡盤，其主體為卡盤體（5），卡盤體左端安裝有盤根（1），盤根（1）可與機床主軸軸頭連接，在卡盤體的右端內安裝有可旋轉的偏心盤體（6），偏心盤體（6）通過與摩擦盤（4）之間的連接，保證偏心盤體（6）可與卡盤體（5）相對旋轉以實現偏心距可調，壓盤（2）與卡盤體（5）通過螺釘連接，卡盤體（5）內安裝有壓盤（3），壓盤與卡盤體之間通過鍵（12）連接，壓盤（3）與壓盤（2）之間安裝有壓簧（11），通過壓簧（11）將壓盤（3）壓緊在摩擦盤（4）上，在偏心盤體（6）上開有與彈簧夾頭（8）相配的錐孔，該錐孔與偏心盤體的旋轉中心有一定的偏心量，拉桿螺釘（14）通過拉套（7）與彈簧夾頭相連;液壓油缸拉動拉桿螺釘（14），從而實現彈簧夾頭（8）夾緊、松開工件（13）;在偏心盤體和摩擦盤上開有連通的垂直于偏心盤體端面的通孔（10）。

3? 使用調心卡盤加工偏心零件的工藝分析

使用偏心量可自動調節(jié)的偏心卡盤加工偏心工件，可實現一次裝夾工件，完成OP3和OP4兩序的加工內容，從而大大提高加工效率，更重要的是偏心量由機床自動調整，可準確保證偏心精度，使工件加工質量得到提升和保障。應用偏心量可自動調節(jié)的偏心卡盤加工工件（13），可同時完成OP3和OP4兩序，具體步驟如下：

第1步：將工件裝上夾頭，驅動油缸夾緊工件？準16.2外圓，車削？準14.2外圓及左端面。

第2步：將外部高壓氣體通過連接頭（9）與偏心盤體上的通孔（10）相連，高壓氣體由偏心盤體和摩擦盤上的通孔進入摩擦盤端面，推動壓盤向左移動，此時，蝶形彈簧被壓縮，壓盤與摩擦盤的結合面松開，轉動機床主軸，此時盤根、卡盤體、壓盤隨主軸同時轉動，偏心盤體由連接頭與機床固定，卡盤體與偏心盤體產生相對轉動，通過控制主軸旋轉角度，使偏心盤體對機床主軸產生指定的偏心量e，此時，撤去外接氣路，在蝶形彈簧的彈力作用下，壓盤壓緊摩擦盤，由于摩擦力的作用下，機床主軸連同卡盤體帶動偏心盤體、彈簧夾頭和被加工工件旋轉，機床完成偏心圓？準24.3的車削加工。

第3步：被加工件偏心圓加工完成后，主軸停止轉動，根據第2步的調心方法，反向旋轉機床主軸，使偏心盤體與機床主軸軸線同軸，油缸動作松開工件，完成偏心軸工件的全部加工內容。

偏心量可自動調節(jié)的偏心卡盤通過對目前采用彈簧夾頭卡盤的改進，設計了帶有一定偏心量的偏心盤體，通過偏心盤體相對于卡盤體的轉動，就可實現在一定范圍內調節(jié)被加工工件的偏心量，如設計的偏心盤體中與彈簧夾頭相配的錐孔與偏心盤體旋轉中心的偏心量為12mm時，該偏心卡盤就可加工偏心量在0-12mm之間的偏心類零件的外圓或內孔。

偏心量可自動調節(jié)的偏心卡盤結構緊湊、合理。通過外接高壓氣體，就可將壓盤與摩擦盤脫開，旋轉機床主軸或偏心卡盤就可方便調整偏心量，從而可避免多套工裝夾具造成的成本浪費。

4? 卡盤的結構特點

①通過對目前彈簧夾頭式卡盤的改進，設計了帶有一定偏心量的偏心盤體，通過偏心盤體相對于卡盤體的轉動，就可方便的在一定范圍內調節(jié)被加工工件的偏心量，如設計的偏心盤體中與彈簧夾頭相配的錐孔和偏心盤體旋轉中心的偏心量為12mm時，該偏心卡盤就可加工偏心量在0-12mm之間的偏心類零件的外圓或內孔;

②結構緊湊、合理。通過外接高壓氣體，就可將壓盤與摩擦盤脫開，旋轉機床主軸或偏心卡盤就可方便調整偏心量;

③可有效降低生產成本。由于本技術方案卡盤既可作為普通卡盤使用，又可作為偏心卡盤使用，且偏心量可在一定范圍內調整，可有效減少由于被加工零件偏心量的改變，需配置不同偏心量卡盤所需的成本;

④卡盤體與機床主軸直接相連，剛性好、精度高，由于卡盤結構簡單、防塵效果好偏心調整快速可靠，所以偏心卡盤具有使用簡單、調整方便、壽命長、精度保持性好等優(yōu)點。

5? 偏心卡盤主要創(chuàng)新點

①制造工藝上創(chuàng)新：針對偏心零件的加工，從根本上改變了傳統(tǒng)加工工藝方法，大幅度的提高了零件加工偏心量的精度，使零件的制造質量、成本、效率有重大突破。創(chuàng)造顯著經濟效益和社會效益。

②結構設計上創(chuàng)新：學習借鑒國內外類似產品的優(yōu)點，形成了自己產品的特點，在產品性能及適應性方面有所突破，產品在性能上可以向國外同類先進產品靠近。

③產品制造上創(chuàng)新：通過對卡盤生產過程進行跟蹤控制，對制造工藝進行技術公關，保證產品的制造最終達到預期各項技術指標。

④高性價比創(chuàng)新：將本可調心卡盤進行系列化生產，將該卡盤擴充為不同規(guī)格產品。也可以根據客戶機床主軸的情況配置不同盤根。而產品的最終售價也遠低于國外同類產品的價格。

6? 結語

偏心量可自動調節(jié)的偏心卡盤是針對偏心零件加工的專用卡盤，為國內數控車床提供了非常好的卡盤品種，打破了偏心卡盤長期受限于國外同類產品的格局。該卡盤能夠滿足眾多行業(yè)中偏心類零件的加工需求，尤其對大批量生產的零件，優(yōu)點更加突出，市場需求量大、可加工零件覆蓋面廣。該偏心卡盤除可產生可觀的經濟效益還會帶來明顯的社會效益。從長遠看，有良好的推廣發(fā)展前景。

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