激光切割卡盤傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)研究

蔣習(xí)鋒 馬建潤 岳念舉

(濟(jì)南金威刻科技發(fā)展有限公司 濟(jì)南250109)

激光切割是激光加工行業(yè)中最重要的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，是用不可見的光束代替了傳統(tǒng)的機(jī)械刀，具有精度高，切割快速，不受切割圖案限制，自動(dòng)排版節(jié)省材料，切口平滑，加工成本低等特點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用于汽車、機(jī)車車輛制造、航空、化工、輕工、電器與電子、石油和冶金等領(lǐng)域。

中空氣動(dòng)卡盤（前卡）作為其主要的傳動(dòng)部件，卡盤的傳動(dòng)精度直接影響激光切割設(shè)備的精度，而其傳動(dòng)部件，尤其是主要的傳動(dòng)部件法蘭盤或齒盤組件是影響最終切割精度的關(guān)鍵，法蘭盤或齒盤組件作為傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)制造好壞直接影響到激光切割設(shè)備的加工精度。

1 卡盤結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)與制造

卡盤的傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)主要有兩種類型。第一種：以法蘭盤作為傳動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)；第二種：以齒盤組件作為傳動(dòng)部件結(jié)構(gòu)。

1.1 以法蘭盤作為傳動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造

以法蘭盤為傳動(dòng)部件的中空氣動(dòng)卡盤（前卡）的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：兩個(gè)氣缸安裝銷安裝在卡盤本體上，氣缸一端與氣缸安裝銷配合，另一端與內(nèi)、外法蘭盤導(dǎo)向銷配合；內(nèi)、外法蘭盤導(dǎo)向銷分別固定在內(nèi)、外法蘭板上，組成內(nèi)、外法蘭盤；通過此鏈接，氣缸把力傳遞到內(nèi)、外法蘭板上，而內(nèi)、外法蘭板上有仿形槽，通過長(zhǎng)、短滑動(dòng)銷安有軸套的一端在仿形槽內(nèi)滑動(dòng)把力傳遞出去；長(zhǎng)、短滑動(dòng)銷另一端被固定在滑動(dòng)塊上，驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)塊做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；滑動(dòng)塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)其上的卡爪對(duì)不同規(guī)格的零件進(jìn)行夾緊和松開。

圖1 法蘭盤傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖

法蘭盤的結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示，主要由內(nèi)、外法蘭板和內(nèi)、外法蘭盤導(dǎo)向銷組成。

圖2 外法蘭盤結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 內(nèi)法蘭盤結(jié)構(gòu)示意圖

內(nèi)、外法蘭盤材質(zhì)一般采用中碳合金鋼42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度HB（280～320），零件整體氮化處理，硬度≥HV 550，層深0.3～0.5 mm。

一般為減少中空氣動(dòng)卡盤（前卡）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，法蘭板的直徑和厚度的比值比較大，因此法蘭板的加工制造難度很大，加工易變形，尺寸精度難控制，所以需采用合適的加工制造工藝才能保證產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是法蘭板仿形槽的尺寸和精度。

經(jīng)過大量的試驗(yàn)和工藝驗(yàn)證，法蘭板的加工制造工藝安排如下：下料（鍛件）→正火+高溫回火預(yù)處理→粗加工（各孔加工留余量）→調(diào)質(zhì)處理→半精加工（各部均留余量）→去應(yīng)力退火處理（退火溫度需高于氮化處理溫度，低于調(diào)質(zhì)回火溫度）→-精加工1（有公差要求尺寸留余量）→人工時(shí)效處理（一般溫度控制在 180℃～200℃，需保證足夠的時(shí)間）→精加工 2（有公差要求尺寸留余量）→氮化處理→精加工3→終檢。

內(nèi)、外法蘭盤導(dǎo)向銷材質(zhì)一般采用中碳合金鋼40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 HB（280～320），與氣缸配合處外圓感應(yīng)淬火處理，硬度HRC（45～50），層深0.8～1.2 mm。加工制造工藝安排如下：下料→粗加工（各部均留余量）→調(diào)質(zhì)處理→精加工（有公差要求尺寸留余量）→感應(yīng)淬火處理→磨加工→終檢。

1.2 齒盤組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造

以齒盤組件為傳動(dòng)部件的中空氣動(dòng)卡盤（前卡）的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖4所示：兩個(gè)氣缸安裝銷安裝在卡盤本體上，氣缸一端與氣缸安裝銷配合，另一端與內(nèi)、外盤導(dǎo)向銷配合；內(nèi)、外盤導(dǎo)向銷分別通過側(cè)耳與兩個(gè)齒盤鏈接固定；通過此鏈接，氣缸把力傳遞到齒盤上，而齒盤又通過與其相嚙合的四個(gè)過橋齒輪軸把力傳遞出去；過橋齒輪軸通過過橋齒輪軸支撐固定在卡盤本體上，過橋齒輪軸一段齒與齒盤嚙合，另一段齒與滑動(dòng)塊嚙合，這樣力就通過過橋齒輪軸傳遞到了滑動(dòng)塊上，而滑動(dòng)塊被壓條和卡盤本體限制，只能通過傳遞過來的力做徑向滑動(dòng)；卡爪被固定在滑動(dòng)塊上，通過滑動(dòng)塊的來回移動(dòng)對(duì)不同規(guī)格的零件進(jìn)行夾緊和松開。

圖4 齒盤組件傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖

齒盤組件的結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示，主要由齒盤、側(cè)耳和內(nèi)盤導(dǎo)向銷、外盤導(dǎo)向銷組成。

圖5 內(nèi)齒盤組件結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 外齒盤組件結(jié)構(gòu)示意圖

齒盤材質(zhì)一般采用中碳合金鋼 42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度 HB（240～280），零件整體氮化處理，硬度≥HV 550，層深0.3～0.5 mm。

一般為減少中空氣動(dòng)卡盤（前卡）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，齒盤的齒頂圓、內(nèi)孔都比較大，厚度卻比較薄，因此齒盤的加工制造難度系數(shù)很大，加工易變形，尺寸精度難控制，尤其是齒部精度更難控制，所以需采用合適的加工制造工藝和特殊的加工設(shè)備才能保證產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是齒盤的齒部精度。

經(jīng)過大量的試驗(yàn)和工藝驗(yàn)證，齒盤的加工制造工藝安排如下：下料（鍛件）→正火+高溫回火預(yù)處理→粗加工→調(diào)質(zhì)處理→半精加工（各部均留余量）→滾齒加工→去應(yīng)力退火處理（退火溫度需高于氮化處理溫度，低于調(diào)質(zhì)回火溫度）→精加工 1（有公差要求尺寸留余量）→粗磨齒加工→人工時(shí)效處理（一般溫度控制在 180℃～200℃，需保證足夠的時(shí)間）→精加工 2（有公差要求尺寸留余量）→氮化處理→精加工 3→精磨齒加工（磨齒設(shè)備需進(jìn)口磨齒機(jī)，例如德國NILES成型磨齒機(jī)）→終檢。

側(cè)耳材質(zhì)一般采用中碳合金鋼 42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度 HB（280～320）。加工制造工藝安排如下：下料→粗加工（各部均留余量）→調(diào)質(zhì)處理→精加工→終檢。

內(nèi)、外盤導(dǎo)向銷材質(zhì)一般采用中碳合金鋼40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 HB（280～320），與氣缸配合處外圓感應(yīng)淬火處理，硬度HRC（45～50），層深0.8～1.2 mm。加工制造工藝安排如下：下料→粗加工（各部均留余量）→調(diào)質(zhì)處理→精加工（有公差要求尺寸留余量）→感應(yīng)淬火處理→磨加工→終檢。

2 結(jié)語

中空氣動(dòng)卡盤（前卡）是激光切割設(shè)備的主要部件，其傳動(dòng)部件，尤其是主要的傳動(dòng)部件法蘭盤或齒盤組件是影響最終切割精度的關(guān)鍵，法蘭盤或齒盤組件作為傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)、制造好壞直接影響到激光切割設(shè)備的加工精度。本文通過對(duì)卡盤的傳動(dòng)部件，尤其是主要傳動(dòng)部件法蘭盤或齒盤組件的構(gòu)造進(jìn)行了分析與研究，為中空氣動(dòng)卡盤（前卡）傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)、制造提供了依據(jù)。