數控車床動力卡盤在線監測方法

李文平

摘 要：動力卡盤的危險主要是在夾緊力不足時，夾持的工件從動力卡盤中飛出，造成事故。本文重點就動力卡盤的夾持狀態進行在線實時監測，同時結合筆者工作就動力卡盤對加工精度的影響做了探討和分析。

關鍵詞：數控車床；動力卡盤；在線監測；加工精度

1.數控車床

隨著科學技術和社會生產的不斷發展，對機械產品的質量和生產率提出越來越高的要求，迫切需要一種靈活的、通用的和能夠適應產品頻繁變化的柔性自動化機床。“數字控制機床”就是在這樣的背景下應運而生并不斷發展，它為單件、小批生產的精密零件提供了自動化加工手段。數控機床將加工過程所需的各種操作和步驟，以及刀具與工件之間的相對位移量都用數字化代碼來表示，通過控制介質將數字信息送入專用或通用計算機，對輸入的信息進行處理與運算，發出各種指令來控制機床的伺服系統或其他執行元件，使機床自動加工出所需要的工件。

2.動力卡盤在線監測試驗

數控車床動力卡盤的動力源通常以液壓動力和電動動力為主要來源，以下內容將以液壓驅動卡盤運轉的方式進行分析。液壓動力卡盤通常由卡盤、液壓缸以及相連接的附件組成，通過液壓閥組將液壓油缸和液壓動力源連接實現卡盤在線實時監測，回轉液壓缸的供油壓力由溢流閥調節（此溢流閥通常安裝在液壓源上），動力卡盤的夾緊和松開由電磁方向閥控制，供油壓力由壓力傳感器檢測，壓力傳感器和輸入推拉力傳感器的電信號經數據采集卡傳輸給計算機，計算機控制信號經數模轉換后控制比例溢流閥。

回轉液壓缸分別輸出拉力和推力，驅動動力卡盤夾持工件外圓和內撐工件里孔。計算機輸出正弦信號，控制比例溢流閥輸出正弦變化的壓力信號，測力桿測得的推拉力變化與供油壓力變化吻合較好，拉壓力傳感器能準確地監測動力卡盤的輸入推拉力的變化。拉壓力直接監測同樣適用于監測不帶液壓鎖的回轉液壓缸驅動的動力卡盤。

3.動力卡盤部件對加工精度影響

當下數控車床卡盤的安裝不只是改善卡盤連接附件的精度等級， 也要保證裝配工人的操作水平，保證裝配后的卡盤在使用過程中的精度，和加工零件所達到的產品質量。

數控車床主要針對兩種零件進行加工，短、長棒料工件及環形工件。工件的形狀誤差和位置誤差主要是由于卡盤夾持不精確引起的， 稱為卡盤的夾持精度。如果要對一些棒料工件進行加工，車床夾具應時刻保證工件軸線與車床主軸中心線重合， 這樣不會對工件的形位精度造成不利的影響。而環形工件的圓度誤差主要是由夾緊力引起工件變形造成的 ，動力卡盤本身很好的自定心性能， 其誤差主要是由內部元件的誤差及磨損、卡爪夾持表面的形狀誤差等因素造成的。形成圓柱件圓柱度誤差的一個重要原因是卡盤的夾持剛度低。圓柱件的圓度誤差則是由卡盤夾持剛度的方向性變化引起的。由動力卡盤精度分析及其精度檢驗可知，卡盤本身的制造及安裝誤差將給零件精度帶來很大影響。如何減小零/部件制造及安裝誤差成為卡盤設計時應重點考慮的問題。

3.1夾緊力損失

夾緊力損失是制約液壓動力卡盤轉速提高的關鍵因素。理想的液壓動力卡盤，在整個工作過程中夾緊力保持恒定不變。但由于卡爪受離心力作用，實際夾緊力隨轉速的增加而減小，離心力正比于轉速的二次方，高速旋轉時夾緊力損失非常嚴重。國外學者對楔式動力卡盤的動態夾緊力進行實驗研究，并利用建立的手動盤絲卡盤的夾緊力損失ΔF模型進行解釋：

3.2提高卡盤關鍵零/部件的精度

要想提高動力卡盤的運動精度，應適當提高卡盤關鍵零/部件的形狀精度和位置精度以及卡盤的幾何精度。對于動力卡盤，應保證傳動零件（主要包括滑軸）同軸度、三卡爪的同心度以及滑座與滑塊聯接的綜合誤差；動力卡盤卡體的端面跳動和徑向跳動公差；連接盤止口支承面的精度。

3.3減小傳動和嚙合間隙

從三爪自定心卡盤的結構上分析，它的各個部分幾乎都是間隙配合，比如卡爪的工字槽和卡盤殼體來回滑動，存在一定的間隙；弧形滑塊在盤體滑槽中需要轉動，存在間隙；卡盤緊固在法蘭盤上存在徑向竄量，這三種誤差合在一起形成積累誤差，集中反映在工件的徑向圓跳動上。隨著磨損的增加，各部位的間隙也明顯增加，這就是定心誤差變大的原因，應采取措施消除或補償存在的間隙。

4.結束語

數控機床的加工精度問題隨著機床的產生由來已久，而 動力卡盤的夾持精度對其有直接影響。現有的動力卡盤在使用的情況下， 表現的主要問題一是夾緊力的丟失， 二是如何保持自身零部件在使用過程中的精度不變，針對以上兩個問題本文對回轉油缸驅動動力卡盤推、拉力的問題進行了分析和實驗證。為動力卡盤的可靠性和使用安全提供一定的參考，也為數控機床高速切削下的加工精度問題提供了解決途徑。同時針對卡盤自身在裝配和使用過程中存在的問題做了分析，為避免使用數控機床時零件受卡盤因素影響其質量度降到最低。

參考文獻：

[1]吳丹.機床進給系統用直線電機綜述[J].制造技術與機床，2012

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