機床卡盤在發動機軸類部件加工時的選型和維護

■ 東風雷諾汽車有限公司 （湖北武漢 430051） 栗成橋

發動機用曲軸、凸輪軸和缸套等軸類部件在加工的每個工序均會使用到卡盤，在加工中卡盤具有定心、夾持和驅動工件的作用。根據卡盤夾持工件維持中心的能力，分為剛性卡盤和浮動卡盤。本文主要探討這兩種卡盤的選用原則和日常維護要點。

剛性卡盤與浮動卡盤在結構、調整方式上存在很大差別，以日本某品牌系列卡盤為例，圖1所示為浮動卡盤動作過程：工件在定位支撐塊和頂尖的作用下，進行軸向和徑向定位夾緊，然后卡盤油缸通過拉桿，帶動卡盤中心拉桿、間隙調整板、卡爪臂支撐盤、球形關節和卡爪臂動作，最終實現卡盤卡爪夾緊工件。當出現卡盤3個卡爪組成的中心與工件中心同軸度偏差大時，先與工件接觸的卡盤卡爪會受力F2，通過卡爪臂、球形關節傳遞給卡爪臂支撐盤，F3作用在卡爪臂支撐盤上，對于浮動卡盤，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，利用浮動間隙（間隙調整板、卡盤中心拉桿和卡爪臂支撐盤共同組成了卡盤的浮動機構），會向著力的方向運動，直至3個卡爪完全夾緊工件。

圖2所示為剛性卡盤動作過程：工件在定位支撐塊和頂尖的作用下，進行軸向和徑向定位夾緊，然后卡盤油缸通過拉桿，帶動卡盤中心拉桿、球形關節和卡爪臂動作，最終實現卡盤卡爪夾緊工件。由于卡盤中心拉桿與球形關節和卡爪臂之間是剛性聯接，所以卡盤卡爪（三個卡爪）夾緊后，會形成一個夾緊中心，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出現明顯的夾緊變形，該卡盤使用前，需要調整卡盤中心與頂尖中心重合，保證卡盤夾緊后不會出現虛夾緊的情況。

從圖1和圖2卡盤的機構分析，浮動卡盤與剛性卡盤存在以下不同點。

浮動卡盤：如圖3所示，在夾緊工件過程中，由于工件毛坯表面高低不同或者毛坯圓度加工公差大，會出現3號卡爪已接觸到工件表面而1號、2號卡爪還未接觸到工件的情況，這時，浮動卡盤的浮動機構起作用，以工件表面為支撐，對3號卡爪進行浮動，只要浮動量足夠，1號、2號卡爪最終會夾緊工件，對工件中心幾乎不影響。

圖1 浮動卡盤結構

圖2 剛性卡盤結構

圖3 浮動卡盤卡爪夾緊過程

剛性卡盤：如圖4所示，在夾緊過程中，如果卡盤與工件同心未調整好，會出現3號卡爪接觸到了工件，1號、2號卡爪還未與工件接觸的情況，這時卡盤夾緊力F1會作用于工件，力足夠大的情況下會使工件偏移預定中心，迫使工件移動到卡盤中心處；卡盤夾緊力小的情況下，會出現個別卡爪與工件不能完全接觸的情況，加工時產生振動。

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

根據以上結構分析，在卡盤的調整和維護上建議遵循以下原則：卡盤內部活動部件的潤滑和油脂類定期更換。卡盤內部活動部件間運動基本是滑動摩擦，需要根據卡盤維護要求，加入和定期更換指定牌號的潤滑油/脂。加入潤滑脂時，需要把前期使用過的潤滑脂全部擠出，卡盤夾緊后再封堵排油口，防止卡盤內部腔體憋壓。

圖4 剛性卡盤卡爪夾緊過程

圖5 剛性卡盤中心的調整

剛性卡盤夾緊中心與工件中心定期檢查和調整：剛性卡盤需要定期測量卡盤中心與工件主軸中心是否一致，夾緊樣件后，在樣件靠近卡盤時架百分表，旋轉卡盤測量跳動，如果超出要求范圍，在高點對應的一個或者兩個卡爪處適當增加墊片，重復以上步驟，直至達到要求。

浮動卡盤浮動量的定期檢查（見圖6）。在日常的卡盤維護中，需要定期測量浮動卡盤浮動量和浮動精度，為后期卡盤的內部維護作出指導意見，浮動精度的測量方法：卡盤夾緊樣件后，把需要測量的卡爪旋轉到便于測量位置，架測量百分表（需要把磁力表座吸附到移動軸上），標記好測量點，作為零點位置。然后控制伺服軸移開百分表，打開卡盤，在需要測量的卡爪和樣件之間，放置厚度是A的墊片，卡盤夾緊樣件，移動百分表到所調零點的位置，確認百分表壓緊的數據是否為A左右，如果是，說明浮動精度良好，如果數據差別大，說明卡盤浮動機構存在問題，其他卡爪測量同上。

卡盤內部密封件、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，需要根據使用頻次和上述檢測結果，進行定期更換，否則會因為疲勞損壞，導致浮動量和剛性卡盤跳動。

圖6 浮動卡盤浮動量的檢查

通過以上對卡盤結構調整和維護要點的分析，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，優先選擇浮動卡盤，而剛性卡盤應用在被加工部件的卡盤夾持面為粗、半精/精加工后的面。遵循以上基本規律后，具體還要配合不同工況進行精準選擇。

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，需要較強的工件剛性和較大的工件旋轉驅動力的情況。②無頂尖等一次性定心機構，需要卡盤定心的設計時。

浮動卡盤選擇：①對工件主軸的定心要求高，卡盤夾持后利用自身的浮動不打亂工件主軸的一次定心。②切削量不大，僅需要驅動工件主軸旋轉和增加工件剛性的情況。

以上說明了浮動和剛性卡盤的結構區別、維護和選型要求，對于卡盤相關的使用和維護有一定幫助。如果需要更深層次的理解和靈活運用，需要不斷地在現場使用和維護中總結經驗。