自定心卡盘精度的维修

2014-12-02山东威海职业学院264210刘国通

金属加工(冷加工) 2014年3期

山东威海职业学院 (264210)刘国通

自定心卡盘在机械制造中应用特别广泛，是使用最多的一种夹具，由于在使用过程中的磨损和受一定夹紧力的影响，常出现如下问题:①定心误差变大，工件夹紧后径向跳动较大。②卡爪前端磨损严重，后端磨损较轻，装夹工件时前端不受力，只有后端在夹紧工件，使工件装夹不稳定，容易造成加工出来的工件成为三棱形，或发生其他意外，加工较困难。

从自定心卡盘的结构上讲，它的各个部分几乎都是间隙配合，各个部位之间，都存在一定的间隙。比如卡爪的工字槽和卡盘壳体来回滑动，存在一定的间隙，平面螺纹套在壳体的心轴上需要转动，存在着间隙，卡盘固定在法兰盘上也存在着径向窜动量，这些误差一起形成严重的积累误差，集中的反映在工件的径向圆跳动上。随着长期使用磨损的增加，各部位的间隙也明显的增加，这就是定心误差变大的原因。

卡盘夹紧工件时，后端受力，前端不受力，造成这种情况的原因有两种，一种是工字槽的磨损加大后，夹工件时，三个爪一吃力，它们的外侧靠向床头方向，里侧靠向尾座方向，使三个爪本身形成了“喇叭口”的状态，其受力情况如图1 所示。

图1

操作者按顺时针方向旋转锥齿轮，卡盘爪向里移动卡爪受到工件的阻力，是a 的方向，对于卡爪来说，受力部位在前端，由于卡盘体的工字槽有轴向间隙，使三个爪呈“喇叭口”状态。

第二种情况，由于卡爪的前端更接近车刀和切削力，平时受到的力比后端大，再加上平时装夹短工件的机会多，所以先磨损，结果使卡爪后面部分高于前面部分，装夹工件时，后面受力，前面不受力，使工件装夹不稳，有时这两种情况同时存在，问题就会更加明显。

如果出现了上述这些问题，会给装夹工件造成很大的麻烦，比如，一个工件车好外圆或内孔之后，调头另一端倒角，由于工件装夹后径向跳动特别厉害，倒角就会出现一侧角度很大，另一侧角度很小，倒角倒的很偏，车出的端面不平行、不垂直。轴类零件要求两端钻中心孔时，两中心孔也不在同一轴线。

在卡盘的工字槽和其他部位磨损较重的情况下，为使卡盘达到或基本接近出厂时的定心精度，并能克服“喇叭口”现象，我们采用了下面的修复方法，首先做三个相同的弹性体形状，如图2 所示。

图2

然后，利用卡盘相邻两爪间近似于平行的两个斜面，分别安装上三个弹性体，使三个爪的等分更为均匀，形成装夹工件的模拟状态，用装有砂轮车内孔用的刀杆，对卡爪进行高速修磨，这样使卡盘达到理想的精度，三个弹性体安装后如图3 所示。

图3

弹性体在制作时，要在一个圆环体上截取，特别是宽度，要用平磨精加工，以保证尺寸一致，材料选用弹性较好的材料。淬火回火后硬度35～45HRC，因为在这个硬度范围内弹性较好。另外弹性体还应注意以下几点:

(1)卡盘的规格不同，卡盘体的内孔直径也不同，为了安装稳定，使弹性体与卡盘孔径的内壁吻合，弹性体R1的尺寸应等于卡盘体孔径的一半。

(2)弹性体宽度H 的选择:宽度越宽，修磨时三个爪形成的圆弧越大;反之，三个卡爪形成的圆弧就小。修磨后卡爪牙尖上形成的R 就随着修磨时圆弧的大小而固定下来。它直接影响工件的装夹效果，工件装夹时如果这个R 大于工件的半径，卡爪和工件形成的是三条线接触，这时装夹的牢固性最差，如果原料较细，粗车外圆的时候，会出现三个棱，从端面看工件呈三角形，这在加工小零件时很常见。当卡爪牙尖形成的R 等于工件的半径时，形成的是三个圆弧面的接触，这时定心效果最好，当卡爪牙尖形成的R 小于工件的圆弧半径时，形成的是六条线接触(见图4)，这时夹毛坯料稳定性最好。

图4

由于上述原因，在修磨卡盘之前，我们要参考机床平时加工工件的直径来适当的选择卡爪牙尖的R，这个R 太大了不好，太小了也不好，R 选定以后，再计算出弹性体H 的尺寸。每一个卡盘都有它的最小夹紧尺寸r，可用下面公式计算出宽度

卡爪牙尖的R 和弹性体宽度的关系，是个函数关系，上面的公式是个一次函数关系式，在实际当中，由于多种原因，会产生不超过1mm 的误差，例如:在修磨200mm 的卡盘时，测量它的内孔直径是65mm，根据平时加工零件的直径大小，我们想把卡爪牙尖磨成R=15mm，同时又量得卡盘的最小夹紧直径是3mm，根据上面的公式，计算出宽度应是23.38mm，厚度和卡盘壳体的直径有关，取厚度h 为16mm，长度L 一般取30mm 即可。

(3)卡爪牙尖两侧是两个斜面，两个斜面所形成的夹角大约为108° (见图5a)。这样可以知道，相邻两爪的两个斜面是不平行的，它们形成的夹角是12°左右(见图5b)，而弹性体就是利用了卡盘本身结构的特点，夹在这个12°的夹角间，代替工件支撑着三个卡爪，以抵抗修磨时的磨削力。