三爪卡盘的可调偏心改造与加工技巧探讨

摘要：文章对三爪卡盘的偏心工作原理进行阐述，并总结它在工作时的优缺点，基于它的工作特点提出相应的可调偏心改造方法，并总结了一些偏心加工的技巧，为三爪卡盘的偏心加工效率和质量提高提供了实用方法。

关键词：三爪卡盘；偏心工作原理；可调偏心改造；偏心加工技巧；偏心工件 文献标识码：A

中图分类号：TG51 文章编号：1009-2374（2015）10-0046-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0876

偏心工件主要是指在轴类零件上，有一个或多个外圆（或内孔）的轴线平行，但不重合的工件，两条平行轴线相隔的距离被称为偏心距。往复直线运动和回转运动的切换是机械传动中常需要的，这种切换的实现就需要偏心工件。

加工偏心工件时，需要合适的装夹工具和正确的安装方法将需要加工偏心圆剖分的轴线校正到与车床主轴轴线重合的位置后，再进行车削。三爪卡盘、四爪卡盘、偏心卡盘、专用夹具等都是常见的装夹工具，偏心工件也分为偏心轴和偏心套，因此在进行偏心加工时，由于装夹工具的不同和偏心工件的差异，车削方法也会相应的改变。

1 三爪卡盘的偏心工作原理

常见的偏心加工方法是在三爪卡盘的爪上垫垫片，垫片厚度的不同会造成工件不同部分轴线产生偏移，偏移距离大小就是偏心距。三爪卡盘在进行偏心加工时需要计算垫片的厚度来实现偏心工件的加工。

第一，当工件的偏心距e较小时，偏心加工时只需要在三爪卡盘的其中一个卡爪垫上垫垫片来实现。垫片的厚度x与偏心距e间的关系如下式（1）所示：

（1）

式中：

e——偏心工件的偏心距（单位：mm）

D——夹持部位的工件直径（单位：mm）

当D相比于e较大时上式（1）可简化为：

（2）

式中：

k——偏心距修正值，正负按实测结果确定（单位：mm）

第二，当工件的偏心距e较大时，采用扇形垫片来实现偏心目的。垫片的厚度x与偏心距e间的关系如下式（3）所示：

（3）

以上所述方法适用于偏心距在一定范围内且对工件精度要求不高的情况。当实际生产中加工精度要求较高的偏心工件时，首先按照上述方法对垫片厚度进行计算并进行车削后，对工件进行偏心距的测量并计算误差，最后按照相应的方法对此误差进行修正。

2 三爪卡盘的工作特点

三爪卡盘工作时既有优点，又存在缺点，需要根据不同环境下的不同要求来考虑其工作方式。三爪卡盘加工偏心工件的优势在于：（1）利用三爪卡盘进行加工夹紧时，能实现快速的定位，对精度要求不高工件进行快速加工；（2）使用细牙螺钉对三爪卡盘的移动副进行限位并紧固，使加工时工件具有很强的自锁性，防止位移产生误差；（3）三爪卡盘具有很好的密封性，加工时能有效防止碎屑进入卡盘的移动副，避免影响

工作。

同时，工作中也存在一些缺点如下：（1）在使用三爪卡盘装夹工件时，前端不受力，只是后端受力，使工件装夹不稳加工困难。造成卡盘前端磨损严重，后端磨损较轻；（2）定心误差变大，在进行工件装夹后径向圆跳动明显，容易产生位移现象，难以达到加工精度的要求，从而造成返工现象，极大降低加工的工作

效率。

3 可调偏心改造方法

鉴于以上所述三爪卡盘在工作时存在的缺点，使其难以在精度要求较高时实现有效率的加工，因此需要进行偏心改造，现有可用的改造方法多种多样，常用的具有实际参考价值的参考方法主要有以下两种：

3.1 三爪卡盘的改造

在通用三爪卡盘的基础上进行简单改造，设计一种可调偏心夹具。如图1为例：

1.移动法兰盘；2.紧固螺钉；3.卡盘；4.调节螺母；5.调节偏心丝杆；6.刻度盘；7.销钉；8.主轴法兰盘；9.紧固螺钉

图1 加工偏心工件卡盘

工作流程如下：（1）用三个内六方紧固螺钉2将三爪卡盘与移动法兰盘1连接在一起；（2）在加工偏心工件卡盘实物中，主轴法兰盘8包含四个平行键槽，紧固螺钉9可以在键槽中平行移动，将紧固螺钉9松动并扭动调节偏心丝杆5可以改变偏心距。将偏心距设置好之后，将紧固螺钉9与移动法兰盘1连接在一起，然后使三爪卡盘夹紧工件，进行偏心工件的加工。

工作时需注意，在调整好偏心值的精度之后，必须用百分表来进行找更小偏心值的调整。在实践中发现，利用上述三爪卡盘进行偏心工件时，不必每次加工时都重复调整偏心距，用于批量生产工件可节省大量人力物力，在保证工件精度的同时也在一定程度上提高了加工的效率，还能够节省开发研究专用夹具的成本。

3.2 垫片改良

三爪卡盘的偏心工作原理是在任一个卡爪上增垫一块垫片，垫片厚度由相应的计算方法可得，以此使工件产生偏心从而车削出偏心工件，由此看来垫片的影响很大。在实际生产中，常用的垫片是直垫片，但是加工工件的圆柱面和直垫片之间的接触是线性的，造成工件与卡盘卡爪之间的稳定性变差，偏心距很难找好。除此之外，在进行车削时会产生较大的径向切削力，从而使工件与卡爪中间产生位移，使偏心距的误差变大，精度变差。将直垫片改为圆弧垫片的加工方法是一种有效的解决方法。圆弧形垫片需要根据被加工工件装夹位置处的圆柱直径尺寸来确定，薄壁套的壁厚车外圆可由近似式（4）计算出。

（4）

式中：

x——垫片的厚度（单位：mm）

e——偏心工件的偏心距（单位：mm）

k——偏心距修正值，正负按实测结果确定（单位：mm）

然后，可根据偏心工件选取截取薄壁套的长短，最后从横截面切割加工好的薄壁套均分成三份，可得到三份圆弧垫片。

偏心工件与直垫片之间线性接触因为圆弧垫片而变成圆弧面接触，接触面积更大更可靠，使它们在夹紧之后变成整体，车削工件的稳定性大大增加，之前车削时产生的位移现象可有效避免，使偏心距的精度得到保证。除此之外，增大工件与垫片的接触面积，极大方便工件的装夹，有效节省找正辅助时间。

4 偏心加工技巧

在使用三爪卡盘进行偏心工件的加工时，采用一定的技巧可使加工更加有效率、有质量地完成，节省人力物力：（1）进行偏心工件的加工时，工件两边的切削量相差很多，因此车刀应该先离工件一定距离之后才能启动主轴。然后，车刀开始从偏心工件的最外点对工件进行逐步深入的车削。选取500转/分转速的车刀进行粗加工，且保证每次切削深度小于2mm；选取80转/分转速的车刀进行精加工且需要预留0.55mm左右精车距离；（2）在对内偏心孔工件进行车削时，首先用小钻头起钻偏心中心孔后再用大钻头扩孔，最后对内孔进行车削。这种方式可有效减小工件的轴向切削力，提高定位精度；（3）要加工同心度较高的、数量较多的工件时，可用一个铁铸套圈让工件套在圈内，用卡盘把套圈夹紧，以此节省逐个校正辅助的时间，减小对生产效率的影响；（4）在铸铁套圈的基础上进行了改进加上弹性圈，可减小三爪卡盘使用过程中的磨损。但需注意装弹性圈时，一定要放正避免歪斜，定心精度才能较好。

5 结语

本文所述三爪卡盘夹具是由普通的三爪卡盘改造而成，改造过程相对研发新夹具的过程简单方便很多，且可高效率地对偏心零件进行批量加工，还能通过粗、精调来有效控制加工精度。除此，其他的改造方法和技巧均能有效地实现偏心工作的效率和精度，具有一定的参考价值。在实际生产中，三爪卡盘的偏心工作是一种常见而必要的加工，为了有效率地进行加工并产生精度高的偏心工件，需要对三爪卡盘的偏心改造进行更多的研究，以达到更好的目的。

参考文献

[1] 刘洪毅.可调偏心三爪卡盘[J].机械工艺师，1985，（9）.

[2] 方波，聂晶.三爪卡盘车削偏心件寻求垫片厚度的方法[J].科技致富向导，2011，（32）.

[3] 罗魁元.一种可调偏心式三爪卡盘[J].现代制造工程，2005，（7）.

[4] 张欢.三爪卡盘的可调偏心改造[J].装备制造技术，2009，（8）.

作者简介：张朝阳（1970-），男，四川信息职业技术学院机械加工实训教师，机械类工程师，研究方向：机械加工、机械制造及自动化。

（责任编辑：秦逊玉）