可调心卡盘设计

余凤燕

(茂名职业技术学院,广东 茂名 525000)



可调心卡盘设计

余凤燕

(茂名职业技术学院,广东 茂名 525000)

该可调偏心式三爪卡盘的结构设计，既具有三爪卡盘自动定心和精度较高的特点,又具有加工各种不同偏心量的能力, 且调心操作方便、灵敏可靠，使用寿命长。该结构设计大大提高偏心工件的加工效率和加工的精度，对机械加工有着重要的意义。

调心;三爪卡盘;可活动法兰；偏心量

在机械设备领域中，偏心零件的应用非常广泛，但是偏心零件的加工工艺比较复杂，主要问题是较难把握好偏心距，偏心工件加工中，通常采用四爪单动卡盘进行装夹,效率较低,且增加了工序和成本。为了提高偏心工件加工的工艺水平，近20年来，国内外做了很多关于加工偏心工件夹具设计的研究和探索，已经研究开发出偏心活动型夹紧夹具组合、偏心轮定位式柔性夹具、螺钉对拉可调偏心式三爪卡盘、气动肌肉驱动的偏心夹具等等，在一定程度上提高加工效率和加工的精度，但仍然存在许多不足：调心精度不够高, 偏心量限制,结构复杂，操作不够方便，计算繁琐，甚至出现调节偏心紧固后会失真, 稳定性不好。因此迫切需要结构简单、精度高、经济合理、实用性强、技术成熟的新型调心夹具。

本文介绍一种可调偏心式三爪卡盘的结构设计, 是在三爪卡盘的基础上进行结构改进，既具有三爪卡盘装夹迅速、自动定心和精度较高的特点,又具有加工各种不同偏心量的能力,适用范围广，且调心操作方便，灵敏可靠，使用寿命长，安全性高等优点。该结构设计大大提高偏心工件的加工效率和加工精度，对机械加工有着重要的意义。

可调心卡盘的重要组成部分是调节偏心机构，它的结构与工作原理都类似于手动三爪卡盘。

1　可调心卡盘

1.1可调心卡盘的总体结构与工作原理

本可调心卡盘由三爪卡盘、可活动法兰和法兰的驱动机构组成，其中三爪卡盘与可活动法兰由沉头螺钉联接固定，可活动法兰与驱动机构则通过T型槽联接(如图1所示)。通过法兰驱动机构的驱动，可活动法兰可以在T型槽上上下移动，从而带动三爪卡盘上下移动，实现调心。

1.2法兰驱动机构的组成与工作原理

在可调心卡盘结构中，法兰驱动机构是卡盘实现调心的重要组成部分。类似于三爪卡盘，驱动机构的零件组成是由卡盘体、端盖、一个大锥齿轮盘和一个小锥齿轮组成(如图2所示)。其中，大锥齿轮盘结构与三爪卡盘中的大锥齿轮盘完全相同：其底面是锥齿轮，背面有平面螺纹结构。驱动机构的装配同样类似于三爪卡盘：小锥齿轮和大锥齿轮啮合，但与平面螺纹啮合的不是三个卡爪，而是可活动法兰。所以法兰代替了卡爪的角色。法兰上的圆弧形齿条与平面螺纹啮合，同时，法兰又通过T型槽与卡盘体连接，可在槽上上下移动(如图3所示)。当用伏打扳手旋转小锥齿轮，大锥齿轮便转动，它背面的平面螺纹带动可活动法兰在T型槽上上下移动(如图4所示)，从而带动装夹工件的三爪卡盘上下移动，实现调心。偏心量e由可活动法兰上的刻度控制。

1.3可活动法兰

可活动法兰是本可调心卡盘的重要零件，是连接调心驱动机构与三爪卡盘的中间枢纽零件。可活动法兰的一端通过沉头螺钉与三爪卡盘联接固定，这样，移动法兰就可以带动三爪卡盘移动。法兰的另一端则是通过T型槽与驱动机构联接，在驱动机构的驱动下，法兰可以在T型槽处上下移动。同时，可活动法兰上有圆弧形齿条，与大锥齿轮盘背面的平面螺纹啮合，要注意的是，法兰上只有上半部分有齿条，下半部分是平面(如图5所示)，所以法兰只有上半部分与平面螺纹啮合(如图4所示)。当大锥齿轮转动，其背面的平面螺纹就会带动法兰在T型槽处上下移动。此外，法兰上T型凸垫的侧面刻有刻度，调心时可以依据刻度精确地控制偏心量e。所以，可活动法兰的结构比较复杂，一端是圆凸垫，与三爪卡盘配合，另一端是T型凸垫，其端面上还有圆弧齿条，侧面刻有刻度。

2　实践加工结果分析

实例：批量生产零件，零件形状和尺寸如图6所示，其中e=8±0.1 mm。加工过程：

(1)加工φ32 mm×95 mm轴段(如图7)。

(2)用伏打扳手旋转法兰驱动机构上的小锥齿轮，带动可活动法兰在T型槽上移动8 mm(根据法兰上刻度控制)，因为法兰与装夹工件的三爪卡盘通过沉头螺钉连接固定，所以三爪卡盘也移动了8 mm，从而工件轴中心偏移了8 mm，完成了偏心调整(如图8、9)。

(3)加工φ14 mm×15 mm偏心轴段(图10)，完成零件加工(如图11)。

为了验证结果，我们进行实践加工。

检验零件偏心距，e=8.01 mm，符合其加工要求，且加工期间，调心操作时间只用了0.5 min。由此可验证，应用本调心卡盘进行装夹工件偏心轴加工，能够减少总加工时间，降低生产成本。

3　结语

实践证明,本可调偏心式三爪卡盘的结构设计，不但具有三爪卡盘装夹迅速和自动定心的功能，而且调心精度高, 调节偏心量范围大,调心操作方便、灵敏，装夹可靠，使用寿命长、安全性高等优点。采用本调心卡盘装夹工件加工，调心操作非常简便快捷，可直接通过刻度控制，不需要任何计算，节省很多找正时间，提高加工效率。采用本调心卡盘，调节偏心紧固后绝对不会出现失真现象,避免了工件采用四爪单动卡盘找正困难和出现过定位的现象，可以大大地提高加工的精度，从而降低生产成本。此外，由于该调心卡盘与三爪卡盘结构及工作原理相似，具有与三爪卡盘一样较高的安全稳定性，所以在加工过程中与主轴高速旋转都不会出现失真或安全事故，保证安全生产，提高企业效益与竞争力。

[1]常宝珍.车工技术问答[M ].北京:机械工业出版社, 2002.

[2]王知行,刘廷荣.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2000.

[3]孔庆华.机械设计基础[M ].上海:同济大学出版社, 2004.

[4]戴陆武.机床夹具设计[M ].西安:西北工业大学出版社, 1990.

[5]何兆凤.公差与配合[M ].北京:机械工业出版社, 2004.

(编辑孙德茂)

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·名词解释·

通用机器人具有独立控制系统，通过改变控制程序能完成多种作业的机器人。其结构复杂，工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于不断变换生产品种的柔性制造系统。

电火花复合加工电火花复合加工是以电火花的蚀除作用为主，结合不同的机械运动方式或结合超声等作用形成的加工方法。实际生产中，工具电极相对于工件采用不同的运动方式组合成形不同的加工方法，如电火花铣削、电火花磨削、电火花切断、电火花共轭回转加工、电火花展成加工等；电火花作用与超声作用结合形成电火花超声加工等。

Design of adjustable centering chuck

YU Fengyan

(Maoming Vocational Technical College, Maoming 525000, CHN)

Structure design of adjustable eccentric three jaw chuck has the properties of three jaw chuck automatic centering and accuracy, and has different ability of processing various eccentricities, and aligning operation is convenient, sensitive and reliable, and has long service life. The structure design can greatly improve the machining efficiency and precision of the eccentric parts, has important significance for mechanical processing.

aligning; three jaw chuck; movable flange; eccentricity

TH69

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余凤燕，女，1977年生，工程硕士，讲师，主要从事机械制造设计及其自动化。

2015-04-27)

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