可调心式卡盘在轴类偏心零件加工中的应用

甘彪

摘  要：轴类偏心零件的加工有很多种方法，每种加工方法都有着自身所适合的环境与加工工艺的要求，车床是轴类偏心零件加工的主要设备，偏心轴、偏心套的加工效率和精度与夹具密切相关。通过对三爪自动定心卡盘的结构进行优化改进，使卡盘具有可调心的能力，同时在卡盘中增加游标卡尺式的刻度，实现了卡盘的高精度调心。该结构设计不但解决了中心轴在同一平面内的多轴段偏心轴的加工要求，还大幅提高了轴类偏心零件加工效率和加工精度。

关键词：可调心式;卡盘;偏心零件;加工应用

中图分类号：TG51        文献标志码：A

轴类偏心零件是指外圆和外圆的轴线或内孔与外圆的轴线平行但不重合彼此偏离一定距离的零件，两平行轴线间的距离叫偏心距。偏心零件在日常的机械设备领域中的应用是非常广泛的，因为一般的轴类零件只能带动零件本身自转，而偏心轴类零件能在自身自转的同时传递公转。偏心类零件的加工工艺之所以比较复杂加工起来难度比较大，主要原因在于加工过程中很难把握偏心距，尤其是使用普通的三爪卡盘加工更难以保证零件的精度。在批量生产轴类偏心零件中不管是偏心轴、偏心套，主要的设备都在车床上加工，其加工原理基本相同，都是要采取适当的安装方法，同时还要注意控制轴线的平行度和偏心距的精度。如果采用传统方法加工，零件的装夹校正难度大，生产效率低，并且难以达到尺寸公差要求。因此，对加工所使用的夹具结构进行优化改进，能大大提高加工效率和加工精度。

1 三爪卡盘工作特点

1.1 三爪卡盘加工偏心零件的工作原理

使用三爪卡盘加工偏心零件的加工方法是在三爪卡盘的爪上垫垫片，这是一种传统的加工方法，对于不同厚度的垫片会使零件轴线产生不同的偏移，这种偏移的距离大小就是偏心距。在使用三爪卡盘加工一定量的偏心距零件时需要计算垫片的厚度以及使用百分表找正轴线平行度、调整侧母线等操作来实现偏心零件的加工，这种传统的加工方法比较适用于偏心距在一定范围内且零件的偏心精度不高的情况下使用。

当企业在实际生产加工过中，零件要求偏心距大、偏心精度高且需要批量生产时，加工零件时所需垫片的厚度需要准确计算，零件切削后还要对产生的误差进行修正进而重新调整垫片厚度，这对于企业批量生产的零件来说这种传统加垫片的方法已经不适用。

1.2 三爪卡盘加工偏心零件的缺点

车削加工的垫片厚度虽然被确定，但垫片的材料及在安装加工或加工工艺需求的不同也会直接影响加工的精度，致使生产的偏心零件不符合精度要求。

传统的三爪卡盘在车削加工偏心轴类零件，仅适用于车削加工批量小、偏心距小、精度相对较低的偏心轴类零件。

使用三爪卡盘加工偏心零件对操作者需要比较高的理论知识来计算垫片的厚度，以及使用百分表找正轴线平行度、调整侧母线容易产生误差。

当加工完第一个零件后安装下个零件时，零件的加工准确度难有保障，无法实现高效、批量生产。

2 可调心式偏心卡盘的设计

该可调心式偏心卡盘结构如图 1所示，对于加工轴类偏心零件的偏心距在 0～50 mm 内，精度为 0.02 mm 的偏心类零件，都可使用该可调心式卡盘来完成加工。该可调心式卡盘包括以下7个主要组成部分： 主轴法兰连接体、卡盘连接体、三爪自动定心卡盘、丝杆传动机构、燕尾导轨、紧固机构以及标尺机构。图1可调心式偏心卡盘结构中三爪自动定心卡盘通过使用6颗卡盘连接螺栓将其固定在卡盘连接体（活动体）上，卡盘连接体（活动体）通过燕尾导轨与主轴法兰连接体连接固定。最后将车床主轴法兰连接体（固定体）连接到车床主轴完成整体连接。丝杠传动机构中将丝杠螺母固定在燕尾导轨的凹槽内，丝杠固定在主轴法兰连接体的凸型燕尾内，形成丝杆传动机构使其利用燕尾导轨做横向往复运动。为了提高整个可调式偏心卡盘的使用寿命，丝杠传动机构、燕尾导轨滑动机构、紧固螺钉应选用强度高、韧性好、耐磨性好的材料，如38SMi nMo等调质材料。

3 可调心式偏心卡盘具体实施方法

可调式偏心卡盘与车床主轴连接紧固后，将刻度调至零位使其与车床主轴轴线一致，使用三爪自动定心卡盘将工件夹紧，当需要加工一定数值的偏心距的偏心零件时松开燕尾导轨的紧固螺钉，使用梅花扳手转动丝杠前端的六角螺柱，通过丝杆传动机构使其利用燕尾导轨做横向往复运动，以此可以得到所要的偏心距，通过标尺机构（主刻度尺、副刻度尺）的数值可以显示偏心距的具体数值，副刻度尺的精度值为0.02 mm。偏心卡盘移动后，通过调整螺钉和紧固螺钉将燕尾导轨与燕尾导轨镶条（镶条材质采用高比重合金制作）锁紧，达到紧固作用，进而开始加工零件。

4 可調心式偏心卡盘的优点

可调心式偏心卡盘的优点如下。1）可调心式卡盘结构简单、精度高、经济合理、实用性强，可调心式卡盘是在传统的三爪卡盘的基础上进行的结构优化改进，既有三爪卡盘装夹迅速、自动定心和精度较高的特点，还能加工各种不同偏心量，适用范围广，具有调心操作方便、灵敏可靠、使用寿命长和安全性高等的优点。2）使用可调心式卡盘无需加垫片，可解决复杂的计算和安装。3）使用可调心式卡盘在装夹零件时具有定心快、定心精度高的优点，同时燕尾导轨移动副的紧固螺纹孔都采用细牙螺纹工件夹紧后自锁性强，偏心卡盘的整体刚性好。4）偏心距调整采用游标式标尺刻度，精度高，可调偏心距范围大，操作方便。5）可调心式偏心卡盘进行偏心工件时，调整好偏心距后将其锁紧固定，在完成第一个零件后，后续加工的零件不必每次加工时都重复调整偏心距。在实际生产大批量零件时可以节省大量人力物力，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，还能够节省企业在开发研究新的专用夹具的成本。

5 结语

可调心式卡盘是对普通的三爪卡盘结构进行优化和改造而成，通过丝杆传动机构，燕尾导轨，紧固机构，标尺机构等结构的改造来实现调心能力，实现不同量的偏心距，有效控制零件的偏心精度。不但可以提高偏心轴类零件的精度还可以高效率地对偏心轴类零件进行批量加工。改造的过程相对于研发新的专用夹具来说过程简单方便很多。

通过使用该可调心式卡盘，可以解决加工不同偏心距的偏心零件时必须重新计算垫片厚度或重新设计、制造不同的专用工装夹具的问题，大大的提高了轴类零件偏心夹具的通用性，同时可以为企业大大降低整个产品的生产成本，缩短产品履约周期，提高产品市场竞争力。

参考文献

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