施文秀

摘要：新時(shí)代發(fā)展背景下，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會生產(chǎn)水平的提升，很多產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工，都不適合通過傳統(tǒng)的方式來完成，必須在傳統(tǒng)機(jī)械制造的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，用精密加工工作母機(jī)和更加符合工件的工裝夾具來保證加工零件的精度。在機(jī)械行業(yè)有很多偏心零件，傳統(tǒng)的車削加工多是用不同偏心夾具進(jìn)行分序車削，效率低且偏心量不易保證。本文提及的卡盤是專門針對偏心零件車削加工設(shè)計(jì)開發(fā)的，可實(shí)現(xiàn)自動調(diào)心，從而提高偏心零件的加工精度和加工效率。文章針對偏心零件的車削加工工藝與本專用卡盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以期為推動偏心零件車削加工工藝的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械;偏心工件;加工工藝;專用卡盤;自動調(diào)心

0? 引言

數(shù)控機(jī)床已成為制造業(yè)的主流裝備，它不僅是機(jī)電工業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，還是汽車、航空、航天、石化、化工、交通等產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的主要手段。近年來國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床發(fā)展迅猛，但是無論技術(shù)水平還是產(chǎn)品質(zhì)量與國外產(chǎn)品相比仍有較大差距，分析其原因是多方面的，但是重要原因之一是國產(chǎn)功能部件發(fā)展滯后。由于品種少、品質(zhì)差、產(chǎn)業(yè)化能力低，遠(yuǎn)不能滿足市場需求，數(shù)控機(jī)床所配功能部件主要依賴進(jìn)口。數(shù)控車床功能部件中專用夾具有很多品種，廣泛用于特定零件的加工中。偏心量可自動調(diào)節(jié)的偏心卡盤是專用夾具中的一種。國外數(shù)控車床專用夾具與其數(shù)控車床發(fā)展歷史一樣，起步較早，產(chǎn)品發(fā)展已經(jīng)成熟。主要特點(diǎn)是：產(chǎn)品品種多、規(guī)格齊全、技術(shù)成熟、性能優(yōu)良、可靠性高、精度保持性好、使用壽命長、易維修保養(yǎng)、售前售后服務(wù)周到等。數(shù)控車床專用夾具主要產(chǎn)品有：快換爪動力卡盤、后拉式卡盤、浮動式卡盤、分度卡盤、軸加工卡盤、斜柱式卡盤、薄膜卡盤、彈簧夾頭、氣動/液壓前置式卡盤等。此外還有針對特殊加工對象用端面驅(qū)動二次夾緊式卡盤、加工汽車輪轂用專用卡盤、加工薄壁件用六點(diǎn)夾緊專用卡盤、加工管箍、閥門用翻轉(zhuǎn)卡盤等。其主要代表公司有：德國羅姆公司、雄克公司，日本北川公司，意大利奧圖布魯克公司等。上述公司普遍研發(fā)能力強(qiáng)、投入資金多、注重基礎(chǔ)理論研究、與市場結(jié)合緊密、研發(fā)人員相對穩(wěn)定因而積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。這些都是中國企業(yè)值得學(xué)習(xí)借鑒的。在國內(nèi)目前生產(chǎn)數(shù)控車床夾具的公司主要是呼和浩特機(jī)床附件公司和煙臺機(jī)床附件公司，但該公司都主要是生產(chǎn)通用夾具，研制專用夾具剛起步;產(chǎn)品品種少、性能質(zhì)量與國外產(chǎn)品相比尚有較大差距，還未被用戶認(rèn)可和接受。

本文論述的偏心量可自動調(diào)節(jié)的偏心卡盤正是基于這一市場需求開發(fā)的，并可取代同類進(jìn)口產(chǎn)品，為用戶提供品質(zhì)優(yōu)良、價(jià)格適中的專用偏心卡具。偏心量可自動調(diào)節(jié)的偏心卡盤是通用數(shù)控車床專用卡盤，適用于加工偏心類工件，在汽車、石油機(jī)械、紡織機(jī)械、辦公機(jī)械、軍工等眾多機(jī)械行業(yè)中有很多這種零件。對于這類零件，用偏心量可自動調(diào)節(jié)的偏心卡盤，可以大幅提高零件加工偏心量的精度等級和偏心零件的生產(chǎn)效率。

1? 傳統(tǒng)工藝分析

對于偏心零件的加工目前通常采用的方法有：①采用四爪卡盤人工調(diào)心，缺點(diǎn)是工件裝夾調(diào)整困難，加工效率低、精度也難以保證，適于單件小批量、精度較低的零件加工;②通過輔助的偏心工裝夾具來實(shí)現(xiàn)，但該方法對于不同偏心距的零件，需設(shè)計(jì)制造不同的專用工裝夾具，即一種偏心距就要對應(yīng)做一套工裝夾具，導(dǎo)致工裝夾具種類繁多，生產(chǎn)效率低、制造成本高。該類專用工裝夾具一般是采用彈簧夾頭對被加工工件進(jìn)行自動夾緊，通過安裝在機(jī)床主軸尾端的夾緊氣缸或油缸，帶動拉桿和與拉桿相連的彈簧夾頭沿主軸軸向移動，實(shí)現(xiàn)對被加工工件的夾緊、松開。

現(xiàn)就以凸輪軸為例，詳細(xì)介紹偏心零件的加工工藝，以及應(yīng)用可調(diào)心卡盤在偏心零件加工上的應(yīng)用。偏心軸加工圖紙見圖1：偏心軸加工圖紙。

在傳統(tǒng)加工工藝中，此偏心軸通常通過以下幾道工序完成車削加工：OP1：銑打機(jī)銑端面、打中心孔;OP2：夾持？準(zhǔn)14.2外圓，尾架頂緊中心孔，加工？準(zhǔn)16.2外圓;OP3：夾持？準(zhǔn)16.2外圓，加工？準(zhǔn)14.2外圓;OP4：采用偏心夾具夾持？準(zhǔn)16.2外圓，加工偏心外圓？準(zhǔn)24.3，偏心量由偏心夾具精度保證。按照傳統(tǒng)的加工工藝，因分多序完成車削加工，且OP4采用特定偏心夾具夾持，即對應(yīng)不同偏心量e的偏心軸，就必須設(shè)計(jì)不同的偏心夾具。圖1中，僅列舉了幾個(gè)規(guī)格的偏心零件，如應(yīng)對偏心量e的種類比較多時(shí)，所需的偏心夾具數(shù)量將會非常大，造成非常大的浪費(fèi)，而且受到偏心夾具制造精度和二次夾持誤差的影響，偏心量e的精度要求也很難保證。

2? 卡盤結(jié)構(gòu)原理的設(shè)計(jì)

針對傳統(tǒng)加工工藝的弊端，提出文章所述的可實(shí)現(xiàn)偏心量自動調(diào)節(jié)的偏心卡盤，可以實(shí)現(xiàn)夾頭與卡盤體的偏心量自動調(diào)整是本卡盤的核心關(guān)鍵技術(shù)。為此我們專門設(shè)計(jì)開發(fā)了卡盤體和偏心盤體兩個(gè)具有相同偏心量的盤體結(jié)構(gòu)，只要使偏心盤體對卡盤體發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，就可以實(shí)現(xiàn)不同偏心量的自動調(diào)節(jié)，而卡爪的夾緊動作由偏心拉套拉動卡爪實(shí)現(xiàn)，偏心盤體與卡盤體可通過摩擦盤進(jìn)行連接。其具體卡盤結(jié)構(gòu)見圖2：卡盤結(jié)構(gòu)簡圖。

偏心量可自動調(diào)節(jié)的偏心卡盤，其主體為卡盤體（5），卡盤體左端安裝有盤根（1），盤根（1）可與機(jī)床主軸軸頭連接，在卡盤體的右端內(nèi)安裝有可旋轉(zhuǎn)的偏心盤體（6），偏心盤體（6）通過與摩擦盤（4）之間的連接，保證偏心盤體（6）可與卡盤體（5）相對旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)偏心距可調(diào)，壓盤（2）與卡盤體（5）通過螺釘連接，卡盤體（5）內(nèi)安裝有壓盤（3），壓盤與卡盤體之間通過鍵（12）連接，壓盤（3）與壓盤（2）之間安裝有壓簧（11），通過壓簧（11）將壓盤（3）壓緊在摩擦盤（4）上，在偏心盤體（6）上開有與彈簧夾頭（8）相配的錐孔，該錐孔與偏心盤體的旋轉(zhuǎn)中心有一定的偏心量，拉桿螺釘（14）通過拉套（7）與彈簧夾頭相連;液壓油缸拉動拉桿螺釘（14），從而實(shí)現(xiàn)彈簧夾頭（8）夾緊、松開工件（13）;在偏心盤體和摩擦盤上開有連通的垂直于偏心盤體端面的通孔（10）。

3? 使用調(diào)心卡盤加工偏心零件的工藝分析

使用偏心量可自動調(diào)節(jié)的偏心卡盤加工偏心工件，可實(shí)現(xiàn)一次裝夾工件，完成OP3和OP4兩序的加工內(nèi)容，從而大大提高加工效率，更重要的是偏心量由機(jī)床自動調(diào)整，可準(zhǔn)確保證偏心精度，使工件加工質(zhì)量得到提升和保障。應(yīng)用偏心量可自動調(diào)節(jié)的偏心卡盤加工工件（13），可同時(shí)完成OP3和OP4兩序，具體步驟如下：

第1步：將工件裝上夾頭，驅(qū)動油缸夾緊工件？準(zhǔn)16.2外圓，車削？準(zhǔn)14.2外圓及左端面。

第2步：將外部高壓氣體通過連接頭（9）與偏心盤體上的通孔（10）相連，高壓氣體由偏心盤體和摩擦盤上的通孔進(jìn)入摩擦盤端面，推動壓盤向左移動，此時(shí)，蝶形彈簧被壓縮，壓盤與摩擦盤的結(jié)合面松開，轉(zhuǎn)動機(jī)床主軸，此時(shí)盤根、卡盤體、壓盤隨主軸同時(shí)轉(zhuǎn)動，偏心盤體由連接頭與機(jī)床固定，卡盤體與偏心盤體產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，通過控制主軸旋轉(zhuǎn)角度，使偏心盤體對機(jī)床主軸產(chǎn)生指定的偏心量e，此時(shí)，撤去外接氣路，在蝶形彈簧的彈力作用下，壓盤壓緊摩擦盤，由于摩擦力的作用下，機(jī)床主軸連同卡盤體帶動偏心盤體、彈簧夾頭和被加工工件旋轉(zhuǎn)，機(jī)床完成偏心圓？準(zhǔn)24.3的車削加工。

第3步：被加工件偏心圓加工完成后，主軸停止轉(zhuǎn)動，根據(jù)第2步的調(diào)心方法，反向旋轉(zhuǎn)機(jī)床主軸，使偏心盤體與機(jī)床主軸軸線同軸，油缸動作松開工件，完成偏心軸工件的全部加工內(nèi)容。

偏心量可自動調(diào)節(jié)的偏心卡盤通過對目前采用彈簧夾頭卡盤的改進(jìn)，設(shè)計(jì)了帶有一定偏心量的偏心盤體，通過偏心盤體相對于卡盤體的轉(zhuǎn)動，就可實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)被加工工件的偏心量，如設(shè)計(jì)的偏心盤體中與彈簧夾頭相配的錐孔與偏心盤體旋轉(zhuǎn)中心的偏心量為12mm時(shí)，該偏心卡盤就可加工偏心量在0-12mm之間的偏心類零件的外圓或內(nèi)孔。

偏心量可自動調(diào)節(jié)的偏心卡盤結(jié)構(gòu)緊湊、合理。通過外接高壓氣體，就可將壓盤與摩擦盤脫開，旋轉(zhuǎn)機(jī)床主軸或偏心卡盤就可方便調(diào)整偏心量，從而可避免多套工裝夾具造成的成本浪費(fèi)。

4? 卡盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

①通過對目前彈簧夾頭式卡盤的改進(jìn)，設(shè)計(jì)了帶有一定偏心量的偏心盤體，通過偏心盤體相對于卡盤體的轉(zhuǎn)動，就可方便的在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)被加工工件的偏心量，如設(shè)計(jì)的偏心盤體中與彈簧夾頭相配的錐孔和偏心盤體旋轉(zhuǎn)中心的偏心量為12mm時(shí)，該偏心卡盤就可加工偏心量在0-12mm之間的偏心類零件的外圓或內(nèi)孔;

②結(jié)構(gòu)緊湊、合理。通過外接高壓氣體，就可將壓盤與摩擦盤脫開，旋轉(zhuǎn)機(jī)床主軸或偏心卡盤就可方便調(diào)整偏心量;

③可有效降低生產(chǎn)成本。由于本技術(shù)方案卡盤既可作為普通卡盤使用，又可作為偏心卡盤使用，且偏心量可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，可有效減少由于被加工零件偏心量的改變，需配置不同偏心量卡盤所需的成本;

④卡盤體與機(jī)床主軸直接相連，剛性好、精度高，由于卡盤結(jié)構(gòu)簡單、防塵效果好偏心調(diào)整快速可靠，所以偏心卡盤具有使用簡單、調(diào)整方便、壽命長、精度保持性好等優(yōu)點(diǎn)。

5? 偏心卡盤主要創(chuàng)新點(diǎn)

①制造工藝上創(chuàng)新：針對偏心零件的加工，從根本上改變了傳統(tǒng)加工工藝方法，大幅度的提高了零件加工偏心量的精度，使零件的制造質(zhì)量、成本、效率有重大突破。創(chuàng)造顯著經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上創(chuàng)新：學(xué)習(xí)借鑒國內(nèi)外類似產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，形成了自己產(chǎn)品的特點(diǎn)，在產(chǎn)品性能及適應(yīng)性方面有所突破，產(chǎn)品在性能上可以向國外同類先進(jìn)產(chǎn)品靠近。

③產(chǎn)品制造上創(chuàng)新：通過對卡盤生產(chǎn)過程進(jìn)行跟蹤控制，對制造工藝進(jìn)行技術(shù)公關(guān)，保證產(chǎn)品的制造最終達(dá)到預(yù)期各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

④高性價(jià)比創(chuàng)新：將本可調(diào)心卡盤進(jìn)行系列化生產(chǎn)，將該卡盤擴(kuò)充為不同規(guī)格產(chǎn)品。也可以根據(jù)客戶機(jī)床主軸的情況配置不同盤根。而產(chǎn)品的最終售價(jià)也遠(yuǎn)低于國外同類產(chǎn)品的價(jià)格。

6? 結(jié)語

偏心量可自動調(diào)節(jié)的偏心卡盤是針對偏心零件加工的專用卡盤，為國內(nèi)數(shù)控車床提供了非常好的卡盤品種，打破了偏心卡盤長期受限于國外同類產(chǎn)品的格局。該卡盤能夠滿足眾多行業(yè)中偏心類零件的加工需求，尤其對大批量生產(chǎn)的零件，優(yōu)點(diǎn)更加突出，市場需求量大、可加工零件覆蓋面廣。該偏心卡盤除可產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益還會帶來明顯的社會效益。從長遠(yuǎn)看，有良好的推廣發(fā)展前景。

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