发动机轴类部件加工时的卡盘选型和维护

发动机用曲轴、凸轮轴和缸套等轴类部件在加工的每个工序均会使用到卡盘，在加工中卡盘具有定心、夹持和驱动工件的作用。根据卡盘夹持工件维持中心的能力，分为刚性卡盘和浮动卡盘。本文主要探讨这两种卡盘的选用原则和日常维护要点。

一、两种卡盘结构调整

刚性卡盘与浮动卡盘在结构、调整方式上存在很大差别，以日本某品牌系列卡盘为例，图1所示为浮动卡盘动作过程：工件在定位支撑块和顶尖的作用下，进行轴向和径向定位夹紧，然后卡盘油缸通过拉杆，带动卡盘中心拉杆、间隙调整板、卡爪臂支撑盘、球形关节和卡爪臂动作，最终实现卡盘卡爪夹紧工件。

当出现卡盘3个卡爪组成的中心与工件中心同轴度偏差大时，先与工件接触的卡盘卡爪会受力F2，通过卡爪臂、球形关节传递给卡爪臂支撑盘，F3作用在卡爪臂支撑盘上，对于浮动卡盘，卡盘中心拉杆与卡爪臂支撑盘之间存在间隙，卡爪臂支撑盘在力F3的作用下，利用浮动间隙（间隙调整板、卡盘中心拉杆和卡爪臂支撑盘共同组成了卡盘的浮动机构），会向着力的方向运动，直至3个卡爪完全夹紧工件。

图1　浮动卡盘结构

1．卡爪臂 2 、12．矩形弹簧 3．球形顶盖 4．球形关节

5．间隙调整板 6．油缸拉杆 7．卡盘中心拉杆

8．卡爪臂支撑盘 9．卡盘本体 10．卡盘后端盖

11．定位支撑块 13．顶尖 14．被加工工件

15．卡盘卡爪 16．球形支撑

图2所示为刚性卡盘动作过程：工件在定位支撑块和顶尖的作用下，进行轴向和径向定位夹紧，然后卡盘油缸通过拉杆，带动卡盘中心拉杆、球形关节和卡爪臂动作，最终实现卡盘卡爪夹紧工件。由于卡盘中心拉杆与球形关节和卡爪臂之间是刚性联接，所以卡盘卡爪（三个卡爪）夹紧后，会形成一个夹紧中心，如果卡盘的夹紧中心与工件和顶尖形成的夹紧中心不重合，工件在卡盘夹紧后会出现明显的夹紧变形，该卡盘使用前，需要调整卡盘中心与顶尖中心重合，保证卡盘夹紧后不会出现虚夹紧的情况。

图2　刚性卡盘结构

1．卡爪臂 2、10．矩形弹簧 3．球形顶盖 4．球形关节

5．油缸拉杆 6．卡盘中心拉杆 7．卡盘本体

8．卡盘后端盖 9．定位支撑块 11．顶尖

12．被加工工件 13．卡盘卡爪 14．球形支撑

从图1和图2卡盘的机构分析，浮动卡盘与刚性卡盘存在以下不同点。

浮动卡盘：如图3所示，在夹紧工件过程中，由于工件毛坯表面高低不同或者毛坯圆度加工公差大，会出现3号卡爪已接触到工件表面而1号、2号卡爪还未接触到工件的情况，这时，浮动卡盘的浮动机构起作用，以工件表面为支撑，对3号卡爪进行浮动，只要浮动量足够，1号、2号卡爪最终会夹紧工件，对工件中心几乎不影响。

图3　浮动卡盘卡爪夹紧过程

刚性卡盘：如图4所示，在夹紧过程中，如果卡盘与工件同心未调整好，会出现3号卡爪接触到了工件，1号、2号卡爪还未与工件接触的情况，这时卡盘夹紧力F1会作用于工件，力足够大的情况下会使工件偏移预定中心，迫使工件移动到卡盘中心处；卡盘夹紧力小的情况下，会出现个别卡爪与工件不能完全接触的情况，加工时产生振动。

图4　刚性卡盘卡爪夹紧过程

卡盘使用前的调整要求：刚性卡盘在夹紧后会形成卡盘自身的夹持中心，在使用刚性卡盘时，需要调整卡盘的夹紧中心与工件夹紧定位中心重合，如图5所示。

图5　刚性卡盘中心的调整