车床卡盘

车床卡盘（共3篇）（共3篇）

1.车床卡盘 篇一

夹紧机构是卡盘的重要组成部分, 直接影响卡盘性能的好坏。以往人们对卡盘夹紧机构的研究较少, 如小批量生产中采用的传统加工方法存在着生产效率不高、零件质量差、劳动强度大、作业环境恶劣等问题, 成为大批量生产大规格机床卡盘的瓶颈。某机械产品在数控车床加工中, 该产品零件需要大批量生产, 如图1所示。工件外径φ18~23mm之间, 工件长度115mm, 材料为45钢, 毛坯选用铣双端面打中心孔的棒料。在数控车削时, 采用小型端面驱动顶尖, 两顶尖定位加紧进行精车一端加工, 然后掉头精车另一端车削加工。但存在一些加工误差和问题。

1 存在问题

使用端面驱动顶尖 (如图2所示) 同时又要满足生产效率的情况下, 现场在加工过程中存在以下问题:

(1) 此种方法在加工长头直径φ12mm, 长86mm的外圆时, 端面驱动顶尖所驱动是轴类零件小端, 直径为φ10mm, 驱动面较小。零件长头切削量大, 产生切削力也大, 但驱动顶尖六个小爪卡住零件小头量特别小, 实际生产中驱动顶尖特别容易损坏, 严重影响了实际生产进度和驱动顶尖的使用寿命。

(2) 该端面驱动顶尖有的6个锐利小爪, 其卡到零件φ10.0mm的外圆上, 为加工时提供所需的扭力。机床尾座顶尖将零件预紧后, 驱动顶尖的卡爪嵌到零件φ10.0mm的端面的内很少, 会对零件端面造成损伤。但该零件成品不允许端面有毛刺的, 所以在毛坯热处理后需磨小端去毛刺工序。

(3) 采用驱动顶尖的方法加工虽然夹紧效率高, 但由于零件材料、机床尾座压力和锐利小爪磨损等多种不确定因素, 在加工过程中零件轴向的尺寸不稳定, 也不易控制。

2 改进方案

2.1 改进设计的思路

本文在分析卡盘基本原理的基础上, 针对端面驱动顶尖存在的问题, 应用计算机辅助设计的方法, 针对机械式卡盘的夹紧机构进行了具体的参数分析, 重新选取了更合理的结构, 并设计制作了新型的专门针对该轴类产品的一体化的小型离心卡盘 (如图3所示) 。

1.支撑螺钉2.浮动圈3.卡盘本体4.拨动销5.浮动卡爪6.顶尖7.弹簧8.挡块9.压块10.螺钉

2.2 小型离心卡盘的设计与原理

小离心卡盘的工作原理:使用时将小离心卡盘可直接安装机床主轴上。当机床启动后, 卡盘本体3顺时针旋转, 浮动圈2因惯性作用与卡盘本体3产生相对运动, 通过安装在卡盘本体3上的拨动销4使浮动卡爪5夹紧工件。因卡爪表面是偏心圆弧, 所以切削力越大, 工件夹的越紧。停车后, 夹紧卡爪因没有了切削力会自动放松, 当机床尾座放开, 弹簧7会把顶尖6向前顶出, 此时零件卸下。当车床在车削零件时, 车刀、三个卡爪和零件形成了自锁现象, 车削的过程是动态自锁的过程, 而且切削量越大, 卡爪将零件夹的越紧。图4为该离心卡盘实际使用的图片。

3 结论

本文通过结构分析, 进而改进结构参数, 得到了性能更佳的夹紧机构。使用小离心卡盘对该零件进行加工时, 消除了以下几个问题:

(1) 小离心卡盘没有损伤零件端面, 取消了磨端面工序, 提高了磨工序生产效率。

(2) 该夹具使用使用寿命长, 经过我们长期使用测算, 每幅卡爪可以加工一万件工件, 在修磨卡爪后还可以继续使用。

(3) 切削效率提高, 因小离心卡盘夹切削力根据切削量自动变化, 所以机床加工参数可以调节范围较广。

(4) 小离心卡盘采用一体化设计, 只需要一个过渡套即可与机床卡盘连接好, 便于调整装卸。

(5) 小离心卡盘会在零件的外圆与三个卡爪接触的部位, 留下三处卡印, 但零件经过热处理和抛丸工序后, 该卡印会被消除, 不影响产品性能。

摘要：针对一些直径较小的轴类零件, 传统端面驱动顶尖是无法夹紧的。因此, 本文设计一种小型离心卡盘, 它通过离心力原理夹紧工件外圆进行加工。小型离心卡盘采用一体化设计很容易与机床连接, 并且适合大规模批量生产。

关键词：端面驱动顶尖,小型离心卡盘,离心力,一体化设计

参考文献

[1]陈宏均.实用机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社, 1996.

[2]庞振基, 黄其圣.精密机械设计[M].北京:机械工业出版社, 2000.

[3]濮良贵, 纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社, 2001.

[4]吴佳长.机械制造工艺学[M].北京:中国标准出版社, 1992.

2.动力卡盘试验机的设计 篇二

目前在数控机床中, 作为关键功能部件之一的动力卡盘是被广泛使用的工件夹紧系统, 实现了自动夹紧, 降低了辅助夹紧时间, 已普遍地被认为是机床的一部分。动力卡盘的功能越来越先进, 结构越来越复杂, 发生故障的可能环节也越来越多。动力卡盘工作的可靠性受到越来越大的挑战, 高速旋转的工件可能会因为各种原因甩出动力卡盘, 对操作人员和机床—刀具—工件系统造成巨大伤害。因此, 设计开发一种动力卡盘试验机, 对动力卡盘的各种安全性、可靠性进行试验, 系统分析和研究动力卡盘失效形式, 优化动力卡盘的设计, 具有十分重要的意义。本试验机是为动力卡盘的试验而设计的专用设备, 适合于直径在φ110~φ400规格以内的卡盘进行试验, 试验项目可包括卡盘精度、夹紧力、极限转速等。

1 总体设计

1.1 整体结构

本试验机由底座工作台、第一主轴箱、第二主轴箱、安全防护罩、液压装置、操纵控制台、激光位移传感器等主要部件组成。总体结构简图见图1, 动力卡盘试验机实物见图2。

1.2 主要部件结构

a) 底座工作台

底座工作台为钢板整体焊接成型, 型腔布局科学合理, 充分考虑到设备的受力状况及热变形等因素, 具有刚度高、抗振性好等特点。工作台前端有测试平台以便测试装置安装。

1—底座工作台;2—第二主轴箱;3—第一主轴箱;4—安全防护罩;5—操纵控制台

b) 第一主轴箱

第一主轴箱通过螺钉固定在底座工作台上方右侧, 由主电动机输入的运动通过三角皮带传至主轴。主轴的转速通过与主轴同步运转的SIEMENS编码器监视。主轴头部凸缘规格GB5900.1-1997-A28[1], 并配有主轴过渡接盘A28→A211和A28→A26。主轴组装配前经过严格的动平衡试验, 因此, 主轴运转平稳, 回转精度高, 振动小。主轴前、后轴承均选用德国FAG的主轴轴承[2], 采用预加负荷安装, 并配有长效润滑脂, 其润滑性能好, 使用时间长, 使用期内不需要更换。第一主轴箱结构简图见图3。

1—油缸;2—皮带轮;3—后轴承;4—速度反馈装置;5—拉杆;6—主轴箱;7—前轴承;8—主轴;9—卡盘

c) 第二主轴箱

第二主轴箱通过螺钉固定在底座工作台上方左侧, 主轴采用电主轴结构。该结构把主轴作为主电动机的转子、主电动机定子部分装在主轴箱体内。主轴头部为GB5900.1-1997-A25, 并配有过渡盘A25→A26和A25→A24。由于电主轴在运行过程中必须对主轴的运行温度进行控制, 因此电主轴外接一套水温控制系统, 型号为MCW-25CR精密水冷却机[3]。使用水作为冷却介质, 但在水中必须添加防腐剂, 比例为1∶3, 冷却水设定控制温度20℃。当水温超过23℃或低于17℃时, 水温控制机会自动进行制冷或加热。冷却水流量≥80L/min, 最大工作压力700k Pa。主轴转速通过装在主轴上的角度编码器ERM280[4] (德国HEIDENHAIN) 反馈。第二主轴箱结构简图见图4, 第一和第二主轴箱实物见图5。

1—油缸;2—圆磁栅;3—后轴承;4—电主轴装置;5—拉杆;6—主轴箱;7—前轴承;8—卡盘

d) 安全防护罩

安全防护罩为优质冷轧钢板整体焊接成型, 工作区内设计为双层安全结构, 外观简洁大方, 独立安装在地基上并与底座工作台之间无连接, 极大降低工作时产生的振动, 同时便于运输及安装。

e) 液压系统

液压系统分供油和控制两部分。所用的主要液压元件见表1, 液压原理见图6。

1) 系统供油部分

液压系统的压力油是由位于设备后侧的液压油箱 (图7) 提供的, 箱盖上安装有电动机、液压泵及油管。油箱有效容积约为63L, 采用HV32液压油。正常工作温度为30℃~50℃。当油温>55℃或<–10℃时应采取措施降温或升温。油位可以从油标观察, 换油时先拧下箱底油塞放掉陈油, 再打开箱盖上的气盖注入新油。

液压泵采用限压式变量叶片泵, 由电动机驱动。液压系统工作压力出厂前已调至4.5MPa~5MPa, 可以从系统压力表上检测。在拆洗或更换液压件时, 需停机并打开卸荷, 将系统内暂存的压力油泄回油箱, 以防喷射污染环境。液压系统配有专用油冷却机。

2) 控制部分

控制部分由工件夹紧 (松开) 控制装置组成。

液压元件基本上集中安装于液压油箱上的液压分配板上 (图8) 。减压阀7和二位四通换向阀8 (控制卡爪夹紧) 、压力继电器9、系统压力表、卡盘油缸压力表。系统中的过滤器是用作过滤系统供给的压力油, 其过滤精度为 。

f) 操纵控制台

操纵控制台 (即电柜) 在防护罩右侧并与其连接成一体, 根据人体工程学原理设计, 机床操作控制件集中安装, 布局合理, 操作方便。操作面板见图9, 电柜内部布局见图10。

g) 激光位移传感器

激光位移传感器选用日本基恩士LHK022K, 通过安装支架固定在工作台前端测试平台上。激光位移传感器见图11。

2 主要技术参数 (表2)

3 控制系统

本试验机CNC控制系统采用SIEMENS 802D sl系统。试验机主要包括主机、液压泵站和电气控制柜三部分。第一主轴采用SIEMENS 1PH7107交流伺服主电动机传动, 通过一组高效窄形三角带将动力直接传给主轴, 主轴转速为无级变速。第二主轴采用SIEMENS 1PH2093电主轴传动, 主轴即为主电动机的转子, 主轴转速为无级变速。试验机电气原理图见图12。

4 安全保护功能

1) 所有防护板厚度均>5mm。

2) 具备卡盘动平衡超差产生振动后自动停机的保护措施。

3) 具备回转油缸出现失效抱死情况时电源及油管切断的保护措施。

4) 具备突然断电情况时液压系统短时间保压的保护措施。

5 结语

该试验机的研制, 解决了动力卡盘对其精度、夹紧力、极限转速等项目的试验需求。用户投入使用后, 运转正常, 工作稳定, 精度可靠, 操作调试方便, 机床的性能得到了较好的发挥, 完全满足了动力卡盘试验机的设计要求。

摘要：介绍了动力卡盘试验机的总体设计结构, 并对主要部件结构及技术参数等问题进行了详细论述。本试验机的研制, 解决了动力卡盘精度、夹紧力、极限转速等项目的试验, 对优化动力卡盘的设计具有十分重要的意义。

关键词：动力卡盘,试验机,结构设计,控制系统

参考文献

[1]国家标准, 机床主轴端部与花盘互换性尺寸[M].北京:中国标准出版社, 2009.

[2]FAG滚动轴承.FAG中国有限公司, 2002.

[3]同飞制冷综合样本.同飞制冷设备有限公司, 2011.

3.车床卡盘 篇三

设备选择

曲轴最难加工的部位是主轴颈和连杆颈,传统的加工方法采用车削工艺。以六缸轴为例,需用三台机床进行三个相位六个连杆颈的加工;而采用数控曲轴内铣机床只需一台机床,就能快速地完成六个连杆颈的加工,还能完成主轴颈和连杆颈的同时加工。节约了两倍的机床设备成本和人工成本,节省了装夹时间,缩短了机加时间,提高生产效率。

所以数控曲轴内铣机床是曲轴轴颈精加工和半精加工的必然选择。但是由于数控曲轴内铣机床的结构限制,机床的卡盘必须完成顶尖对曲轴的轴向定位和卡爪对曲轴的夹紧,并且必须在顶尖对曲轴轴向定位完成后卡爪再对曲轴夹紧。原有的数控曲轴内铣机床卡盘的卡爪和顶尖采用一个液压缸同时控制,轴向定位采用弹簧顶尖的方式,通过弹簧的压缩力推动曲轴完成轴向定位,与此同时完成曲轴夹紧。这种控制方法对弹簧的要求非常高,如果弹簧弹力过大会造成曲轴的弯曲变形,如果弹簧的弹力不足则无法在曲轴夹紧前完成轴向定位。

本文设计的新型卡盘可以实现卡盘顶尖单独控制,即通过控制两个液压缸活塞方便地完成先轴向定位再卡爪夹紧的顺序动作,有效提高了卡盘的精度。

卡盘结构和动作

机床卡盘分左右卡盘,左卡盘上安装轴向定位固定块和自定心卡爪,右卡盘上安装轴向定位顶尖和自定心卡爪。本文设计的卡盘顶尖单独控制机构应用于右卡盘上,如图1~3所示。

此右卡盘核心理念是自定心卡爪的夹紧和顶尖轴向定位两个动作分别由两个液压缸单独控制。

1.卡盘结构

(1)活塞7带动拉杆4和顶尖2完成顶尖轴向定位的顶紧和松开。

(2)活塞6带动推杆5和推杆3完成自定心卡爪的夹紧和松开。

其中顶尖的活塞7、拉杆4和顶尖2穿过活塞6、推杆5和推杆3中间的通孔完成顶尖的顶紧和松开动作,两者互不干扰。

2.卡盘动作

(1)活塞7带动顶尖2向左移动,顶住曲轴尾部的中心孔,使曲轴大头端面与左卡盘的轴向定位固定块靠紧,当顶尖轴向定位顶紧到位时晃块晃到无触点开关8发出顶尖顶紧信号,

(2)卡盘设计成推力卡紧的结构,活塞2向左移动时带动自定心卡爪夹紧曲轴主轴颈,完成卡盘夹紧功能。当卡爪夹紧到位时液压缸处的晃块将晃到无触点开关11处,此时发出卡盘已经夹紧的信号。

(3)当加工结束后,活塞7和6同时退回,无触点开关9和10,分别发出顶尖松开和卡爪松开信号。

结语