三爪卡盘随机修整器的研制

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摘要：三爪自定心卡盘是车床上应用最为广泛的一种通用夹具。由于长期的装夹和重复使用，使得卡盘的卡爪严重变形与磨损、跳动。造成工件装夹不牢而产生废品，容易发生安全事故。但修整车削三爪自定心卡盘由于卡爪表面淬火硬度高而使得效果不好。本文通过改进以车代磨砂轮修整器的制造使用，将车床三爪自定心卡盘卡爪全面修复保证圆度控制在0.03mm内，直线度控制在卡盘原有的精度。本砂轮修整器结构紧凑、灵巧，使用简单、安全高效。具有较高的经济效益和实用价值。

关键词以车代磨 磨削内孔加工

中图分类号：S776.05 文献标识码：A 文章编号： A

近几年来机械制造专业班级多，如数控专业中级高级班，模具制造专业中级高级班，数控装调维修班等。占学院专业班级的1/3以上。每年开设车工专业技能实习课的学生较多，实习时间也长。因此车床的使用率都是满负荷的运转。现有普通车床计52台，数控车床50台。由于车床长期处于高负荷的运转，尤其是车床三爪自定心卡盘每天重复工作、毛坯圆钢的装夹，加上每个学生装夹工件的手势、力度、大小、刀具磨损等等不利因素，使卡盘的卡爪在外力或车削受力中严重变形与夹损。产生直线度、圆度误差。经检测，有些卡爪圆度误差0.8mm以上。再这样下去卡爪几难以使用了，亦难以修复。按以往的办法修复卡爪车一个发兰盘，用卡爪反张力夹紧内孔。用内孔硬质合金车刀车削卡爪，费时费力，效果不好，精度达不到。因此，面临卡爪修复急需尽快解决。

影响三爪自定心卡盘精度的主要因素

三爪自定心卡盘结构

三爪自定心卡盘是车床上应用最为广泛的一种通用夹具，主要有外壳体、三个卡爪、三个小锥齿轮、一个大锥齿轮等零件组成。当卡盘扳手方榫插入小锥齿轮的方孔中旋转时，小锥齿轮就带动大锥齿轮转动，大锥齿轮的背面是平面螺纹，卡爪背面的螺纹与平面螺纹啮合，从而驱动三个卡爪同时沿径向运动以夹紧或松开工件。

三个卡爪在外力的夹紧下，由于长期的反复装夹使用，特别是毛坯圆钢采用一夹一顶或毛坯圆钢在三爪夹持过短（卡爪长度的三分之一时）很容易使三爪前段产生锥度（喇叭状），里面小外面打，造成圆柱度误差大。

三爪出现锥度和圆柱度误差时，当毛坯圆钢前段夹持部分产生三爪与圆钢为锥度间隙，跳动过大。如下图所示：

图H-010

车床卡盘卡爪产生锥度间隙的主要原因：

1）长期装夹卡爪前端部分约1/3处受力；

2）装夹毛坯圆钢一夹一顶位置受力；

3）三个卡爪受力不均匀，前端径向受力过大，后端受力较小，因而产生锥度间隙。

此时三爪再夹持工件进行加工，就会出现夹紧力不在一条线上，实际夹紧力在一点上，很容易发生车削工件时产生跳动，崩刀，更为严重的在切槽切断时工件折弯、车刀折断以及危害人身安全造成事故发生。

因此，我制造了砂轮修整器。利用内圆磨的工作原理，以车代磨砂轮修整器。其原理、用途及工艺进行分析论证。

砂轮修整器的零部件装配加工

由于三爪自定心卡盘的三个卡爪材料是45#锻造而成，经过一系列热处理工艺，对使用要求很高（45钢淬火最高硬度一般能达到HRC50）。所以对工件高硬度材料唯一的加工方法是使用砂轮磨削，才能真正解决问题。

1、砂轮修整器电动机的选择

1）先决条件是选用三相异步电动机，转速为6000r/min，功率为120W。强劲有力、耐用作修整器磨头。

2）将原电动机主轴用油压机压出，重新选用45#圆钢调质材料加工。粗车留有精磨余量加工。

3）将电动机前端盖外圆车1：30锥度(与铝合金紧固架内锥1:30配合使用）。

2、电动机的组合铝合金紧固架的设计

1）采用铝合金板材料制作紧固架，车削内孔1:30锥度，使电动机前端盖锥度与紧固架锥度配合使用。

2）加工一条长120mm,宽30mm，高20mm的铝方板工件与紧固架用螺钉联接紧，装上车床小刀架压紧作用。

3、扇型定位块的制作设计

1）制作原理

要磨削修整三爪内孔，卡爪的夹紧非常关键。扇型定位块是放置在三个爪侧面，利用等分角度通过夹紧定位迫使扇型定位块向圆心等距夹紧。

2）扇型定位块加工

（1）加工扇型定位块，选用45#钢板材料，下料毛坯为（用风割）。车外圆，内孔，厚15mm。

（2）按图纸要求，用线切割加工三件，等距等边。

图H-020扇型定位块示意图

图H-030 定位装紧前 图H040定位装紧后

扇型定位块与卡爪装配实物关系图

图H-050扇型定位块装配夹紧实物图

3）砂轮的选择

三爪自定心卡盘卡爪表面淬火硬度较高的材料选用白色氧化铝砂轮。

（1）在车床上磨削所选用的砂轮粒度一般在36#~80#之间。磨削硬而脆的材料时，选用中等或较粗粒度的砂轮。

（2）磨削内孔时，砂轮外径一般取工件孔径的2/3左右，砂轮宽度在纵向磨削时宽些。

（3）所以根据以上条件要求选择刚玉类白刚玉WA（GB）粒度号60#，硬度中，型号WA60L，尺寸30X20X10mm。

4）金刚石修磨定位轴的制作

修磨器的砂轮要经常不断的进行修磨，确保圆跳动在0.02mm以下，同时要有良好的使用效果。所以采用金刚石笔修磨。

（1）金刚石笔定位轴主要支撑金刚石笔固定在轴孔压紧上，以防出现径向蹿动。

（2）定位轴采用45#圆钢材料，实物图见下图：

图H-060

（3）定位轴后端（尾座方向）钻孔，深20mm。攻螺纹M8.轴向20mm长定位钻孔，钻通。通孔内放入金刚石笔，定位。用M8内六角螺柱压紧。

5）检验棒的用途及加工

检验棒主要用于卡爪修整后，用百分表来检测卡爪的圆度，圆柱度，直线度是否合格，达到使用要求。

图H-070检验棒检测实物图

图H-080

4、砂轮修整器装配

修整器各零部件加工完成后进行检验装配。

1）、三相电动机装配

将电机主轴精磨后用油压机压入转子定位，两端轴承装配，后端盖放入碟形弹簧垫圈，两端加入油，转子轴放入定子座内，两端盖螺钉压紧。

2）、铝合金紧固架装配

将三相电动机前端盖外锥面与铝合金内锥面紧配合，装上3个M6螺钉，并在铝合金座中心线上将方条铝板配钻M8螺钉紧固，并配钻M6螺钉，使方条铝板与后端盖连接加固，实为一体。

3）、由于三相电动机为380V交流电压，既要安全又要方便操作。在电机后端与方条铝板上安装绝缘有机玻璃板，装上三相安全开关。以保证在使用过程中能够安全实用。

4）、在电动机主轴上装入直排式吹风扇叶，利用风冷原理，降低电动机在使用过程中产生的温度和热能，有效使电动机保持在80°的安全使用环境下。在电动机主轴上紧压入聚氧脂橡胶套，减少电动机主轴高速磨削中的共振。起到动力吸震的作用，对弯曲振动有消除作用。最后装上白色氧化铝砂轮，用M10螺母拧紧。

图H-090 砂轮修整器装配完成后实物图

三、砂轮修整器的具体使用

磨削加工能获得很高的加工精度及表面质量精度，它不但可以加工软材料，也可加工硬度很高的材料，并能在一次行程中切除极薄的金属表层。

1、砂轮修整器安装在车刀刀架上，压紧螺钉进行固定，接通三相四线制电源。

图H-100

2、修磨砂轮 用磁性百分表固定在导轨上校正电机主轴平行。将金刚石定位轴夹在卡盘上，主轴调至低速不用开启车床。将修整器通电，轻慢修整砂轮（用床鞍纵向反复摇动，中滑板横向进给，接触金刚石）修圆，平行为止。

图H-110

3、将金刚石笔从卡爪卸下，清理干净卡盘。放入安装夹紧扇型定位块，用力均匀。

4、砂轮修整器磨削时切削用量选择。

粗磨：，，。

精磨：，，。

5、启动车床正转，启动修整器反转作相对运动进行磨削内孔（三爪），表面粗糙度达到，直接修磨至使用要求。

图H-120

6、卡爪修磨好后，用干布擦净卡爪表面灰尘。卸下扇型定位块夹入检验棒，用百分表检查圆度和直线度，达到设计要求。

7、经过砂轮修整器磨削后，使三个卡爪原来点接触表面为1/3，提升至100%。有较好的直线度使用要求。从而消除了安全隐患。

四、结束语

通过砂轮修整器的创新使用，使砂轮修整器的制造更加完善、解构合理科学、使用方法简单实用、较好的解决了因以往的办法修复卡爪用内孔硬质合金车刀车削卡爪，费时费力，效果不好，精度达不到的技术难题，使得卡爪的修整变得规范化、高效率化、安全化。经过实际的使用，为学院节省了大量的维修费用，有效的缩短了维修时间，使维修更加的科学、规范。

在此基础上，我还要继续的深入了解车床结构与维修技巧，全程投入到不断学习新知识、新工艺、新设备、新科技的趋势中，为技工院校教育努力工作，为车工专业实习培养更多的新型高级技术人才做出贡献，发挥余热继续向前。

五、附录

我在2008年自行设计制造内圆磨削辅助工具进行内孔磨削。由于设计和制造工艺不是很合理。选用单相电动机（转速为，功率为100W）产生模具转速过低，机座不牢固产生磨削时电动机振动、发热、表面粗糙度为，效果不太理想，使用很不方便。具体实物见下图：

图H-130 内孔磨削器实物图

因此，我再次努力改正采用三相电动机作磨头修整器。通过比较，改进后的砂轮修整器使用效果理想，安全实用。通过这次改进，取得了很多良好的设计理念，很多的工艺创新，今后将继续研发车工专业的辅助工具。

参考文献

1、机械工业技师考评培训教材机械制图.北京：机械工业出版社.2001年.

2、机械工人切削手册.北京：机械工业出版社.1999.10.

3、技师论文撰写与答辩.广州：广东经济出版社，2001年10月.

4、国家职业资格培训教程车工（技师技能高级技师技能）.北京：中国劳动社会保障出版社，2003.7