薄壁空心件車削安全無變形的裝卡

前 言

與普通工件的車削作業(yè)不同，在對薄壁空心工件進(jìn)行夾持時，需要使用變形小且安全的卡盤。在對薄壁空心件進(jìn)行車削時，裝卡變形可能會造成所規(guī)定的公差范圍超限并致使工件變成廢品。因此，對卡盤的選擇非常重要。平衡夾鉗具有很大的優(yōu)勢，在對裝卡點進(jìn)行最佳的布置之后，工件的變形可以減小到原來變形量的10％，而卡盤的夾持力仍可保持不變。

對薄壁空心件進(jìn)行車削加工時容易出現(xiàn)的一個問題是工件受卡盤夾持力的影響而發(fā)生變形，如環(huán)或外殼等工件必須接受牢固的夾持，即便在切削力的作用下也不會松動。很強的夾持力將不可避免地造成工件變形，變形量的大小取決于工件的形狀和壁厚；同時，材質(zhì)也起到很重要的作用。鑄鐵、黃銅、青銅和鋁合金部件由于其彈性模數(shù)較小，因此要比鋼件更加脆弱，特別是在對配合件進(jìn)行車削時，夾持變形會造成所給定的公差范圍超限，并導(dǎo)致廢品產(chǎn)生。

在車削工件上對卡盤的布置作標(biāo)識，通常被夾緊的工件在車削加工之后，在設(shè)備上仍會呈現(xiàn)完好的圓形。薄壁工件在裝卡之后，或多或少會呈現(xiàn)出非圓形狀，通過測圓工具可以明顯觀測到。因此必須在工件上標(biāo)識出卡盤的分布情況，以便可以識別夾持力是否引起了變形。

圖1 對材料的自由夾持可以導(dǎo)致無規(guī)則的形狀誤差

圖1和圖2即通過簡易的方式顯示因車削加工造成圓度缺陷的各種原因。鑄件應(yīng)力消除時也可能會出現(xiàn)不規(guī)則的形狀誤差，這與帶有局部材料聚積的特殊工件造型有著重要關(guān)聯(lián)。對圓度誤差與夾持位置的明確劃歸是無法做到的，對苛刻表面的試車削、松弛和精車削，或在加工之前對原料工件進(jìn)行自由退火，將有助于提高工件的質(zhì)量。

圖2 通過卡盤夾持力的作用，而產(chǎn)生有規(guī)則的變形

在圖2的例子中，工件很明顯受到卡盤夾持力的作用而變形，其孔部在卡盤區(qū)域有些向內(nèi)擠壓。因此，該處在工件的松開和退出之后，會有過多的材料被磨削的情況。最簡單的辦法就是考慮降低夾持壓力。對此，必須注意卡盤在此狀況下是否還有足夠的夾持力，因為磨光工序通常需要較高的切削速度和轉(zhuǎn)速。在沒有離心力平衡的條件下，夾持力容易下降到危險水平。因此，制造廠商針對工作轉(zhuǎn)速下對卡盤夾持力的測定要求必須嚴(yán)格遵守。

一、圓度測定反映誤差原因

不僅這兩種誤差源相互之間的差異很明顯，圓度測定也常常顯示出介于兩種情形之間的某種混合形狀。它可以提供有關(guān)誤差源原因的信息，以便采取補救措施。

圖3 帶有硬質(zhì)卡鉗的QLC－KT型強力卡盤

如果夾持力的降低沒有帶來令人滿意的結(jié)果，則可以建議對所使用的卡盤進(jìn)行分析。如灰口鑄鐵的外殼件等原料工件，往往采用硬質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)階梯狀卡盤進(jìn)行夾持（圖3）。其夾持面的卡齒在較長時間的使用之后，會自然磨損而逐漸變鈍，夾持和緊固效果減弱，工件在加工過程中打滑或從卡盤脫出的危險性由此逐步增加。

圖4 KBNKLA爪形卡盤（a）和扇形卡盤（b）具有更高的安全性

二、硬質(zhì)階梯式卡盤

每個加工企業(yè)都能夠保持一定存量的硬質(zhì)階梯卡盤，這將是一件值得提倡的事情。這方面的費用要遠(yuǎn)低于加工當(dāng)中工件脫離而造成的損失費用。新型卡盤由于其夾持效果好，所需的夾持力可以較低，因此工件的變形程度較小。帶有錐角齒的爪形卡盤（圖4）可以提供更高的安全性，這種卡盤可以緊緊抓住工件的表面，在與鋪路磚一齒的階梯卡盤具有同等夾持力的情況下，可以實現(xiàn)雙倍的切削力，同時所需投入的費用也低，有助于提高加工質(zhì)量和加工安全性。卡具制造廠商可以提供各種不同造型和不同規(guī)格的此類卡盤。擺爪式卡盤在夾持敏感的原料工件時具有特別的優(yōu)勢（圖5），擺動橋把夾持力分配到雙倍數(shù)量的夾持點上，每個夾持點都只承受一半的力，工件上各夾持點之間的彎曲彈性范圍得以縮小。如果夾持點的分布達(dá)到最佳的程度（均勻地分布在圓周上），則工件的變形大約可以減小到原變形量的10％，而無需降低卡盤的夾持力。

圖5 帶有擺爪（b）的卡盤（a）

在已經(jīng)車削完畢的工件直徑上夾持的狀況下，可以使用應(yīng)用范圍更加廣泛的硬質(zhì)卡盤（圖6）。旋入的夾持直徑在整個圓周上支撐工件，即使在較大的夾持力下工件也不會發(fā)生變形。這種卡盤可以由不同的廠商提供，屬于特殊造型，可依據(jù)工件圖紙進(jìn)行最佳的設(shè)計和制造。

圖6 帶有大尺度卡鉗的強力卡盤專門用于在已經(jīng)車削完畢的工件直徑上夾持

針對大批量相同或類似工件的加工，可以采用特殊的夾持器械。尤其對于薄壁的環(huán)，使用帶有6或12個直徑為400～4000mm卡盤的機械傳動式杠桿平衡卡盤，可以獲得很好的效果（圖7）。在各個卡盤之間形成一種夾持量和夾持力的均衡狀態(tài)，因此，即使工件的圓周存在誤差，工件也可以安全且無變形地被夾持住。此外，夾具還可以通過手動和自動被切換到一種純中心夾持方式。

圖7 帶有快速可調(diào)卡鉗的6WAZM型六卡鉗杠桿平衡卡盤夾持薄壁的環(huán)，可以獲得很好的效果

三、夾持力軸向作用于支座上

針對特別容易變形和不規(guī)則形狀的工件，通常采用指形卡盤。在這種情況下，夾持力并非以徑向方式作用，而是由指形卡盤軸向作用于所設(shè)定的對中點和支撐點（圖8），工件的徑向變形在最大程度上得以避免。在指形卡盤上，可以結(jié)合先前的對中卡盤和較小的夾持力以及強勁的軸向夾持。此外，還有很多的特殊卡盤不僅可以用于環(huán)形工件，同時也可以用于各種復(fù)雜形狀的工件。

圖8 機械傳動的FLDA型對中指形卡盤特別應(yīng)用于容易變形和不規(guī)則形狀的工件

此類夾具大部分都是為特定形狀的工件而設(shè)計的，并由專業(yè)化的夾具技術(shù)公司按照客戶訂單的要求進(jìn)行設(shè)計和制造。當(dāng)然，這種卡盤要比批量加工的標(biāo)準(zhǔn)夾具價格高，但是可以極大提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，在較短的時間內(nèi)即可收回成本。