提高特种不锈钢卡盘精度的工艺方法

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1 问题的提出

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卡盘作为车床的主要附件之一，其加工精度直接影响到设备的整体精度，因此，提高卡盘加工精度一直是研究卡盘制造工艺的关键问题。由于我公司使用的MCVD特种车床不用做切削，只将高精度卡盘用于夹持工件(工件重量轻)，因此对卡盘精度要求较高。机床厂在制造MCVD特种车床的过程中发现，我公司所要求的特种不锈钢卡盘精度在现有工艺及设备情况下很难得到保证。对卡盘的具体要求为：六爪自动定心不锈钢精密卡盘，材质为1Cr18Ni9Ti；采用Ø30mm验棒，根据国家标准卡盘精度检验指标进行检验，要求根部圆跳动小于0.01mm，L=50mm处圆跳动小于0.04mm，卡盘端跳动0.02mm，圆跳动0.02mm；小批量；卡盘仅作夹持用，工件重量小于0.5Kg。卡盘结构简图见图1～3，图中a=5_-0.05mm，b=5^+0.1mm，c=15mm，d=8.5mm，D=14^+0.05mm。 6 N4 k' c3 }5 [8 u, t4 T5 J' _* ]/ ?. [- l. T1 s8 r9 V+ o% ?9 z Z$ o9 T7 f8 X! }' S$ S. }9 j. S' `4 t% K7 j0 T2 W" V: |$ D9 u2 g6 R

图1 检验示意图

图2 T型槽放大图

图3

2 加工难点分析

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1. 加工难点：卡盘材料1Cr18Ni9Ti不锈钢为难加工材料，材质软且粘，易粘刀，不利于切削加工，难以得到较高的表面质量；卡盘滑座T型槽尺寸较小，因此刀具小且刚性差，加工材质为1Cr18Ni9Ti的不锈钢卡盘时精度难以保证；卡盘的六爪位置度不易得到保证。 0 @ Q+ `1 r( v% O) k4 t
2. 精度分析：卡盘精度主要包括装配精度和零件加工精度。装配精度可通过在卡盘装配完成后再精磨卡爪(保证卡爪同心)来达到，因此保证卡盘精度的难点主要在零件精度的控制，而零件精度则主要由卡盘的进给精度(即螺纹副精度)和卡爪的工作精度(即卡盘座及卡爪的加工定位精度)来控制。对图纸进行分析不难发现，卡爪的进给精度容易保证，利用数控车床及专用卡具加工即可满足要求；而卡爪的工作精度不易保证，尤其在加工滑座T型槽时，由于精度要求高、加工尺寸小、不锈钢材料难切削，因此成为此特种精密卡盘加工的难点。

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3 工艺方案分析与选择

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1. 立式数控加工中心铣削工艺 6 X1 `$ h& E; M$ I
   该工艺的特点是利用机床本身的加工精度来保证零件精度。在加工中心上用立铣刀及T型铣刀进行铣削加工是一种常规生产工艺，虽然工艺简单，但由于卡盘T型槽a、b、c、d尺寸小，精度要求高，所用刀具的尺寸小、刚性差，切削加工工艺性差，再加上卡盘材质为难加工材料，切削性能较差，因此难以保证工件的表面粗糙度，工具损耗大，废品率高，同时加工中心的运行成本高也会导致工件加工成本的增加。
2. 数控线切割加工工艺
   数控线切割机为电火花加工，工艺简单，加工效率高，但易使工件加工表面硬化，难以保证卡盘精度和表面粗糙度，导致六爪定位精度不高，公差差异大，装配后的卡爪与滑座之间配合不好，卡盘重复定位精度较低。
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3. 线切割加工后再研磨工艺 ; F' N! ? }0 Z. [7 ~+ Q' z; Z7 N! q
   用数控线切割机加工后留研磨余量0.03mm～0.06mm，增加钳工工序(卡爪与滑座互研工序)，先修整T型槽至标准公差内，再采用选配方式，互研卡爪与滑座。
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   表

   名称	端跳动(mm)	圆跳动(mm)	检验棒(L=50mm)
   普通卡盘	0.04	0.04	0.08
   精密卡盘	0.04	0.02	0.04
   特种卡盘	0.02	0.02	0.02

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   该工艺既解决了不锈钢材料难加工的问题，又可满足电火花加工后卡盘的精度要求。采用选配方式，即将符合公差配合的卡爪与相应的T型槽匹配，可大大提高零件的利用率，降低加工难度。加工实践证明，该工艺方法具有可行性。右表为采用该工艺加工的卡盘精度与国家标准的对照。

综上所述，机械加工和钳工的有机结合仍是一种提高零件加工精度的有效工艺方法，在加工单件、小批量产品时该方法的优势尤为突出。由于每个企业设备能力参差不齐，充分利用现有设备，合理采用加工工艺，解决生产难题，是企业提高产品质量、降低生产成本的重要方式。

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