普通三爪卡盘改造为电动卡盘

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1、普通三爪卡盘改造为电动卡盘刘棣中，陈伟珍 （广西水利电力职业技术学院，广西南宁530023）摘要：总结普通机床数控化改造的经验，介绍普通三爪卡盘自动化改造的方法，为提高机床的生产效率提供有益的帮助。关键词：三爪卡盘；电动；改造；控制Abstract:ThetextsummeduptheexperiencesofchanginggeneralmachinetoCNC,introducethemeansofchanginggeneralscrollchucktoautomatic,inordertoprovideprofitablehelps

2、forincreasingtheproductionefficiencyofmachine.Keywords:scrollchuck,electromotion,change,control 1 普通三爪卡盘改造的意义在普通机床数控化改造的过程中，主要是进行机床进给装置的数控化改造，对于机床附件和其他功能的数控化改造，则视实际需要而定。如：普通车床数控化改造中，一般并不进行三爪卡盘的改造，但是，如果所改造的车床用于大批量生产，则自动三爪卡盘却是提高生产率的关键。因此，如何在投资少、时间短的基础上将原有手动三爪卡盘改造为自动三爪卡盘，仍然是

3、值得关注和研究。常见的自动三爪卡盘有液压式和电动式两大类，因为普通车床一般不带有液压系统，电动式又来得比较方便，故本文只就电动三爪卡盘谈谈自己的经验。2 普通三爪卡盘的改造方法2.1改造的思路   图1                              图2原有的手动三爪卡盘是通过人工转动小锥齿轮，使螺旋盘带动卡爪实现工件的松开和夹紧。这个过程即花费了时间也增加了的劳动强度，为使松夹工件的过程能自动完成以提高工作效率，可将原有三爪卡盘改造为液压传动或电动方式的自动三爪卡盘。一般液压传动方式对原有卡盘的改动较大、液压系统需要较大的投

4、资，而且夹紧过程需要保持压力，使液压系统更为复杂，故常用的改造方式是将手动三爪卡盘改造为电动三爪卡盘。其基本原理如图1所示，在主轴内孔中装一传动轴与卡盘内部联接，在床头箱上安装一个异步电动机，通过皮带传动将电动机的运动传给传动轴，通过控制电动机正反转使卡爪夹紧和松开。2.2结构设计电动三爪卡盘应满足卡爪活动范围大、可夹持工件的尺寸范围大，装夹力度可靠，并可实现自锁等要求。为此，可以保留原来的螺旋盘带动卡爪实现工件的松开和夹紧这一套机构。但是，由于三相异步电动机的转速较高，对松夹工件不利，因此在传动轴和螺旋盘之间增加了具有大传动比的行星齿轮

5、机构。如图2所示。这是由两排行星机构组成的行星传动装置，为使结构紧凑，将两排行星机构的太阳轮、行星轮设计成完全一样，也就是共用太阳轮和行星轮。其工作原理为：行星轮Z4同时与太阳轮Z2、固定齿圈Z3及转动齿圈Z5啮合，平面螺旋盘与转动齿圈Z5固定连结，电动机的运动通过皮带传动使太阳轮Z2转动，并通过行星传动装置的转动齿圈Z5带动螺旋盘转动，从而带动卡爪夹紧或松开工件。2.3夹紧机构的设计计算行星轮系由一个太阳轮、一个固定齿圈、一个转动齿圈和行星齿轮架组成。当太阳轮转动时，由于固定齿圈与外壳固定不动，迫使行星齿轮架绕公共轴线转动、行星轮自转，

6、同时带动可动齿圈转动。固定齿圈与转动齿圈的齿数差很少，使转动齿圈作反向低速转动，而转动齿圈与螺旋盘连接成一体，达到了以较低的速度夹紧工件的目的。行星轮系传动装置主要受到原有卡盘内部空间的限制，所以在设计的过程中应根据空间大小设计齿轮。首先根据切削力大小计算选择电机，再由夹紧力和夹紧速度设计行星轮系。具体如下：          图3 车削时进给拖板上的载荷2.3.1车削抗力分析[1]车削外圆时的切削抗力分解为Fx、Fy、Fz。主切削力Fz与切削速度方向一致，垂直向下，是计算车床主轴电机切削功率的主要依据。切深抗力Fy与纵向进给方向垂直，影

7、响加工精度或已加工表面质量。进给抗力Fx与进给方向平行且相反指向，设计或校核进给系统刚度时用。2.3.2拖板工作载荷的计算由于Fx与Fy所消耗的切削功率可以略而不计，因此车床的切削功率Pm为                   （kw）式中：Fz和v的单位分别为N和m/s。考虑到机床的传动效率，机床的电机功率PE为                （kw）式中：ηm为机床主传动系统传动效率，一般取0.75~0.85。因此，主切削力Fz的大小可以按机床主电机功率计算                    (N)  式中：v可取主轴传递全部功率

8、时的最低切削速度(m／s)。进给抗力Fx和切深抗力Fy可按下列比例分别求出         Fz：Fx：Fy=1：0.25：0.42.4夹紧力的计算三爪卡盘的夹紧力必须足够大，保证在加工过程中