浅谈机床卡盘的现场检测方法
2022-06-09
1引言
卡盘作为车床的主要附件，用于夹持工件，并传递主轴扭矩，是车床和工件之间的连接桥梁[1]。卡盘的质量直接影响了工件的加工质量。
在日常生产中，我们很难判断卡盘的质量好坏，或者说很难确定卡盘是否仍然能够满足工件的加工精度要求。一线的工人师傅通常会采用检测盘面跳动，测量检测棒的圆跳动，甚至是拆卸卡盘查看内部零部件的磨损情况来判断卡盘的是否仍然能够使用。这些方法不仅低效，而且很不准确，同时也依赖于操作工人的主观经验。这就导致卡盘在工作中失效后很难被及时发现，通常都是等到加工工件出现质量问题，无法找到其它的原因，采用问题倒推的排除法才能发现原来是卡盘的问题。此时，工件已经报废，经济损失无法换回。
为了改变这种状况，提高对卡盘使用过程中的检测能力，本文将探讨卡盘有效性检测的标准流程和方法，为一线生产操作人员提供指导和参考。
2卡盘检测的基本流程
卡盘的大小通常按照其盘面直径来确定，由6寸、8寸等不同规格，通常我们称之为160卡盘和200卡盘，不同规格的卡盘由不同的接口形式；同时车床的主轴也有各种不同的规格，根据主轴孔的大小有A26和A28等多种规格；不同规格的卡盘和主轴端通过过渡盘连接，因此，我们在检测卡盘之前首先必须确保车床主轴和过渡盘是合格的，但是如果每次检测卡盘都需要先将卡盘和过渡盘拆下，在依次检测主轴、过渡盘和卡盘的话，会比价繁琐。通常情况下，除非受到撞击，主轴和过渡盘一般不会有问题。所以，结合实际情况，我们在卡盘检测时会直接检测卡盘，如果卡盘检测合格，那么主轴和过渡盘就没有必要再检测了。如果卡盘检测不合格，我们会再采用排除法依次检测过渡盘和主轴，以确定问题所在。
具体的检测流程如图1所示：
（1）检测卡盘，如果检测结果合格，则卡盘合格；
（2）卡盘不合格，检测过渡盘，过渡盘合格，则卡盘不合格；
（3）过渡盘不合格，检测主轴，主轴合格，则过渡盘不合格。更换合格过渡盘后再检测过渡盘，直至合格为止；再检测卡盘，检测结果合格则卡盘合格，不合格则卡盘不合格；
（4）主轴不合格，则需要确定是更换主轴或者轴承，然后重新检测，直至主轴检测合格为止；在检测过渡盘，若不合格则更换过渡盘再重新检测，直至合格为止；过渡盘检测合格后，检测卡盘，检测结果合格则卡盘合格，检测结果不合格则卡盘不合格。
以上检测设计主轴、过渡盘和卡盘的反复转配和拆卸，工人在操作时务必按照既定流程执行，防止因为拆卸和装配的原因影响检测结果，从而不断反复以上步骤。
3卡盘圆跳动的检测方法
通常我们所说的卡盘检测，就是指卡盘的圆跳动检测。在生产现场，一般都是用百分表（或千分表）直接检查卡盘的端面跳动或者圆周跳动。这样的检测有一个前提，即卡盘的工作圆心与卡盘的外圆同圆度和同心度，以及卡盘端面的垂直度必须保持在一定公差范围内。但实际上，卡盘在制造的过程中，外圆或者端面并不是精度要求高的加工面，很难达到上述同圆度或者垂直度的要求。这样的检测只能对卡盘的工作状况作出初步的判断。
比较合理的检测方法应该是采用专用的检测棒。将检测棒用卡爪夹紧，转动卡盘，用仪器得出检测棒的跳动，即可得卡盘的圆心跳动，如图2。
在跳动检测中，常用的检测量具是百分表，但是百分表在检测时卡盘无法高速转动，这样就无法检测卡盘实际工作状态下的圆跳动，因此，我们引入了激光传感技术。
激光位移传感器测距原理是使用三角形测量法检测RS-CMOS反射光的位置，通过检测该变化就能测量目标物的位置，该传感器几乎可对所有材料的被测物体进行点式位移测量。如图3所示，为激光位移传感器三角测量法的原理图和实物图，激光二极管发出的光束经会聚透镜聚焦后垂直射到被测物体表面上，当被测物体表面因运动而在该方向产生位移X时，接收透镜接收被测物体表面入射光点处的散射光，使其成像在COMS敏感面上的不同位置，从而测量出物体的位移值[2]，如图3。
由于没有直接的物理接触，不用担心表面摩擦对跳动检测的影响，激光检测方法可以准确的测量出卡盘在高速旋转工况下的圆跳动。
4卡盘夹紧力的检测方法
在生产一线的检测中，往往会忽略了卡盘实际夹紧力的检测。由于卡盘工作时是高速旋转的，离心力的存在使得卡盘在工作时的夹紧力必然小于卡盘静止时的夹紧力。根据国家相关标准，卡盘在极限转速下的夹紧力必须大于等于卡盘静止时夹紧力的三分之二，否则该卡盘即为不合格。为了准确的测出卡盘高速旋转的瞬时夹紧力，我们采用夹紧力测试仪来实现这个目标。
德国SMW-AUTOBLOK公司的夹紧力测试仪（GFT）是专为机床卡盘的夹紧力测量而设计的，可以测量静态、动态和瞬时夹紧力，并自动形成转速--夹紧力图表，在国际上得到广泛的应用。
如图4所示，测量头与安装支架配合使用，可以满足二爪和三爪卡盘的测试要求；通过安装支架的增减，可以测试不同夹持直径下的卡盘夹紧力。
测量头与显示设备之间采用无线数据传输技术，频率433.92MHz，最远传输距离为4m，可以满足工厂测试需要。
手持显示设备还能与电脑相连接，通过厂家提供的专业软件，直接在电脑上输出相应的测试数据。
5结语
本文根据工厂现场机床卡盘的检测需要，介绍了卡盘圆跳动和夹紧力的检测方法，并根据工厂卡盘检测的实际经验，得出了卡盘的检测流程。通过科学的检测方法和合理的流程安排，为生产现场的机床卡盘检测提供借鉴。
参考文献：
[1]杨森林.高速动力卡盘的力学特性及安全性研究.沈阳理工大学硕士论文.2008.
[2]陈骥，王鑫，曹久大，周兆丰.高速CCD激光位移传感器.光学紧密工程.2008-0453-58.
卡盘作为车床的主要附件，用于夹持工件，并传递主轴扭矩，是车床和工件之间的连接桥梁[1]。卡盘的质量直接影响了工件的加工质量。
在日常生产中，我们很难判断卡盘的质量好坏，或者说很难确定卡盘是否仍然能够满足工件的加工精度要求。一线的工人师傅通常会采用检测盘面跳动，测量检测棒的圆跳动，甚至是拆卸卡盘查看内部零部件的磨损情况来判断卡盘的是否仍然能够使用。这些方法不仅低效，而且很不准确，同时也依赖于操作工人的主观经验。这就导致卡盘在工作中失效后很难被及时发现，通常都是等到加工工件出现质量问题，无法找到其它的原因，采用问题倒推的排除法才能发现原来是卡盘的问题。此时，工件已经报废，经济损失无法换回。
为了改变这种状况，提高对卡盘使用过程中的检测能力，本文将探讨卡盘有效性检测的标准流程和方法，为一线生产操作人员提供指导和参考。
2卡盘检测的基本流程
卡盘的大小通常按照其盘面直径来确定，由6寸、8寸等不同规格，通常我们称之为160卡盘和200卡盘，不同规格的卡盘由不同的接口形式；同时车床的主轴也有各种不同的规格，根据主轴孔的大小有A26和A28等多种规格；不同规格的卡盘和主轴端通过过渡盘连接，因此，我们在检测卡盘之前首先必须确保车床主轴和过渡盘是合格的，但是如果每次检测卡盘都需要先将卡盘和过渡盘拆下，在依次检测主轴、过渡盘和卡盘的话，会比价繁琐。通常情况下，除非受到撞击，主轴和过渡盘一般不会有问题。所以，结合实际情况，我们在卡盘检测时会直接检测卡盘，如果卡盘检测合格，那么主轴和过渡盘就没有必要再检测了。如果卡盘检测不合格，我们会再采用排除法依次检测过渡盘和主轴，以确定问题所在。
具体的检测流程如图1所示：
（1）检测卡盘，如果检测结果合格，则卡盘合格；
（2）卡盘不合格，检测过渡盘，过渡盘合格，则卡盘不合格；
（3）过渡盘不合格，检测主轴，主轴合格，则过渡盘不合格。更换合格过渡盘后再检测过渡盘，直至合格为止；再检测卡盘，检测结果合格则卡盘合格，不合格则卡盘不合格；
（4）主轴不合格，则需要确定是更换主轴或者轴承，然后重新检测，直至主轴检测合格为止；在检测过渡盘，若不合格则更换过渡盘再重新检测，直至合格为止；过渡盘检测合格后，检测卡盘，检测结果合格则卡盘合格，检测结果不合格则卡盘不合格。
以上检测设计主轴、过渡盘和卡盘的反复转配和拆卸，工人在操作时务必按照既定流程执行，防止因为拆卸和装配的原因影响检测结果，从而不断反复以上步骤。
3卡盘圆跳动的检测方法
通常我们所说的卡盘检测，就是指卡盘的圆跳动检测。在生产现场，一般都是用百分表（或千分表）直接检查卡盘的端面跳动或者圆周跳动。这样的检测有一个前提，即卡盘的工作圆心与卡盘的外圆同圆度和同心度，以及卡盘端面的垂直度必须保持在一定公差范围内。但实际上，卡盘在制造的过程中，外圆或者端面并不是精度要求高的加工面，很难达到上述同圆度或者垂直度的要求。这样的检测只能对卡盘的工作状况作出初步的判断。
比较合理的检测方法应该是采用专用的检测棒。将检测棒用卡爪夹紧，转动卡盘，用仪器得出检测棒的跳动，即可得卡盘的圆心跳动，如图2。
在跳动检测中，常用的检测量具是百分表，但是百分表在检测时卡盘无法高速转动，这样就无法检测卡盘实际工作状态下的圆跳动，因此，我们引入了激光传感技术。
激光位移传感器测距原理是使用三角形测量法检测RS-CMOS反射光的位置，通过检测该变化就能测量目标物的位置，该传感器几乎可对所有材料的被测物体进行点式位移测量。如图3所示，为激光位移传感器三角测量法的原理图和实物图，激光二极管发出的光束经会聚透镜聚焦后垂直射到被测物体表面上，当被测物体表面因运动而在该方向产生位移X时，接收透镜接收被测物体表面入射光点处的散射光，使其成像在COMS敏感面上的不同位置，从而测量出物体的位移值[2]，如图3。
由于没有直接的物理接触，不用担心表面摩擦对跳动检测的影响，激光检测方法可以准确的测量出卡盘在高速旋转工况下的圆跳动。
4卡盘夹紧力的检测方法
在生产一线的检测中，往往会忽略了卡盘实际夹紧力的检测。由于卡盘工作时是高速旋转的，离心力的存在使得卡盘在工作时的夹紧力必然小于卡盘静止时的夹紧力。根据国家相关标准，卡盘在极限转速下的夹紧力必须大于等于卡盘静止时夹紧力的三分之二，否则该卡盘即为不合格。为了准确的测出卡盘高速旋转的瞬时夹紧力，我们采用夹紧力测试仪来实现这个目标。
德国SMW-AUTOBLOK公司的夹紧力测试仪（GFT）是专为机床卡盘的夹紧力测量而设计的，可以测量静态、动态和瞬时夹紧力，并自动形成转速--夹紧力图表，在国际上得到广泛的应用。
如图4所示，测量头与安装支架配合使用，可以满足二爪和三爪卡盘的测试要求；通过安装支架的增减，可以测试不同夹持直径下的卡盘夹紧力。
测量头与显示设备之间采用无线数据传输技术，频率433.92MHz，最远传输距离为4m，可以满足工厂测试需要。
手持显示设备还能与电脑相连接，通过厂家提供的专业软件，直接在电脑上输出相应的测试数据。
5结语
本文根据工厂现场机床卡盘的检测需要，介绍了卡盘圆跳动和夹紧力的检测方法，并根据工厂卡盘检测的实际经验，得出了卡盘的检测流程。通过科学的检测方法和合理的流程安排，为生产现场的机床卡盘检测提供借鉴。
参考文献：
[1]杨森林.高速动力卡盘的力学特性及安全性研究.沈阳理工大学硕士论文.2008.
[2]陈骥，王鑫，曹久大，周兆丰.高速CCD激光位移传感器.光学紧密工程.2008-0453-58.