淺談中空氣動卡盤（前卡）氣路組件的設計、制造

馬建潤 閔美祥

摘要：在激光切割設備的各零部件中，中空氣動卡盤（前卡）是主要的傳動部件，其傳動的力是氣源的壓縮氣體經各部氣路組件傳遞完成的。本文通過對卡盤的氣路組件的構造進行分析與研究，介紹了卡盤氣路組件的組成，尤其是氣密封盤結構的設計與制造，為中空氣動卡盤（前卡）氣路組件的設計、制造提供了依據。

關鍵詞：激光切割設備;中空氣動卡盤（前卡）;氣路組件;氣密封盤結構

0 ?引言

激光切割是激光加工行業中最量要的一項應用技術，是用不可見的光束代替了傳統的機械刀，具有精度高，切割快速，不局限于切割圖案限制，自動排版節省材料，切口平滑，加工成本低等特點，已廣泛地應用于汽車、機車車輛制造、航空、化工、輕工、電器與電子、石油和冶金等領域。

中空氣動卡盤（前卡）作為其主要的傳動部件，傳動的力是氣源的壓縮氣體經各部氣路組件傳遞完成的，卡盤內置兩個獨立氣缸動力源，驅動卡爪，實現四個卡爪兩兩聯動、自定心，又不相互干涉運動。其中，氣路采用氣密封盤結構，在裝夾零件時卡盤不能轉動，夾緊零件后通過氣路中的誘導止回閥實現氣路單向保壓，保壓時間可長達12小時以上，可使產品加工時不受突然斷氣影響。

1 ?中空氣動卡盤（前卡）氣路組件的設計、制造

1.1 氣路組件原理圖

為實現卡盤兩個獨立氣缸動力源，驅動卡爪，且氣路單向保壓，其氣路組件原理圖如圖1所示。

氣路組件主要由氣源，氣源處理原件，電磁閥，誘導止回閥和各氣管接頭及氣缸組成。

氣源是經過壓縮的氣體，經氣源組件進行氣體凈化和壓力調節，一般卡盤的驅動氣壓控制在（0.4-0.9）MPa;凈化的氣體通過電磁閥控制進和出，以控制氣缸的推和拉的運動;電磁閥和氣缸之間裝有誘導止回閥，以控制氣路單向保壓，保證卡盤在加工過程中，不受突然斷氣影響。

1.2 氣路組件安裝實例

根據氣路組件原理圖，氣路組件的各部分安裝如圖2所示，氣源經進氣口進入，通過氣源組件凈化、調壓，再通過電磁閥控制，氣體進入過濾器（GF20006），根據零件的夾持方式（夾緊或撐開）決定l號和2號進氣管接在卡盤的哪一根進氣接管上，氣體經氣密封盤組件進入到卡盤內部;在內部，氣體通過氣管經誘導止回閥進入氣缸傳遞動力。

為了防止氣密封盤組件中的密封支撐環跟隨機床主軸一起轉動，必須將固定板（限位板）一頭安裝在密封支撐環上，另一頭安裝在軸承座主體上。

1號進氣管在正常情況下工作時，卡爪是向內移動（即零件被夾緊），動作完成后電磁閥脫電，進氣口不再進氣，夾緊動作由內部氣路誘導止回閥保持;2號進氣口為控制卡爪松開動作。

在氣路工作狀態時，卡盤體不轉動;斷氣后，卡盤體才和零件一起轉動。

1.3 氣密封盤組件

氣密封盤組件主要由氣密封盤、密封支撐環，密封壓蓋，橡膠密封圈和滾珠、滾針及氣管接頭組成。（圖3）

密封支撐環外圓上有氣管接頭安裝孔，用于安裝外部氣管接頭，2處，一個用于進氣，一個用于出氣，與氣道相通，有一個注油嘴安裝孔安裝注油嘴，用于注油，對滾珠和滾針潤滑;還有兩個與限位板固定的螺栓安裝孔安裝螺栓，固定密封支撐環，避免氣路斷氣后密封支撐環跟隨機床主軸一起轉動。密封支撐環兩側氣路槽內裝有橡膠密封圈，起氣路換向密封作用。密封支撐環兩側凹槽內裝有滾珠，內孔處裝有滾針，可保證密封支撐環與密封壓蓋和氣密封盤相互轉動時摩擦力小，轉動順暢。

密封壓蓋通過螺釘固定在氣密封盤上，然后一起固定在卡盤上，隨卡盤和零件一起轉動。氣密封盤的氣路與密封支撐環相通，氣密封盤上的內部氣管接頭通過各氣管接頭、誘導止回閥連接氣缸，最終完成力的傳遞。

氣密封盤和密封壓蓋材質均一般采用45鋼，調質處理，硬度（280-320）HBS，零件發黑處理，與滾珠和滾針配合的地方感應淬火，硬度（45-50）HRC，層深0.8-1.2mm。其加工制造工藝安排如下：下料（鍛件）-正火+高溫回火預處理-粗加工-調質處理-精加工1（有公差要求尺寸留余量）-感應淬火處理-精加工2-發黑處理-終檢。

密封支撐環材質一般采用中碳合金鋼42CrMo，調質處理，硬度（280-320）HBS，零件整體氮化處理，硬度≥550HV，層深0.3-0.5mm。

密封支撐環的直徑和厚度的比值比較大，加工制造難度也很大，加工易變形，尺寸精度難控制，所以需采用合適的加工制造工藝才能保證產品質量。經過大量的試驗和工藝驗證，密封支撐環的加工制造工藝安排如下：下料（鍛件）-正火+高溫回火預處理-粗加工-調質處理-半精加工（各部均留余量）-去應力退火處理（退火溫度需高于氮化處理溫度，低于調質回火溫度）-精加工1（有公差要求尺寸留余量）-人工時效處理（一般溫度控制在180-200℃，需保證足夠的時間）-精加工2（有公差要求尺寸留余量）-氮化處理-精加工3-終檢。

2 ?結論

中空氣動卡盤（前卡）是激光切割設備的主要部件，傳動的力是氣源的壓縮氣體經各部氣路組件傳遞完成的，最終完成卡盤對零件的夾緊、松開運動。本文通過對卡盤的氣路組件的構造進行分析與研究，介紹了卡盤氣路組件的組成，尤其是氣密封盤結構的設計與制造，為中空氣動卡盤（前卡）氣路組件的設計、制造提供了依據。

參考文獻：

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