CN102350617B - 一种高精度易变形u型悬臂结构件的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高精度、易变形、难加工精密制造技术领域，涉及U型悬臂结构件加工方法。本发明的技术解决方案是：制作支撑块和两端胀紧芯轴组件工装；安装U型悬臂结构件和支撑块；加工悬臂孔和悬臂端面；卸下支撑块，安装两端胀紧芯轴组件；加工悬臂端面；卸下两端胀紧芯轴组件和U型悬臂结构件。本发明选用支撑块支撑增加U型悬臂结构件加工刚性镗孔，用两端胀紧芯轴支撑增加U型悬臂结构件加工刚性镗端面的方法，控制U型悬臂结构件装夹变形量，彻底消除了U型悬臂结构件在精密加工中存在的问题，从根本上解决了目前加工方法中的缺陷与不足，并且简化了U型悬臂结构件加工工序，实现了U型悬臂结构件优质高效稳定的生产。

Description

一种高精度易变形U型悬臂结构件的加工方法
技术领域
本发明属于高精度、易变形、难加工精密制造技术领域，涉及U型悬臂结构件加工方法。 
背景技术
U型悬臂结构件如说明书附图1和图2所示为二轴结构，二轴之间的位置度及构成二轴的要素之间同轴度、端面垂直度和对程度均有较高的精度要求。由于U型悬臂结构件刚性差，易变形，如何保证U型悬臂结构件的精度要求成为加工难点。 
传统的加工方法： 
a.在悬臂处配研粘接支撑块； 
b.精镗悬臂孔及悬臂端面； 
c.泡掉支撑块； 
d.以两处悬臂孔和一处悬臂端面定位，装配一端有胀胎的芯轴； 
e.精车悬臂端面； 
加工过程中存在以下缺点： 
（1）由于两悬臂内侧长度尺寸L2一致性并不好，并且两面平行度也不好，需平研两平面，并且根据U型悬臂结构件内侧长度L2具体尺寸配研支撑块，保证配合间隙，上述操作需要技能较高且有丰富经验的操作者花较长时间才能完成，加工效率低。 
（2）在粘完后，粘接剂在室温下凝固过程中，U型悬臂结构件端面有些变形。精镗悬臂孔及悬臂端面，测量各尺寸和形位公差都相当好。但在泡掉支撑块后，部分U型悬臂结构件悬臂孔和绝大部分U型悬臂结构件悬臂端面不能满足U型悬臂结构件精度要求，影响产品质量。 
（3）精车加工过程中，需多次卸下U型悬臂结构件，测量两悬臂端面L1尺寸，确定两端面加工余量，根据测量结果加工两端面以保证对程度A1，并且对个人技能的依赖性依然很大，并且增加了加工工序，使U型悬臂结构件生产周期变 长。 
因此，如何消除U型悬臂结构件在精密加工中存在的问题,成为保证U型悬臂结构件精度要求的加工难点。 
发明内容
本发明的目的是控制U型悬臂结构件装夹变形量，消除影响U型悬臂结构件精加工的不利因素，从根本上解决了传统加工方法中的缺陷与不足，实现U型悬臂结构件优质高效稳定的生产。 
本发明的技术解决方案是： 
1）制作支撑块和两端胀紧芯轴组件工装 
a)制作支撑块 
在两悬臂内侧长度尺寸L2公差范围内，制作一系列支撑块（2）； 
b)制作两端胀紧芯轴组件 
根据悬臂孔及悬臂端面尺寸L1制作两端胀紧芯轴（3）和锥形螺钉（4）； 
2）安装U型悬臂结构件和支撑块 
将U型悬臂结构件安装在镗床复合转台的回转中心，将转台倾斜90°，根据两悬臂内侧长度L2具体尺寸选用满足配合间隙的支撑块，将其放在两悬臂内侧中，用千分表找正悬臂孔D1和D2； 
3）加工悬臂孔和悬臂端面 
精镗悬臂孔D1和D2，半精镗悬臂端面； 
4）卸下支撑块，安装两端胀紧芯轴组件 
卸下支撑块，安装两端都带胀紧装置的芯轴，胀紧悬臂孔D1和D2； 
5）加工悬臂端面 
精镗悬臂端面； 
6）卸下两端胀紧芯轴组件和U型悬臂结构件 
加工完后，从U型悬臂结构件上卸下两端胀紧芯轴组件，再从镗床上卸下U型悬臂结构件。 
进一步地，上述两端胀紧芯轴组件包括胀紧芯轴（3）和安装于胀紧芯轴（3）端面的锥形螺钉（4），胀紧芯轴（3）两端面各开有径向槽，通过旋转锥形螺钉（4）使两端外圆尺寸实现精确微调。 
进一步地，上述槽呈均匀分布。 
进一步地，上述槽数量为3个。 
进一步地，上述胀紧芯轴组件的两端外圆的同轴度为Ф0.005。 
进一步地，上述胀紧芯轴（3）上的与锥形螺钉（4）相接触的面为圆弧面。 
进一步地，为了更好的实施本发明，上述锥形螺钉（4）与胀紧芯轴（3）的接触点位于圆弧面两端点连线之间。 
更进一步地，为了更好的实施本发明，上述锥形螺钉（4）与胀紧芯轴（3）的接触点位于圆弧面两端点连线中间。 
本发明的优点和有益效果：通过分析目前U型悬臂结构件精加工工艺方案中造成U型悬臂结构件变形等影响U型悬臂结构件加工质量稳定性的因素，提出了选用支撑块支撑增加U型悬臂结构件加工刚性镗孔，用两端胀紧芯轴支撑增加U型悬臂结构件加工刚性镗端面的方法，控制U型悬臂结构件装夹变形量，彻底消除了U型悬臂结构件在精密加工中存在的问题，从根本上解决了目前加工方法中的缺陷与不足，并且简化了U型悬臂结构件加工工序，实现了U型悬臂结构件优质高效稳定的生产。 
附图说明
图1为U型悬臂结构件剖面示意图； 
图2为U型悬臂结构件侧面示意图； 
图3为本发明加工方法流程示意图； 
图4为支撑块示意图； 
图5（a）为胀紧芯轴组件剖面示意图，图5（b）为胀紧芯轴组件侧视图，其中3：胀紧芯轴，4：锥形螺钉； 
图6为胀紧芯轴组件局部放大示意图； 
图7为U型悬臂结构件和支撑块安装示意图，其中1：U型悬臂结构件，2：支撑块； 
图8为U型悬臂结构件和胀紧芯轴安装示意图，其中1：U型悬臂结构件，3：胀紧芯轴，4：锥形螺钉。 
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步详细说明。 
本实施例所加工U型悬臂结构件属于高精度、易变形U型支撑框架，见图1 和图2，该U型悬臂结构件材料为硬铝，悬臂孔D1和D2对U型悬臂结构件底面中心轴A轴和两悬臂孔中轴线B-C轴的位置度分别为此Φ0.04mm和Φ0.03mm，悬臂端面对B-C轴的垂直度0.04mm，对A轴的对称度为0.05mm。利用本发明加工方法流程如附图3所示，具体加工步骤如下： 
1)制作支撑块和两端胀紧芯轴组件工装 
a)制作支撑块 
在U型悬臂结构件1两悬臂内侧长度尺寸 
Figure BSA00000573114000041
公差范围内每隔0.02mm制作一支撑块2如图4所示，长度L3公差为0.005mm，内圆尺寸为Φ46mm，外圆尺寸为Φ56mm，共制作13个。 
b)制作两端胀紧芯轴组件 
根据U型悬臂结构件1悬臂孔 
Figure BSA00000573114000042
和 
Figure BSA00000573114000043
及悬臂两端面 
Figure BSA00000573114000044
和 
Figure BSA00000573114000045
尺寸制作两端胀紧芯轴3，如图5所示，长度L4＝115，两端槽宽为2mm，各3处，两端外圆 
Figure BSA00000573114000046
和 
Figure BSA00000573114000047
同轴度为Φ0.005mm，中间外圆D6＝Φ24mm。 
为了更好的实施本发明，将胀紧芯轴3与锥形螺钉4接触面设计为圆弧面，圆弧面的两端点分别为P1点与P2点，P1与P2连线在水平方向的投影尺寸为L6，如图6所示，这样，不管锥形螺钉锥面实际角度较名义尺寸在公差范围内偏大或偏小，其接触点将永远在尺寸L6＝5mm的中间位置附近。更进一步地，考虑到磨损因素，将名义接触点设计在P1与P2连线的中间位置，即在尺寸L5＝2.55mm处。锥形螺钉在胀紧芯轴时，由于材料的塑性变形，两工装由线接触向面接触过渡，U型悬臂结构件受力均匀，满足后续精加工要求。 
2)安装U型悬臂结构件和支撑块 
以外圆 及端面定位，将U型悬臂结构件1安装在镗床的回转中心，沿B轴旋转90°，根据U型悬臂结构件1两悬臂内侧长度L2＝118.86mm选用满足配合间隙的支撑块2长度L3＝118.84mm，将其放在两悬臂内侧中如图7所示，用千分表找正悬臂孔D1和D2在0.02mm之内。 
3)加工悬臂孔和悬臂端面 
精镗悬臂孔 
Figure BSA00000573114000049
半精镗悬臂端面，留余量0.2mm；沿A轴旋转 180°，精镗悬臂孔 
Figure BSA00000573114000051
半精镗悬臂端面，留余量0.2mm。 
4)卸下支撑块，安装两端胀紧芯轴组件 
卸下支撑块2，利用锥形螺钉4胀紧芯轴3，使U型悬臂结构件1悬臂孔D1和D2与胀紧芯轴3两侧外圆D4和D5贴紧即可。 
5)加工悬臂端面 
精镗悬臂端面，两端面要均匀去余量，保证尺寸 
Figure BSA00000573114000052
对称度0.05mm。 
6)卸下两端胀紧芯轴组件和U型悬臂结构件 
加工完后，从U型悬臂结构件上卸下两端胀紧芯轴组件，再从镗床上卸下U型悬臂结构件。 
根据实施例的U型悬臂结构件的加工步骤，去掉了粘接工序，消除了配研粘接支撑块过程中的不利因素；两端都带胀紧装置的芯轴与上工步在同一次装夹中，保证端面垂直度，对称度等要求，消除了精车工序中靠人工测量两端面加工余量，提高了加工效率，保证了加工质量，从根本上解决了目前加工方法中的缺陷与不足，并且简化了U型悬臂结构件加工工序，实现了U型悬臂结构件优质高效稳定的生产。 

Claims (8)

1.一种高精度易变形U型悬臂结构件的加工方法，其特征在于包括以下步骤：
1）制作支撑块和两端胀紧芯轴组件工装
a)制作支撑块
在两悬臂内侧长度尺寸L2公差范围内，制作一系列支撑块（2）；
b)制作两端胀紧芯轴组件
根据悬臂孔及悬臂端面尺寸L1制作两端胀紧芯轴（3）和锥形螺钉（4）；
2）安装U型悬臂结构件和支撑块
将U型悬臂结构件安装在镗床复合转台的回转中心，将转台倾斜90°，根据两悬臂内侧长度L2具体尺寸选用满足配合间隙的支撑块，将其放在两悬臂内侧中，用千分表找正悬臂孔D1和D2；
3）加工悬臂孔和悬臂端面
精镗悬臂孔D1和D2，半精镗悬臂端面；
4）卸下支撑块，安装两端胀紧芯轴组件
卸下支撑块，安装两端都带胀紧装置的芯轴，胀紧悬臂孔D1和D2；
5）加工悬臂端面
精镗悬臂端面；
6）卸下两端胀紧芯轴组件和U型悬臂结构件
加工完后，从U型悬臂结构件上卸下两端胀紧芯轴组件，再从镗床上卸下U型悬臂结构件。
2.根据权利要求1所述的高精度易变形U型悬臂结构件的加工方法，其特征在于：两端胀紧芯轴组件包括胀紧芯轴（3）和安装于胀紧芯轴（3）端面的锥形螺钉（4），胀紧芯轴（3）两端面各开有径向槽。
3.根据权利要求2所述的高精度易变形U型悬臂结构件的加工方法，其特征在于：槽数量为3个。
4.根据权利要求2所述的高精度易变形U型悬臂结构件的加工方法，其特征在于：槽呈均匀分布。
5.根据权利要求2所述的高精度易变形U型悬臂结构件的加工方法，其特征在于：胀紧芯轴组件两端外圆的同轴度为Ф0.005。
6.根据权利要求2所述的高精度易变形U型悬臂结构件的加工方法，其特征在于：胀紧芯轴（3）上的与锥形螺钉（4）相接触的面为圆弧面。
7.根据权利要求6所述的高精度易变形U型悬臂结构件的加工方法，其特征在于：锥形螺钉（4）与胀紧芯轴（3）的接触点位于圆弧面两端点连线之间。
8.根据权利要求6或7所述的高精度易变形U型悬臂结构件的加工方法，其特征在于：锥形螺钉（4）与胀紧芯轴（3）的接触点位于圆弧面两端点连线中间。
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