CN102357810A - 超细长轴特种装夹工艺及其装夹装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了超细长轴特种装夹工艺及其装夹装置，其工艺分为预加工过程、车床主轴端装夹过程和车床尾架端装夹过程，其由主轴端卡盘和定位装置组成，所述定位装置包括销杆组件、尾架夹持卡盘、法兰盘和定位块，所述销杆组件由T型环块和螺纹销杆组成；所述法兰盘内设有轴承室，所述法兰盘的轴承室中安装有轴承；所述T型环块与所述尾架夹持卡盘相连接，所述法兰盘的一侧设有通孔，所述尾架夹持卡盘的一侧设有螺纹孔，所述法兰盘和尾架夹持卡盘通过螺钉相连接；所述法兰盘的另一侧设有螺纹孔，所述定位块上设有通孔，所述法兰盘和定位块通过螺钉相连接。本发明整体工艺性好，其有效地降低非常规长轴加工成本。

Description

超细长轴特种装夹工艺及其装夹装置

技术领域

本发明涉及装夹工艺及其装夹装置，特别涉及超细长轴特种装夹工艺及其装夹装置。 

背景技术

当今，机械产品日趋多样化，朝着高精度、低表面粗糙度方向发展，要求加工薄型平面零件和超细长轴类零件。 

轴类零件在机械行业中使用广泛，军工、航天、汽车、精密机械、微特电机以及轻载快速传送装置，均有超细长轴类零件。 

对于长轴类加工，尤其是超细长轴加工，是机械加工行业的难题之一。按加工经验，通常，长径比(轴长与轴直径之比)50以上为超细长轴。由于超细长轴柔度大，刚性差。切削时，在受到切削抗力时会引起弯曲、振动。另外，超细长轴的自重产生的离心力所产生的径向挠度，车削加工中，车床-夹具-刀具所构成的加工工艺系统，发生加工系统振动，这些因素都影响长轴的加工精度。 

如图1所示，传统的轴加工装夹方式是双顶尖装夹。这种装夹方式使被加工轴处于一个受挤压的状态，轴身段在轴径向上易产生弯曲变形，呈拱形。 

这种装夹工艺对于长径比不大(如长径比小于20)、轴长较短或轴的径向跳动量要求不高，或者非精加工工序的轴类可以采用。 

如图2所示，为加工超细长轴，一般采用“分段式”工艺进行加工。所谓“分段式”工艺是指：用车床主轴卡盘将超细长轴一端夹紧，露出一段，约50mm左右进行加工。车刀只对这一小段进行加工。这种装夹方式不会影响被加工轴段的自身刚度。加工完一段后，将轴再向外延伸一段，约50mm左右，加工。 

以此类推。加工至轴总长的一半时，将超细长轴换向装、夹，依照前面的工序，依次进行加工。直至被加工超细长轴整体完成加工。 

然而，“分段式”工艺中，当超细长轴伸展至总轴长一半时，其自身刚度 下降。在车床转速作用下，悬空段出现弯曲、晃悠。这时需要中心支座架作辅助，减少远端点的挠度，增加被加工超细长轴整体的刚度。 

这种工艺虽可以加工超细长轴，但被加工表面段上有“竹节形”以及“接刀痕”。

加工后的零件表面，表面精度及外观都不甚理想。原因是： 

1、整个加工过程不是“一刀”成形。分段加工中，被加工轴都要进行一次装、夹，不能保证加工时定位和前一道工序一致。加工后轴表面圆跳动不可避免产生偏差。 

2、由于每段装、夹定位与前道定位不一致，导致加工表面有“接刀痕”。车刀进给量控制不当，容易造成被加工表面留有“波纹”。加工后的表面精度低，粗糙度大。对后序表面涂覆工艺，涂覆表层厚度不一致，容易使加工表面涂层脱落，影响质量和外观。 

3、“分段式”工艺加工工序多，耗时长。加工时只能对靠近车床主轴卡盘这一端进行加工，加工效率低。 

如果能有一种工艺方案，能够加工长径比50以上的超细长轴“一刀”成形，加工后的超细长轴的圆跳动小，并有利于后序表面处理(如：表面涂覆工艺等)或装配，那么就能有效解决这一实际加工问题。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超细长轴特种装夹工艺及其装夹装置来解决实际加工长轴时长轴易产生变形，加工效率低等问题。 

为达到上述目的，本发明的技术方案如下： 

超细长轴特种装夹工艺，所述工艺步骤如下： 

(1)在加工前，预先在超细长轴轴两端加工螺纹中心孔M； 

(2)将一个螺纹销杆的螺纹段与被加工长轴的一端中心螺纹孔联结并旋紧，然后套上T型环块，销杆组件和被加工长轴形成一体； 

(3)被加工长轴的另一端与销杆组件相连接，其和步骤(2)相同。 

(4)车床主轴卡盘夹紧螺纹销杆的光杆段； 

(5)将轴承固定于法兰盘的轴承室中，法兰盘中的轴承室与轴承紧配合； 

(6)定位块的中心孔穿过车床尾架顶锥，将已经嵌套好轴承的法兰盘固定在车床尾架顶锥上，轴承的内径与车床尾架尾座上的床尾架顶锥外圆径紧配合，这样将轴承内径固定于床尾架顶锥端面上，再用螺钉将法兰盘与定位块联结成一体； 

(7)螺钉通过法兰盘的通孔联结尾架夹持卡盘上的螺纹孔，并旋紧；使得尾架夹持卡盘-法兰盘-定位块成为一个装夹整体； 

(8)尾架端上的卡盘夹紧被加工长轴上的另一端螺纹销杆的光杆段； 

(9)当被加工长轴整体装夹完成后，将车床尾架往后推移，使轴整体处于“水平拉直”状态。 

优选的，所述工艺步骤针对不同工序加工时，车床主轴转速需要控制在如下范围内： 

(1)粗车 

转速：500转/分钟左右，进刀量：0.10～0.15mm/转； 

(2)半精车 

转速：400～450转/分钟，进刀量：0.06～0.12mm/转； 

(3)精车 

转速：300～350转/分钟，进刀量：0.05～0.06mm/转。 

优选的，所述步骤(1)中螺纹中心孔M的螺纹长度为15mm，螺纹中心孔M的孔径与轴外径D之比为1∶2。 

优选的，所述步骤(1)中长轴为2Cr13材料，其长径比为50。 

本发明装夹装置包括主轴端卡盘和定位装置，所述定位装置包括销杆组件、尾架夹持卡盘、法兰盘和定位块，所述销杆组件由T型环块和螺纹销杆组成；所述法兰盘内设有轴承室，所述法兰盘的轴承室中安装有轴承；所述T型环块与所述尾架夹持卡盘相连接，所述法兰盘的一侧设有通孔，所述尾架夹持卡盘的一侧设有螺纹孔，所述法兰盘和尾架夹持卡盘通过螺钉相连接；所述法兰盘的另一侧设有螺纹孔，所述定位块上设有通孔，所述法兰盘和定位块通过螺钉相连接。 

优选的，所述法兰盘为硬质铸铝合金材料。 

优选的，所述定位块为硬质铸铝合金材料。 

优选的，所述螺纹销杆为Cr12材料，其硬度为HRC60以上。 

优选的，所述螺纹销杆由螺纹段和光杆段组成，所述螺纹销杆的螺纹段长度比被加工长轴两端螺纹中心孔深度小1-2mm，所述螺纹段的外径M大于所述光杆段的外径d。 

优选的，所述T型环块为黄铜H62材料，其尺寸档L为8-10mm。 

通过上述技术方案，本发明的有益效果是： 

本发明超细长特种装夹工艺及其装夹装置使得长径比为50以上的超细长轴加工时整体处于“水平拉直”状态，这样有利于获得良好的加工精度。经检测，被加工超细长轴达到设计要求。由于长轴在最后精加工时属于“一刀”成形，因此被加工超细长轴表面无接刀痕迹，不产生加工波纹，精度高，有利于后续工序。这一工艺方案加工后的超细长轴在后续的表面处理：镀镍、氮化、氮氧化等，表层镀层厚度均匀，涂层易于附着。获得良好的表观效果。也有利于装配。 

本发明的定位装置安装在车床尾架座上后，不使用时也无需搬动。不影响其他轴类加工。超细长轴两端加工带螺纹中心孔，作为工艺孔，待加工至尺寸后去除。本发明专用装置可分别用作加工超细长轴的粗、中、精工序。如被加工轴的轴长不大于车刀的有效行程均可通过安装本发明专用装置加工长轴。超细长轴拉直专用装置可实现批量加工，提高生产效率，降低成本。超细长轴拉直专用装置适宜安装在主轴卡盘直径和车刀行程较大的车床上。 

本发明可应用于军用微特电机及快速传送装置中的超细长轴的加工。 

本发明安装装置整体工艺性好，可应用于普通类车床，扩展普通型车床的加工范围，提升加工能力，改变了高精度零部件需用高端设备的观念， 

本发明可使中小型机械加工企业也可以加工超细长轴，有效地降低非常规长轴加工成本。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在 不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为采用传统长轴加工装夹方式时长轴的受挤压示意图； 

图2为分段式加工示意图； 

图3为本发明结构示意图； 

图4为本发明长轴的结构示意图； 

图5为本发明法兰盘结构示意图； 

图6为本发明法兰盘的剖视图； 

图7为本发明定位块的结构示意图； 

图8为本发明定位块的剖视图； 

图9为本发明销杆组件结构示意图； 

图10为本发明螺纹销杆的结构示意图； 

图11为本发明T型环块的剖视图； 

图12为本发明定位装置在车床尾架装夹示意图； 

图13为本发明一刀成形精车后超细长轴轴段上各点圆跳动实际值的曲线图； 

图14为本发明一刀成形精车后超细长轴轴段上各点表面粗糙度实测值R_a与现有技术分段精车后超细长轴轴段上各点表面粗糙度实测值R_a的曲线对比图。 

图中数字和字母所表示的相应部件名称： 

1、车床主轴卡盘  2、长轴  2-a、螺纹中心孔M  3、尾架夹持卡盘  4、尾架顶锥  10、销杆组件  11、螺纹销杆  12、T型环块  20、法兰盘  21、轴承  30、定位块  40、螺钉  50、通孔  60、螺纹孔。 

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。 

参见图3至图12所示，本发明装夹装置包括车床主轴卡盘1和定位装置，所述定位装置由销杆组件10、尾架夹持卡盘3、法兰盘20和定位块30组成，所述销杆组件10由T型环块12和螺纹销杆11组成；所述法兰盘20内设有轴 承室(图中未标出)，所述法兰盘20的轴承室中安装有轴承21；所述T型环块12与所述尾架夹持卡盘3相连接，所述法兰盘20的一侧设有通孔50，所述尾架夹持卡盘3的一侧设有螺纹孔60，所述法兰盘20和尾架夹持卡盘3通过螺钉40连接在一起；所述法兰盘20的另一侧设有螺纹孔60，所述定位块30上设有通孔50，所述法兰盘20和定位块30通过螺钉40相连接。 

本发明法兰盘20采用硬质铸铝合金材料并进行光饰处理，其增加了装置整体的强度。 

本发明定位块30采用硬质铸铝合金材料并进行光饰处理，其增加了装置整体的强度。 

本发明螺纹销杆11采用Cr12材料，其硬度大于HRC60。 

参见图10所示，本发明螺纹销杆11由螺纹段和光杆段组成，所述螺纹销杆11的螺纹段长度比被加工长轴两端螺纹中心孔深度小1-2mm，所述螺纹段的外径M大于所述光杆段的外径d。 

本发明T型环块12为黄铜H62材料，其尺寸档L为8-10mm。 

参见图3和图12所示，本发明装夹工艺如下： 

(1)在加工前，预先在超细长轴2轴两端加工螺纹中心孔M2-a； 

(2)将一个螺纹销杆11的螺纹段与被加工长轴2的一端中心螺纹孔联结并旋紧，然后套上T型环块12，销杆组件10和被加工长轴2形成一体； 

(3)被加工长轴2的另一端与销杆组件10相连接，其和步骤(2)相同。 

(4)车床主轴卡盘1夹紧螺纹销杆11的光杆段； 

(5)将轴承21固定于法兰盘20的轴承室中，法兰盘20中的轴承室与轴承21紧配合； 

(6)定位块30的中心孔穿过车床尾架顶锥4，将已经嵌套好轴承21的法兰盘20固定在车床尾架顶锥4上，轴承21的内径与车床尾架尾座上的床尾架顶锥4外圆径紧配合，这样将轴承21内径固定于床尾架顶锥4端面上，再用螺钉40将法兰盘20与定位块30联结成一体； 

(7)螺钉40通过法兰盘20的通孔50联结尾架夹持卡盘3上的螺纹孔60，并旋紧；使得尾架夹持卡盘3-法兰盘20-定位块30成为一个装夹整体； 

(8)尾架端上的卡盘夹紧被加工长轴2上的另一端螺纹销杆11的光杆段； 

(9)当被加工长轴2整体装夹完成后，将车床尾架往后推移，使轴整体处于“水平拉直”状态。 

本发明长轴2螺纹中心孔M2-a的螺纹长度为15mm，螺纹中心孔M2-a的孔径与轴外径D之比为1∶2。 

本发明是针对2Cr13为材料的超细长轴2进行的加工，2Cr13是一种易切削加工材料。根据实践，切削这种材料时获得的最佳表面粗糙度，其转速在400～425转/分钟。由于本加工对象为长径比为50的超细长轴，为避免在加工中转速过快导致振动，影响表面粗糙度。因此在精车时将转速下降至300～350转/分钟，以保证表面精度。 

被加工件是长径比50的轴，特别是在精车时，尽管被加工轴处于“拉直”状态，当转速提高时，易发生振动。为避免此类情况发生，宜适当降低转速，保证加工精度。 

加工中，对不同工序，车床主轴转速需要控制在一定范围。具体如下： 

(1)粗车 

转速：500转/分钟左右，进刀量：0.10～0.15mm/转； 

(2)半精车 

转速：400～450转/分钟，进刀量：0.06～0.12mm/转； 

(3)精车 

转速：300～350转/分钟，进刀量：0.05～0.06mm/转。 

实施例 

在发明在加工时，先将长轴2的一端固定于车床主轴卡盘1并夹紧，另一端则是通过特制定位装置装夹持住长轴2的另一端，定位装置固定在车床的尾座架上。 

特制螺纹销杆11，将螺纹销杆11的光杆端开槽，这样可以通过螺丝刀或专用扳具旋紧或松开，达到装卸目的。 

长轴2两端的螺纹中心孔与螺纹销杆11的螺纹段相联接，T型环块12与螺纹销杆11配合装配时，尺寸档L在车削中起到退刀槽作用，尾架夹持卡盘3卡住螺纹销杆11的光杆段。 

轴承21的内径与车床尾架尾座上的尾架顶锥4外圆径紧配合。这样，将 轴承21内径固定于尾架顶锥4端面上；轴承21的外径与法兰盘20的轴承室紧配合，嵌在法兰盘20的轴承室中；通过定位块30与螺钉40固定。随后，车床的尾架尾座架往右移推移，并锁紧。使长轴2整体处于“水平拉直”状态。 

采用上述定位装置装夹的长轴其一刀成形精车后超细长轴轴段上各点圆跳动实测值如表1所示，其曲线图如图13所示； 

表1一刀成形精车后超细长轴轴段上各点圆跳动实际值 

单位：mm/100 

根据图13的曲线分布情况可以看出，超细长轴的最大圆跳动35.5mm/100，小于设计要求的50mm/100的产品设计要求。 

采用上述定位装置装夹的长轴其一刀成形精车后超细长轴轴段上各点表面粗糙度实测值R_a如表2所示； 

表2一刀成形精车后超细长轴轴段上各点表面粗糙度实测值R_a

单位：μm 

现有技术加工的长轴其分段式精车后超细长轴轴段上各点表面粗糙度实测值R_a如表3所示； 

表3分段式精车后超细长轴轴段上各点表面粗糙度实测值R_a

单位：μm 

参见图14所示，其为本发明一刀成形精车后超细长轴轴段上各点表面粗糙度实测值R_a与现有技术分段精车后超细长轴轴段上各点表面粗糙度实测值R_a的曲线对比图。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (10)

1.超细长轴特种装夹工艺，其特征在于，所述工艺步骤如下：

(1)在加工前，预先在超细长轴轴两端加工螺纹中心孔M；

(2)将一个螺纹销杆的螺纹段与被加工长轴的一端中心螺纹孔联结并旋紧，然后套上T型环块，销杆组件和被加工长轴形成一体；

(3)被加工长轴的另一端与销杆组件相连接，其和步骤(2)相同。

(4)车床主轴卡盘夹紧螺纹销杆的光杆段；

(5)将轴承固定于法兰盘的轴承室中，法兰盘中的轴承室与轴承紧配合；

(6)定位块的中心孔穿过车床尾架顶锥，将已经嵌套好轴承的法兰盘固定在车床尾架顶锥上，轴承的内径与车床尾架尾座上的床尾架顶锥外圆径紧配合，这样将轴承内径固定于床尾架顶锥端面上，再用螺钉将法兰盘与定位块联结成一体；

(7)螺钉通过法兰盘的通孔联结尾架夹持卡盘上的螺纹孔，并旋紧；使得尾架夹持卡盘-法兰盘-定位块成为一个装夹整体；

(8)尾架端上的卡盘夹紧被加工长轴上的另一端螺纹销杆的光杆段；

(9)当被加工长轴整体装夹完成后，将车床尾架往后推移，使轴整体处于“水平拉直”状态。

2.根据权利要求1所述的超细长轴特种装夹工艺，其特征在于：所述工艺步骤针对不同工序加工时，车床主轴转速需要控制在如下范围内：

(1)粗车

转速：500转/分钟左右，进刀量：0.10～0.15mm/转；

(2)半精车

转速：400～450转/分钟，进刀量：0.06～0.12mm/转；

(3)精车

转速：300～350转/分钟，进刀量：0.05～0.06mm/转。

3.根据权利要求1所述的超细长轴特种装夹工艺，其特征在于：所述步骤(1)中螺纹中心孔M的螺纹长度为15mm，螺纹中心孔M的孔径与轴外径D之比为1∶2。

4.根据权利要求1所述的超细长轴特种装夹工艺，其特征在于：所述步骤(1)中长轴为2Cr13材料，其长径比为50。

5.超细长轴特种装夹装置，包括主轴端卡盘和定位装置，其特征在于，所述定位装置包括销杆组件、尾架夹持卡盘、法兰盘和定位块，所述销杆组件由T型环块和螺纹销杆组成；所述法兰盘内设有轴承室，所述法兰盘的轴承室中安装有轴承；所述T型环块与所述尾架夹持卡盘相连接，所述法兰盘的一侧设有通孔，所述尾架夹持卡盘的一侧设有螺纹孔，所述法兰盘和尾架夹持卡盘通过螺钉相连接；所述法兰盘的另一侧设有螺纹孔，所述定位块上设有通孔，所述法兰盘和定位块通过螺钉相连接。

6.根据权利要求5所述的超细长轴特种装夹装置，其特征在于：所述法兰盘为硬质铸铝合金材料。

7.根据权利要求5所述的超细长轴特种装夹装置，其特征在于：所述定位块为硬质铸铝合金材料。

8.根据权利要求5所述的超细长轴特种装夹装置，其特征在于：所述螺纹销杆为Cr12材料，其硬度为HRC60以上。

9.根据权利要求5所述的超细长轴特种装夹装置，其特征在于：所述螺纹销杆由螺纹段和光杆段组成，所述螺纹销杆的螺纹段长度比被加工长轴两端螺纹中心孔深度小1-2mm，所述螺纹段的外径M大于所述光杆段的外径d。

10.根据权利要求5所述的超细长轴特种装夹装置，其特征在于：所述T型环块为黄铜H62材料，其尺寸档L为8-10mm。

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