CN103056392A - 一种大型薄壁锥形套的装夹及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型薄壁锥形套的装夹及加工方法，在对欲加工的锥形套进行精确定位的基础上，对大型薄壁锥形套进行分步骤多次切削，最终达到精度需求，解决了薄壁长锥形套装夹难、易变形、加工精度难以控制的问题。本发明提供的加工方法包括以下步骤：外圆锥面的装夹和车削，薄壁锥形套大端装夹和小端内圆锥面车削，薄壁锥形套小端装夹和大端内圆锥面车削。本发明尤其适用于目前国内矿山大量应用的进口圆锥破碎机的薄壁锥形套的装夹及车削加工。

Description

一种大型薄壁锥形套的装夹及加工方法

 

技术领域

    本发明属于机械加工技术领域，尤其是涉及一种进口圆锥破碎机的薄壁锥形套的装夹及加工方法。

 

背景技术

圆锥式破碎机是主要作用于金属矿石破碎的一种设备，目前国内矿山大量采用进口圆锥式破碎机。一般采矿-选矿生产线上共配备两台这样的破碎机，是大型矿业公司的关键设备，若这两台设备同时出现故障，将造成矿业公司全矿停产，对矿业公司来说，将是一个不可估量的重大设备事故。而薄壁锡青铜锥套安装于破碎机的动锥和机架之间，是固定和支撑动锥体转动的滑动轴承，是这台破碎机的关键零部件。该零件壁薄，长度较长，且为圆锥形，设备运转要求内外圆锥面尺寸精度及同轴度要求较高，因此装夹及加工难度大。原先这种薄壁锥形套一直依赖进口，不仅价格昂贵，而且交货周期一直难以保证。目前尚无公开的薄壁锥形套加工工艺和参数，因此薄壁锥形套的自主加工一直是个无法突破的难关，一是薄壁锥形套的内外锥面同轴度无法保证，二是内锥面的加工精度难以达到要求，导致废品率居高不下。

 

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种大型薄壁锥形套的装夹及加工方法，在对欲加工的锥形套进行精确定位的基础上，对大型薄壁锥形套进行分步骤多次切削，最终达到精度需求，解决了薄壁长锥形套装夹难、易变形、加工精度难以控制的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大型薄壁锥形套的装夹及加工方法，包括如下步骤：

（1）外圆锥面的装夹和车削：根据待加工薄壁锥形套的大端和小端内径，选择尺寸相符且带止口的大端闷盖和小端闷盖，分别采用大小闷盖来支撑待加工薄壁锥形套的内径毛坯锥孔及大小端面；用车床上的多爪卡盘夹住用大端闷盖，尾架顶尖顶住小端闷盖，再利用测量工具校正薄壁锥形套的位置和角度后，进行外圆锥面的车削加工。由于薄壁锥形套由锡青铜制成，材质偏软易变形，因此利用多爪卡盘的多个爪夹夹持住支撑薄壁锥形套的大端闷盖外侧，爪夹在圆周方向均匀分布，爪夹本身不接触薄壁锥形套，对薄壁锥形套不会造成压力导致工件变形，此外不会遮挡外锥面的任何部分，使得外圆锥面切削能够一次性完成。多爪卡盘与尾架顶尖相配合，稳定夹持薄壁锥形套，减少切削过程中产生的震动，提高加工精度。

（2）薄壁锥形套大端装夹和小端内圆锥面车削：外圆锥面切削完成后，将小端闷盖卸下，采用内部带薄壁支撑衬套的支撑套支撑住薄壁锥形套的外圆锥面中部，支撑套由车床附带的滚轮式中心架支撑，装夹完成后用测量工具校正薄壁锥形套的位置和角度；对薄壁锥形套小端内圆锥面和小端面进行车削加工。

（3）薄壁锥形套小端装夹和大端内圆锥面车削：完成薄壁锥形套的小端至中部的内圆锥面的加工后，松开多爪卡盘，卸去大端闷盖，打开滚轮式中心架，将薄壁锥形套调头，小端内锥面用小端外衬套装夹在小端外圆锥面、小端内衬套装夹在已加工好的小端内圆锥面，再用胀紧装置支撑于小端内衬套内径处，薄壁锥形套中部支撑套及支撑支撑衬套不动，随薄壁锥形套一起调头，仍旧支承在滚轮式中心架上，用多爪卡盘夹住小端外衬套，装夹完成后用测量工具校正薄壁锥形套的位置和角度；对薄壁锥形套大端内圆锥面和大端面进行车削加工。小端外衬套保护薄壁锥形套的外圆锥面，防止其受到多爪卡盘的夹持产生变形和表面损伤，同样地，小端内衬套保护薄壁锥形套的内圆锥面，防止其因多球头式胀紧装置的支撑产生变形和表面损伤。

作为本发明的一种优选方案，所述车削加工包括粗车和精车两个步骤，粗车时，切削速度为20～80mm／min，精车时，背吃刀量为0.10～0.30mm，进给量为0.1～0.15mm／r，切削速度为30～100mm／min。

作为本发明的一种优选方案，进行粗车加工时，刀具前角为3°～ 5°，刀具后角为3°～ 10°，主偏角为60°～ 75；进行精车加工时，刀具前角为10°～ 15°，刀具后角为5°～ 14°，主偏角为75°～ 90°。

作为本发明的一种改进方案，在各步骤对工件进行装夹之前利用尾座顶尖进行对刀，保证刀尖与主轴中心线等高。进一步保证薄壁锥形套加工的精度。

作为本发明的一种改进方案，在车削时使用冷却液对工件进行冷却与润滑。一方面可以减少刀具磨损，另一方面还能减少受热变形，使加工表面更好地达到要求。

作为本发明的一种改进方案，所述步骤（1）中选择大端闷盖和小端闷盖之后，在待加工薄壁锥形套两端预先加工出与大端闷盖、小端闷盖各自止口相配合的台阶。台阶与闷盖止口能够紧密嵌合，增加加工过程中工件的稳定性。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤（3）中胀紧装置为多球头式胀紧装置，所述多球头式胀紧装置的支撑球数量与多爪卡盘的爪夹数量保持一致，且支撑球面对薄壁锥形套的支撑点和爪夹对薄壁锥形套的施力点相对应，能够有效防止薄壁锥形套因受多爪卡盘的装夹变形。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤（2）中支撑衬套在轴线方向上开有通槽。通槽设计使得支撑衬套具有一定弹性，即在朝向轴心和远离轴心方向上均具有一定的张力，可以实现装夹薄壁锥形套的外圆锥面而又不破坏外圆锥面的目的。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤（2）中支撑套用止动螺钉固定在支撑套上，支撑套的内锥面与工件外锥面锥度相等, 支撑套的内锥面与工件中部锥面紧密接触，所述止动螺钉为三组。薄壁锥形套中部能够获得稳定支撑，防止支撑套与薄壁锥形套之间有松动现象发生。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤（2）中支撑衬套位于止动螺钉和薄壁锥形套之间。支撑衬套能够有效保护薄壁锥形套的外锥面。

本发明提供的装夹及加工方法，对薄壁锥形套的大端和小端进行分段加工，克服了原先对内锥面进行一次性加工时，刀杆过长刚度不够，导致车削过程中震动明显产生震纹的缺陷，明显提高了表面光洁度；用此套工装装夹薄壁锥形套进行薄壁锥形套外径、内径、端面的加工，既满足薄壁锥形套尺寸和形位公差要求，又可获得较好的表面粗糙度，并有效的保护了加工表面在后续的加工过程不被损坏。加工成品交付后安装使用正常，完全满足设备使用要求。本发明适用于薄壁锥形套的装夹及车削加工，尤其适用于目前国内矿山大量应用的进口圆锥破碎机的薄壁锥形套的装夹及车削加工。

 

附图说明

图1为本发明提供的加工方法步骤（1）中的装夹示意图；

图2为本发明提供的加工方法步骤（2）中的装夹示意图；

图3为图2的A-A向剖视图；

图4为本发明提供的加工方法步骤（3）中的装夹示意图；

图5为图4中采用三爪卡盘和三球头式胀紧装置的左视图；

图6为图4中采用四爪卡盘和四球头式胀紧装置的左视图。

附图标记列表：

1-多爪卡盘，2-大端闷盖, 3-薄壁锥形套，4-小端闷盖，5-尾架顶尖，6-外圆车刀，7-滚轮式中心架, 71-滚轮, 8-支撑套, 9-止动螺钉, 10-支撑衬套, 11-内孔车刀, 12-端面车刀, 13-小端外衬套, 14-小端内衬套,15-胀紧装置。

 

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

大型薄壁锥形套的装夹及加工方法，包括如下步骤：

（1）首先进行外圆锥面的装夹和车削：

如图1所示，准备待加工的薄壁锥形套毛坯件，毛坯件为中空的圆锥台形，根据待加工薄壁锥形套的大端和小端内径，选择带止口设计的大端闷盖2和小端闷盖4，在待加工薄壁锥形套3的两端预先加工出与大端闷盖、小端闷盖4各自止口相配合的台阶，分别采用大小闷盖2、4来支撑待加工薄壁锥形套3的内径毛坯锥孔及大小端面，车床上的多爪卡盘1夹住用大端闷盖2，尾架顶尖5顶住小端闷盖4，再辅以百分表校正薄壁锥形套3，根据图纸上标示的尺寸，计算出切削的深度和角度后，使用外圆车刀6进行外圆锥面的车削加工。前述多爪卡盘可为三爪或四爪卡盘。

薄壁锥套在加工外锥面时，要充分利用毛坯余量，多次少量试切削、多次测量、计算，保证锥面符合1∶10的要求，试切削时，切削量切不可太大，避免出现端面外圆、内孔快接近图纸要求时，锥度仍没有找准现象的发生。

（2.1）薄壁锥形套大端装夹：

如图2、图3所示，外圆锥面切削完成后，将小端闷盖4卸下，采用内部带薄壁支撑衬套10的支撑套8支撑住薄壁锥形套3的外圆锥面中部，支撑套8为中空圆锥台形，套在薄壁锥形套3的中部，支撑套8的内锥面与工件3外锥面锥度相等, 支撑套8的内锥面与工件3中部锥面紧密接触。支撑套8外表面上具有通孔，使用止动螺钉9穿入通孔将支撑套8固定在薄壁锥形套3上，防止支撑套8与薄壁锥形套3之间有松动现象发生。支撑套内侧具有支撑衬套10，支撑衬套10的长度小于支撑套8的长度，形状为与薄壁锥形套3中部形状一致，为中空的圆锥台形，支撑衬套10内表面锥度与薄壁锥形套3外圆锥面的锥度相等，支撑衬套10位于止动螺钉9和薄壁锥形套3之间，能够有效保护薄壁锥形套3外锥面。支撑套8由车床附带的滚轮式中心架7支撑，装夹完成用测量工具校正薄壁锥形套的位置和角度。本例中，止动螺钉9采用三组，支撑衬套10的宽度很窄，小于薄壁锥形套总体长度的十分之一。

如图3所示，车床附带的滚轮式中心架7上具有三个被动式滚轮71，通过支撑套8支撑薄壁锥形套3的中部，既解决了滚轮式中心架7圆柱面滚轮不能装夹曲面的困难，又很好地保护了薄壁锥形套3已经加工好的外圆锥面。当进行车削时，薄壁锥形套3绕轴线转动，固定在薄壁锥形套3外圆锥面中部的支撑套8随之相应转动，带动滚轮71反方向滚动，滚轮71产生了滚动摩擦力，减少车削过程中薄壁锥形套3在径向方向上产生的震动，提高加工精度。

支撑衬套10采用沿中心轴线对称刨分形式，并在轴线方向上开有通槽（即支撑衬套具有一条沿轴线方向的裂缝），所述通槽较窄，通槽设计使得支撑衬套10具有一定弹性，即在朝向轴心和远离轴心方向上均具有一定的张力，可以实现装夹薄壁锥形套3的外圆锥面而又不破坏外圆锥面的目的。

（2.2）小端内圆锥面车削：根据图纸上标示的尺寸，先用内孔车刀11进行小端内圆锥面切削，再用端面车刀12完成薄壁锥形套小端内圆锥面和小端面的端面切削。

（3.1）薄壁锥形套小端装夹：

如图4、图5所示，完成薄壁锥形套的小端至中部的内圆锥面的加工后，松开多爪卡盘，卸去大端闷盖，打开滚轮式中心架，将薄壁锥形套调头，小端内圆锥面用小端外衬套13装夹在小端外圆锥面、小端内衬套14装夹在已加工好的小端内圆锥面，再用胀紧装置15支撑于小端内衬套14内径处，薄壁锥形套3中部支撑套8及支撑衬套10不动，随薄壁锥形套3一起调头，仍旧支承在滚轮式中心架7上，用多爪卡盘1夹住小端外衬套，装夹完成并用测量工具校正薄壁锥形套3的位置和角度。胀紧装置15可采用多球头式胀紧装置，机械领域通常应用的是三球头式或四球头式胀紧装置，如图5所示，在使用三爪卡盘进行装夹时，本步骤中优选采用三球头式胀紧装置进行支撑，如图6所示，使用四爪卡盘进行装夹时，本步骤中优选采用四球头式胀紧装置进行支撑；支撑球面对薄壁锥形套的支撑点和爪夹对薄壁锥形套的施力点应相对应，即相应支撑球对薄壁锥形套的施力点和爪夹对薄壁锥形套的施力点优选在一条直径上，这样内外受力点均衡，工件不易产生径向形变。

（3.2）大端内圆锥面车削：根据图纸上标示的尺寸，先用内孔车刀11进行大端内圆锥面切削，再用端面车刀12完成薄壁锥形套3大端内圆锥面以及大端面的端面切削。

在上述小端内圆锥面车削和大端内圆锥面车削过程中，因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制，所以在完成粗车后，必须等工件彻底冷却后再精车至图纸上标示的尺寸。

在步骤（1）、步骤（2.1）和步骤（2.2）涉及到的各个车削步骤均分为粗车和精车两个步骤，每次车削时首先进行粗车，再进行精车，以降低成品工件的表面粗糙度。在切削力（特别是径向切削力）的作用下，工件很容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度,所以在粗车和精车这两个步骤中，都需要选择合理的切削用量。粗车时，可以适当增加背吃刀量和进给量，同时切削速度不宜过高，一般在20～80mm／min。精车时，背吃刀量为0.10～0.30mm，进给量为0.1～0.15mm／r，切削速度30～100mm／min。这样能消除切削过程中刀具引起的振动。特别是65m／min以下的切削速度避开了工件与机床的共振，避免了切削时振动引起的变形。

合理选择刀具角度，减小工件变形，提高表面加工质量显得尤为重要。下表1为使用本发明提供的方法加工大型薄壁锥套时优选采用的刀具几何角度。

表1

利用本发明提供的装夹及加工方法生产的大型薄壁锥形套表面粗糙度≤1.6μm ，完全能够达到精度要求，实现了圆锥式破碎机关键零部件的自主生产。

在用多爪卡盘对工件进行装夹时，工件要夹紧，以防在车削时打滑飞出伤人和“扎刀”现象的发生。

在车削时优选使用适当的冷却液对工件进行充分的冷却与润滑，一方面可以减少刀具磨损，另一方面还能减少受热变形，使加工表面更好地达到要求。

在装夹工件之前，最好先利用尾座顶尖进行对刀，保证刀尖与主轴中心线等高。

本例中使用的测量工具为百分表、万能游标卡尺等机械领域常规使用的度量工具。

本例中提及的多球头式胀紧装置为三球头式胀紧装置或四球头式胀紧装置，多爪卡盘为三爪卡盘或四爪卡盘。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (10)

1.一种大型薄壁锥形套的装夹及加工方法，包括如下步骤：

（1）外圆锥面的装夹和车削：根据待加工薄壁锥形套的大端和小端内径，选择尺寸相符且带止口的大端闷盖和小端闷盖，分别采用大小闷盖来支撑待加工薄壁锥形套的内径毛坯锥孔及大小端面；用车床上的多爪卡盘夹住用大端闷盖，尾架顶尖顶住小端闷盖，再利用测量工具校正薄壁锥形套的位置和角度后，进行外圆锥面的车削加工；

（2）薄壁锥形套大端装夹和小端内圆锥面车削：外圆锥面切削完成后，将小端闷盖卸下，采用内部带薄壁支撑衬套的支撑套支撑住薄壁锥形套的外圆锥面中部，支撑套由车床附带的滚轮式中心架支撑，装夹完成后用测量工具校正薄壁锥形套的位置和角度；对薄壁锥形套小端内圆锥面和小端面进行车削加工；

（3）薄壁锥形套小端装夹和大端内圆锥面车削：完成薄壁锥形套的小端至中部的内圆锥面的加工后，松开多爪卡盘，卸去大端闷盖，打开滚轮式中心架，将薄壁锥形套调头，小端内锥面用小端外衬套装夹在小端外圆锥面、小端内衬套装夹在已加工好的小端内圆锥面，再用多球头式胀紧装置支撑于小端内衬套内径处，薄壁锥形套中部支撑套及支撑支撑衬套不动，随薄壁锥形套一起调头，仍旧支承在滚轮式中心架上，用多爪卡盘夹住小端外衬套，装夹完成后用测量工具校正薄壁锥形套的位置和角度；对薄壁锥形套大端内圆锥面和大端面进行车削加工。

2.根据权利要求1所述的大型薄壁锥形套的装夹及加工方法，其特征在于：所述车削加工包括粗车和精车两个步骤；粗车时，切削速度为20～80mm／min，精车时，背吃刀量为0.10～0.30mm，进给量为0.1～0.15mm／r，切削速度为30～100mm／min。

3.根据权利要求2所述的大型薄壁锥形套的装夹及加工方法，其特征在于：进行粗车加工时，刀具前角为3°～ 5°，刀具后角为3°～ 10°，主偏角为60°～ 75；进行精车加工时，刀具前角为10°～ 15°，刀具后角为5°～ 14°，主偏角为75°～ 90°。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的大型薄壁锥形套的装夹及加工方法，其特征在于：在各步骤对工件进行装夹之前利用尾座顶尖进行对刀，保证刀尖与主轴中心线等高。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的大型薄壁锥形套的装夹及加工方法，其特征在于：在车削时使用冷却液对工件进行冷却与润滑。

6.根据权利要求1所述的大型薄壁锥形套的装夹及加工方法，其特征在于：所述步骤（1）中选择大端闷盖和小端闷盖之后，在待加工薄壁锥形套两端预先加工出与大端闷盖、小端闷盖各自止口相配合的台阶。

7.根据权利要求1所述的大型薄壁锥形套的装夹及加工方法，其特征在于：所述步骤（3）中多球头式胀紧装置的支撑球数量与多爪卡盘的爪夹数量保持一致，且支撑球面对薄壁锥形套的支撑点和爪夹对薄壁锥形套的施力点相对应。

8.根据权利要求1所述的大型薄壁锥形套的装夹及加工方法，其特征在于：所述步骤（2）中支撑衬套在轴线方向上开有通槽。

9.根据权利要求1所述的大型薄壁锥形套的装夹及加工方法，其特征在于：所述步骤（2）中支撑套用止动螺钉固定在支撑套上，支撑套的内锥面与工件外锥面锥度相等, 支撑套的内锥面与工件中部锥面紧密接触，所述止动螺钉为三组。

10.根据权利要求1或8所述的大型薄壁锥形套的装夹及加工方法，其特征在于：所述步骤（2）中支撑衬套位于止动螺钉和薄壁锥形套之间。

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