CN103072029B - 一种夹头的加工工艺 - Google Patents

Abstract

一种夹头，包括有夹头本体，该夹头本体沿轴向开设有内孔，其特征在于：所述内孔在位于所述夹头本体的前端还固定嵌设有硬质合金套管，该硬质合金套管具有可供工件转动穿设的管孔。本发明的优点在于：夹头内孔中固定有硬质合金套管，减小了加工过程中夹头内孔的磨损，提高了夹头的耐磨性；夹头的头部采用均匀等份的结构，使得夹头的头部具有一定的弹性，防止工件因夹持过紧而发生咬死；夹头采用了新型的加工工艺，能够保证夹头材质的均匀性，减小夹头的变形，提高夹头的同心度、粗糙度，并且整个工艺流程成本低，容易实现，加工获得的夹头质量好，从而保证了通过该夹头固定加工出的工件具有更高的精度和更好的质量。

Description

一种夹头的加工工艺

技术领域

本发明涉及一种夹头及其该夹头的加工工艺。

背景技术

细长精密工件在切削力的作用下，容易产生较大的弯曲变形，进而会影响到加工精度，增大工件加工难度。为了消除上述不利因素，减少这类细长工件在切削过程中的受力变形，在机床的床身中部或主轴箱的前面都会安装固定有夹头，如图1所示，该类夹头主要用于加工细长的精密工件，夹头包括有本体1’和沿本体1’轴向开设轴孔11’，工件则穿设于夹头的轴孔11’中，该夹头起着支撑细长工件的作用，可以用来直接承受加工时的切削力。

通常，夹头与刀具的距离越近，则被加工工件在机加工时的弯曲变形越小，而且，考虑到刀具一般是固定不动的，要求工件在加工过程中能够转动，则工件与夹头的内孔之间还应保持一定的间隙；当夹头和工件之间的间隙过大时，会影响加工工件的精度，当夹头和工件之间的间隙过小时，则会损伤工件表面的光洁度和精度，严重时会产生咬死现象。因此，夹头和工件之间的间隙应该控制在一个合适的范围内，以保证工件能够在夹头内正常的旋转和沿轴向的进料移动。目前，现有技术中的工件是直接穿设于夹头的轴孔内，被加工的工件在夹头的内孔中旋转，工件和夹头之间直接接触，两者之间会产生摩擦，夹头内孔的粗糙度低，很容易磨损，最终会造成工件和夹头轴孔的同心度差，加工工件的精度降低。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种耐磨性良好且能保证被加工的工件精度的夹头。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种用于制造上述夹头的加工工艺，该夹头的加工工艺能够提高夹头的同心度和粗糙度，保证夹头质量。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种夹头，包括有夹头本体，该夹头本体沿轴向开设有内孔，其特征在于：所述内孔在位于所述夹头本体的前端还固定嵌设有硬质合金套管，该硬质合金套管具有可供工件转动穿设的管孔。

为了减小因工件在加工过程中，因为作用在夹头头部的切削力而引起靠近夹头头部的内孔面的磨损，作为优选，所述管孔呈倒锥形，并且，靠近车刀一端的管孔直径小于远离车刀一端的管孔直径。倒锥形结构既方便工件安装时的插入，又能够有效防止因为头部内孔直径的变大而造成工件在夹头内孔中晃动产生的弯曲变形。

为了增加夹头的弹性和柔性，确保加工过程中的工件在夹头内孔中旋转，作为优选，所述的夹头本体在所述内孔的前端形成能张开或收拢的多个爪瓣，相应地，所述的硬质合金套管分割成为与每一所述爪瓣对应连接的多个硬质合金基片。

为了方便夹头在夹头装夹体上的装配连接，作为优选，所述夹头本体的尾部具有外螺纹，该夹头本体在靠近尾部的外周壁上开设有定位尾槽。于是，夹头的尾部通过螺纹与夹头装夹体实现连接，同时又通过定位尾槽实现轴向定位，防止装夹过程中夹头旋转，既方便安装，又能够保证夹头固定的可靠性。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：所述夹头的加工工艺，其特征在于，该加工工艺包括有以下步骤：

(1)、下料，得到胚料；

(2)、对所述胚料进行热处理，并退火，得到硬度不大于197HB的胚料；

(3)、对上述退火后的胚料进行车加工，得到所需尺寸的夹头胚料；

(4)、检验车加工后的所述夹头胚料的各部分尺寸和粗糙度，符合要求的进入下一道工序；

(5)、将硬质合金套管焊接固定于合格的所述夹头胚料的内孔前端；

(6)、对焊接有硬质合金套管的所述夹头胚料进行热处理，并退火，退后的胚料硬度控制在197HB～200HB；

(7)、检验热处理后的所述夹头胚料是否有碎裂、脱焊及明显不正中现象，符合要求的进入下一道工序；

(8)、对上述合格的焊接有硬质合金套管的所述夹头胚料的头部沿径向铣槽，形成均分的多个爪瓣；

(9)、检验铣削后的夹头胚料尺寸是否符合要求，符合要求的进入下一道工序；

(10)、对所述夹头胚料进行再次热处理：整体淬硬HRC50～55，然后进行低温回火，再用100度热水煮夹头胚料10～15分钟；

(11)、研磨所述夹头胚料的内孔，使该内孔粗糙度在Ra0.2～Ra0.4之间，并作为夹头后续加工的基准；

(12)、对所述夹头胚料的外周面进一步进行磨削加工，得到能与夹头装夹体进行装配的外周面尺寸；

(13)、检验所述的夹头胚料的粗糙度，并检验该夹头胚料是否符合装配尺寸的要求，符合要求的进入下一道工序；

(14)、在电镗磨床上对所述夹头胚料的内孔进行电镗磨加工；

(15)、用100度热水煮所述夹头胚料1～2小时，定性并消除夹头应力；

(16)、用线切割把所述硬质合金套管切割成为和所述夹头胚料的头部爪瓣相对应的多个基片；

(17)、将所述夹头的内孔撑大并定型，保证夹头的内孔大于工件的直径；

(18)、对所述夹头的内孔进行研磨，直至达到规定的尺寸要求；

(19)、综合检验。

为了保证硬质合金套管和夹头之间的连接可靠性，防止脱落、碎裂，作为优选，所述步骤(5)通过以下工艺步骤实现：

a、按规格选用硬度为85～90HRA的硬质合金套管，去黑皮，所述硬质合金套管的内径余量为0.2～0.4毫米，磨削硬质合金套管的管孔与外圆，并且保证硬质合金套管的管孔与外圆同心度不超过0.05毫米；

b、清洗硬质合金套管及夹头胚料，以铅笔芯棒封堵硬质合金套管的管孔；

c、将所述硬质合金套管装入并固定于夹头胚料中，使得硬质合金套管的外圆与夹头胚料的内孔进行过渡配合；

d、将所述夹头胚料与所述硬质合金套管铜焊成一体。

为了方便后道工序的机械加工，作为优选，所述步骤(6)的热处理采用如下方式实现：在750～770度下加热并保温1～2小时，炉冷到550～580度出炉空冷，完成退火。

为了防止破坏焊接层，确保硬质合金套管的连接可靠度，作为优选，所述步骤(8)铣槽后的槽深距离所述夹头胚料的焊接层为0.5～1毫米。

考虑到夹头和工件均为刚性部件，为了减少两者因相对运动产生的应力，提高夹头的弹性，作为优选，所述铣槽后的爪瓣为三瓣结构，相应地，所述步骤(16)中的硬质合金套管沿周向被均匀分成三等份。夹头的爪瓣和硬质合金套管优选地均分呈三等分，能够达到最佳的效果，若小于三等份，则分割数量太少，弹性不佳；若分割数量太多，则硬质合金套管与夹头之间的焊接接触面积减小，容易造成切割后的硬质合金套管掉落，因此，选择均分为三等份为最佳优选方案。

为了方便工件的安装，同时防止靠近车刀的工件在受力作用下产生较大的变形，作为进一步优选，所述步骤(18)研磨后的夹头内孔自靠近车刀的位置向后呈倒锥形，并且，所述研磨后的夹头内孔的表面粗糙度小于Ra0.2，该粗糙度能够保证夹头对工件的夹持效果，同时又能够实现工件相对于夹头内孔的旋转运动。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在现有的夹头内孔中固定有硬质合金套管，减小了加工过程中夹头内孔的磨损，提高了夹头的耐磨性，延长了夹头的使用寿命；其次，夹头的头部采用均匀等份的结构，使得夹头的头部具有一定的弹性，既方便了工件的装入，又保证夹头与工件的夹持力，防止工件因夹持过紧而发生咬死，提高加工安全性；本申请的夹头采用了新型的加工工艺，能够保证夹头材质的均匀性，减小夹头的变形，提高夹头的同心度、粗糙度，并且整个工艺流程成本低，容易实现，加工获得的夹头质量好，从而保证了通过该夹头固定加工出的工件具有更高的精度和更好的质量。

附图说明

图1为现有技术中的夹头结构示意图。

图2为本发明实施例的夹头结构示意图。

图3为图2所示的A-A向剖视图。

图4为图2所示的B向视图。

图5为本发明实施例的夹头与工件配合的局部放大结构示意图。

图6为本发明实施例的夹头使用状态图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图2～图6所示，本实施例公开了一种用于加工细长精密工件的夹头，该夹头包括有夹头本体1，夹头本体1沿轴向开设有内孔11，内孔11在位于夹头本体1的前端还固定嵌设有硬质合金套管2，该硬质合金套管2具有可供工件转动穿设的管孔21，硬质合金套管2和夹头内孔11之间通过铜焊固定于一体。

其中，硬质合金套管2的管孔21内腔呈倒锥22，并且，靠近车刀一端的管孔21直径小于远离车刀一端的管孔21直径；夹头本体1在内孔11的前端沿周向均匀分割形成可张开或收拢的爪瓣12，为了保证连接强度，同时增加夹头的弹性，本实施例的爪瓣12优选地均分为三个，相应地，硬质合金套管2沿周向均匀分割成为与每一爪瓣12对应连接的三个硬质合金基片22；当分割数太少，则打不到夹头弹性的要求，当分割数太多(如四等份、五等份等等)，则硬质合金套管2与夹头之间的焊接接触面积减小，容易造成切割后的硬质合金套管2掉落，因此，选择均分为三等份为最佳优选方案。

为了方便夹头的安装，夹头本体1的尾部具有螺纹15，该夹头本体1在靠近尾部的外周壁上开设有定位尾槽16，定位尾槽16能够防止夹头在安装时发生旋转。

本实施例的夹头采用了硬质合金套管2，具有更好的耐磨性，延长了夹头的使用寿命，而且夹头的头部采用爪瓣12式结构，具有一定的弹性，能够更加方便工件4的装配和进给，还能够减小两者之间硬性接触产生的应力，提高工件4加工的精密度和质量。

本实施例的上述夹头通过以下工艺过程加工而成，具体地，该工艺过程包括有如下步骤：

1、下料：以T10A的棒料为原材料，下料获得直径为φ18×60的胚料。

2、热处理：步骤1的胚料在750～770度下加热并保温1～2小时，使胚料的材料组织均匀；炉冷到550度出炉空冷，实现退火，胚料的硬度不大于197HB。

3、车削加工：

1)、车加工得到如图2所示的夹头本体1基本结构，该夹头本体1具有外圆13、锥面14和尾部的螺纹15；

2)、上述夹头本体1的外圆13和锥面14、螺纹要保证一次装夹加工，避免产生外圆13、锥面14与螺纹不同心，减少装夹误差；

3)、加工螺纹时，应先去掉部份余量(可以先挑几刀)，然后再用精车螺纹；

4)、钻孔时，留出0.15～0.25毫米的余量(如优选可以预留0.2毫米余量)，再用与基本尺寸相符的钻头进行加工，同时保证夹头的同心度；

5)、加工锥面14时，不能用成型刀一次车出，应该用精密车床调整好车床拖板角度，然后进行锥面14车加工，以保证锥面14的角度以及锥面14与外圆13的同心度；

6)、设定夹头本体的内孔11用于夹持硬质合金套管2的孔径为φD，夹头本体的内孔11用于穿设工件4的孔径为φd(φd要大于工件4坯料的直径)，其中，孔径φD和孔径φd的同心度要小于0.03～0.05毫米，一旦孔径φD和孔径φd发生偏心，就会导致硬质合金套管在后面线切割套管时发生基片不均匀；并且，为保证硬质合金套管的外圆在夹头本体中心，孔径φD与锥面14、外圆13的同心度要小于0.05～0.08毫米，同样地，为了保证硬质合金套管的内孔在夹头中心，孔径φd与锥面14、外圆13的同心度也要小于0.05～0.08毫米。

4、检验：检验上述车削加工后的各部分尺寸及粗糙度，符合要求的进入下一道工序。

5、焊接硬质合金套管2：

1)、按规格选用硬度为85～90HRA的硬质合金套管2，去黑皮以去除硬质合金套管2的表面氧化层，硬质合金套管2的内径余量一般选0.2～0.4毫米，最大不超过0.4毫米，然后，磨削硬质合金套管2的管孔21与外圆13，并且保证硬质合金套管2的管孔21与外圆13同心度不超过0.05毫米；

2)、清洗硬质合金套管2及夹头本体1，由于铜焊时，熔化的铜水有可能流入硬质合金套管2的管孔21中，而且残留的铜痕迹无法清除，因此，在焊接之前需要以铅笔芯棒堵硬质合金套管2的管孔21；

3)、将硬质合金套管2装入夹头本体1的内孔11中，硬质合金套管2的外圆13与夹头内孔11的孔径φD之间为过渡配合；

4)、将夹头与硬质合金套管2铜焊成一体，并且保证焊接过程中不得有虚焊和脱焊。

6、为便于后道工序的机械加工，对步骤5中焊接一体后的夹头进行热处理：将夹头在750～770度下加热并保温1～2小时，炉冷到550～580度出炉空冷，实现退火，保证夹头的硬度不大于197～200HB。

7、检验：检查夹头是否碎裂、脱焊，同时检查硬质合金套管在夹头内是否明显不正中现象，符合要求的进入下一道工序。

8、铣削加工：

1)、按照如图4所示在夹头的头部铣出三个凹槽，获得沿周向均匀分布的三个爪瓣12结构，凹槽的深度距焊接层3为0.5～1毫米；

2)、按图3所示铣削夹头的定位尾槽16，定位尾槽16能够防止装夹过程中夹头发生旋转。

9、检验：检查铣削后的夹头尺寸是否符合图纸要求，爪瓣12结构是否等份均匀，符合要求的进入下一道工序。

10、热处理：保证夹头具有一定的硬度、弹性与刚性。

1)、整体淬硬HRC50～55，加热到400～500℃后，预热30～60min，再加热到780～800℃，保温1小时，然后在盐水中冷却；热处理加热后、冷却前，把夹头的螺纹部分涂上硼酸，进行冷却，能够防止夹头螺纹部分的氧化起皮；

2)、加热到300～320℃，保温1小时，然后在空气中冷却到室温，硬度达到50～55HRC；低温回火能够保证夹头材料组织均匀，晶粒细化，减少夹头的变形及应力集中；

3)、用100度的热水煮夹头10～15分钟，清除夹头螺纹部分的硼酸。

11、研磨夹头的内孔11，使该内孔11粗糙度在Ra0.2～Ra0.4之间，作为夹头后续加工的基准。

12、磨削加工：

1)、一次装夹磨削夹头的外圆13及外锥面14；

2)、三个爪瓣12的切口凹槽沿锥面14磨平，防止夹头锥面14有毛刺而与夹头装夹体5产生装配定位误差；

3)磨削时，应加皂化液，以防止夹头在磨削过程中烧伤。

13、检验：

1)、检查经步骤12磨削后的夹头尺寸是否符合图纸要求；

2)、检查粗糙度是否符合要求。

14、在电镗磨床上对夹头内孔11进行电镗磨加工：

1)、校准夹盘，其装夹夹头的锥孔同心度不大于0.005毫米，控制倒锥22；

2)、电镗磨粗糙度为Ra3.2；

3)、工作前检查夹盘精度。

15、用100度的热水煮夹头1～2个小时，定性并消除应力。

16、用线切割把硬质合金套管2切割成为和夹头胚料的头部爪瓣12相对应的基片22，即将硬质合金套管2分割成沿周向均匀分布的三等份，参见图4。

17、定型：将夹头的内孔11用芯棒撑大后，加温200～230度以上，保温10～12小时以上，由此保证夹头的内孔11大于工件4的直径，并且使夹头具有弹性。

18、研磨：研磨夹头的内孔11至规定尺寸，表面粗糙度小于Ra0.2，同时，控制内孔11的喇叭口形状，允许微小的倒锥22，即内孔11的直径自靠近车刀的位置向后从小变大，参见图5；但绝对不允许顺锥，即内孔11的直径自靠近车刀的位置向后由大变小，当夹头的内孔11呈顺锥时，工件4在车刀的作用下，会产生较大的变形，无法保证工件4的加工精度。

19、综合检验：

1)、检验夹头的同心度。

2)、检验夹头的粗糙度。

3)、检验夹头的孔锥度。

4)、检验夹头的三瓣是否均匀弹开。

5)、检验各部分尺寸等。

如图6所示，为本实施例的夹头使用状态图，工件4安装在夹头内孔11中，夹头的尾部与夹头装夹体5固定连接，夹头装夹体5的前端设置有车刀6，夹头装夹体5的尾部设置有可带动工件4旋转的主轴箱7，工作时，工件4在主轴箱7的带动下旋转，工件4的前端通过夹头的内孔11支撑夹持，工件4相对于夹头的内孔11做旋转运动。

本实施例对现有夹头的加工工艺进行了改进，在普通夹头的加工过程中加入了硬质合金套管2的焊接工艺，从而增强了夹头内孔11面的硬度，降低了脆性，提高了夹头的耐磨性，延长夹头寿命；并且，通过多次检验和热处理，以及研磨等工艺步骤，提高了夹头的同心度和粗糙度，不仅保证了夹头在加工过程中材质的均匀性，有效防止夹头的变形，而且还是得加工后的夹头具有弹性，并且整套工艺过程简单，易实施，加工成本低，夹头质量高，被加工工件4的精度和质量也有更好的保证。

Claims (9)

1.一种夹头的加工工艺，所述夹头包括有夹头本体，该夹头本体沿轴向开设有内孔，其特征在于：所述内孔在位于所述夹头本体的前端还固定嵌设有硬质合金套管，该硬质合金套管具有可供工件转动穿设的管孔，其特征在于，该加工工艺包括有以下步骤： 

(1)、下料，得到胚料； 

(2)、对所述胚料进行热处理，并退火，得到硬度不大于197HB的胚料； 

(3)、对上述退火后的胚料进行车加工，得到所需尺寸的夹头胚料； 

(4)、检验车加工后的所述夹头胚料的各部分尺寸和粗糙度，符合要求的进入下一道工序； 

(5)、将硬质合金套管焊接固定于合格的所述夹头胚料的内孔前端； 

(6)、对焊接有硬质合金套管的所述夹头胚料进行热处理，并退火，退火后的胚料硬度控制在197HB～200HB； 

(7)、检验热处理后的所述夹头胚料是否有碎裂、脱焊及硬质合金套管安装在夹头内是否有明显不正中现象，符合要求的进入下一道工序； 

(8)、对上述各合格的焊接有硬质合金套管的所述夹头胚料的头部沿径向铣槽，形成均分的多个爪瓣； 

(9)、检验铣削后的夹头胚料尺寸是否符合要求，符合要求的进入下一道工序； 

(10)、对所述夹头胚料进行再次热处理：整体淬硬HRC50～55，然后进行低温回火，再用100度热水煮夹头胚料10～15分钟； 

(11)、研磨所述夹头胚料的内孔，使该内孔粗糙度在Ra0.2～Ra0.4之间，并作为夹头后续加工的基准； 

(12)、对所述夹头胚料的外周面进一步进行磨削加工，得到能与夹头装夹体进行装配的外周面尺寸； 

(13)、检验所述的夹头胚料的粗糙度，并检验该夹头胚料是否符合装配尺寸的要求，符合要求的进入下一道工序； 

(14)、在电镗磨床上对所述夹头胚料的内孔进行电镗磨加工； 

(15)、用100度热水煮所述夹头胚料1～2小时，定性并消除夹头应力； 

(16)、用线切割把所述硬质合金套管切割成为和所述夹头胚料的头部爪瓣相对应的多个基片； 

(17)、将所述夹头的内孔撑大并定型，保证夹头的内孔大于工件的直径； 

(18)、对所述夹头的内孔进行研磨，直至达到规定的尺寸要求； 

(19)、综合检验。 

2.根据权利要求1所述的夹头的加工工艺，其特征在于：所述步骤(5)通过以下工艺步骤实现： 

a、按规格选用硬度为85～90HRA的硬质合金套管，去黑皮，所述硬质合金套管的内径余量为0.2～0.4毫米，磨削硬质合金套管的管孔与外圆，并且保证硬质合金套管的管孔与外圆同心度不超过0.05毫米； 

b、清洗硬质合金套管及夹头胚料，以铅笔芯棒封堵硬质合金套管的管孔； 

c、将所述硬质合金套管装入并固定于夹头胚料中，使得硬质合金套管的外圆与夹头胚料的内孔进行过渡配合； 

d、将所述夹头胚料与所述硬质合金套管铜焊成一体。 

3.根据权利要求1所述的夹头的加工工艺，其特征在于：所述步骤(6)的热处理采用如下方式实现：在750～770度下加热并保温1～2小时，炉冷到550～580度出炉空冷，完成退火。 

4.根据权利要求1所述的夹头的加工工艺，其特征在于：所述步骤(8)铣槽后的槽深距离所述夹头胚料的焊接层为0.5～1毫米。 

5.根据权利要求4所述的夹头的加工工艺，其特征在于：所述铣槽后的爪瓣为三瓣结构，相应地，所述步骤(16)中的硬质合金套管沿周向被均匀分成三等份。 

6.根据权利要求1所述的夹头的加工工艺，其特征在于：所述步骤(18)研磨后的夹头内孔自靠近车刀的位置向后呈倒锥形，并且，所述研磨后的夹头内孔的表面粗糙度小于Ra0.2。 

7.根据权利要求1所述的夹头的加工工艺，其特征在于：所述管孔呈倒锥形，并且，靠近车刀一端的管孔直径小于远离车刀一端的管孔直径。 

8.根据权利要求1所述的夹头的加工工艺，其特征在于：所述的夹头本体在所述内孔的前端形成能张开或收拢的多个爪瓣，相应地，所述的硬质合金套管分割成为与每一所述爪瓣对应连接的多个硬质合金基片。 

9.根据权利要求1所述的夹头的加工工艺，其特征在于：所述夹头本体的尾部具有外螺纹，该夹头本体在靠近尾部的外周壁上开设有定位尾槽。