CN103182623B - 机械零件加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械零件加工方法。具体地，一种用于在零件主体上加工第一零件特征部和第二零件特征部的方法包括提供零件主体、加工第一零件特征部、提供第一定位构件并定位第一定位构件、提供第二定位构件并定位第二定位构件、以及加工第二零件特征部。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械零件的加工方法，更具体地涉及在大尺寸机械零件上加工各种结构特征。
背景技术
随着工业的不断发展，在诸如飞机、轮船、起重机、发电机等许多应用中需要使用大型甚至巨型的机械结构、装置或设备。这些机械结构、装置或设备包括各种各样的大尺寸机械零件，例如轴、齿轮、气缸、悬臂、管道，等等。在机械加工领域，大尺寸机械零件的加工变得越来越重要。
通常，将在至少一个尺寸上或在至少一个维度上大于3米的机械零件称为大尺寸机械零件。这种大尺寸机械零件（包括其上的各种结构特征，例如孔、螺纹、沟槽、突台，等等）的加工常常需要使用大型的、专用的加工机床才能完成，而具有完备的定位、分度功能的大型机床价格非常昂贵，使得大尺寸机械零件的加工成本极高。另一方面，通用加工机床（例如通常车床、通用铣床、通用数字加工中心，等等）虽然常用且价格适中，但是通常仅限于加工中、小尺寸的机械零件，其不具有加工大尺寸机械零件的能力。
因此，需要一种机械零件的加工方法，其能够在通用加工机床上实现大尺寸机械零件的加工。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械零件的加工方法，其能够在通用加工机床上实现大尺寸机械零件的加工。
具体地，本发明提供了一种方法，用于在零件主体上加工第一零件特征部和第二零件特征部，所述零件主体具有纵向轴线，将要被加工的所述第一零件特征部位于沿所述纵向轴线的第一纵向位置以及绕所述纵向轴线的第一周向位置，将要被加工的所述第二零件特征部位于沿所述纵向轴线的第二纵向位置以及绕所述纵向轴线的第二周向位置，所述方法包括：提供所述零件主体；在所述零件主体上的所述第一纵向位置和所述第一周向位置处加工所述第一零件特征部；提供具有第一对准特征部和第一定位特征部的第一定位构件；将所述第一定位构件定位在所述零件主体的第一纵向位置并且将所述第一定位构件相对于所述零件主体绕所述纵向轴线旋转，使得所述第一定位构件的第一对准特征部位于所述第一周向位置并且与所述第一零件特征部在周向上对准；提供具有第二对准特征部和第二定位特征部的第二定位构件；将所述第二定位构件定位在所述零件主体的第二纵向位置并且将所述第二定位构件相对于所述零件主体绕所述纵向轴线旋转，使得所述第二定位构件的第二定位特征部与所述第一定位构件的第一定位特征部在周向上对准，其中，所述第二对准特征部和所述第二定位特征部被构造成使得当所述第二定位构件的第二定位特征部与所述第一定位构件的第一定位特征部在周向上对准时，所述第二定位构件的第二对准特征部指示所述第二周向位置；以及在所述第二纵向位置和所述第二定位构件的第二对准特征部所指示的所述第二周向位置处加工所述第二零件特征部。
在一个实施例中，所述零件主体是空心圆柱体。
在一个实施例中，所述空心圆柱体的长度至少为3米。
在一个实施例中，所述空心圆柱体的外径为0.1至0.3米。
在一个实施例中，所述第一零件特征部是所述空心圆柱体的端面中的孔，并且所述第二零件特征部是所述空心圆柱体的侧壁中的沟槽。
在一个实施例中，所述第一对准特征部是所述第一定位构件中的孔，并且所述第二对准特征部是所述第二定位构件中的沟槽。
在一个实施例中，所述第一对准特征部是所述第一定位构件上的突起，并且所述第二对准特征部是所述第二定位构件中的沟槽。
在一个实施例中，所述第一定位特征部是所述第一定位构件上的平面，并且所述第二定位特征部是所述第二定位构件上的平面。
在一个实施例中，所述第一纵向位置和所述第二纵向位置之间的距离大于1米。
在详细说明本发明的实施例之前，应当认识到的是，本发明不限于在以下描述中阐述的或者在附图中示出的操作细节或者部件的结构和布置的细节。本发明可以在各种其它实施例中实施并且可以以本文未明确公开的替代方式来实施或执行。而且，应当理解的是，本文使用的短语和术语是为了描述的目的，并且不应当视为是限制性的。“包括”和“包含”及其变体的使用意味着涵盖其后列出的项目及其等同物以及另外的项目及其等同物。此外，在各种实施例的描述中可使用列举。除非另外明确地指出，否则列举的使用不应当被认为将本发明限制到部件的任何特定顺序或数量。列举的使用也不应当被认为将任何另外的步骤或部件排除出本发明的范围，所述另外的步骤或部件可能与所列举的步骤或部件组合或者被组合到所列举的步骤或部件中。
附图说明
以下附图仅为说明的目的，并且所有附图均未必按照比例绘制。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
图1示出了将要使用本发明的加工方法来加工的机械零件的一个实施例的透视图；
图1A示出了将要使用本发明的加工方法来加工的机械零件的另一个实施例的透视图；
图1B示出了将要使用本发明的加工方法来加工的机械零件的又一个实施例的透视图；
图2示出了用于本发明的加工方法的第一定位构件的一个实施例的透视图；
图2A示出了用于本发明的加工方法的第一定位构件的一个实施例的剖视图。
图3示出了用于本发明的加工方法的第二定位构件的一个实施例的透视图；
图3A示出了用于本发明的加工方法的第二定位构件的另一个实施例的透视图；
图4示出了零件主体的一个实施例的透视图，其中，使用根据本发明的方法将该零件主体加工成所期望的如图1所示的零件；
图5示出了根据本发明的加工方法的一个实施例的流程图；
图6示出了零件主体的端面中被加工出诸如孔的第一零件特征部；
图7示出了零件主体和第一定位构件，其中，第一定位构件将要被固定到零件主体；
图8示出了零件主体和第一定位构件，其中，第一定位构件的第一对准特征部已经与零件主体上的已经加工出的第一零件特征部对准；
图8A示出了零件主体和第一定位构件，其中，第一定位构件的第一对准特征部已经与零件主体上的已经加工出的第一零件特征部对准并且第一定位构件被固定到零件主体；
图8B为图8A的透视图，更直观地示出了第一定位构件的第一对准特征部已经与零件主体上的已经加工出的第一零件特征部对准；
图9示出了零件主体、第一定位构件和第二定位构件，其中，第一定位构件的第一对准特征部已经与零件主体上的已经加工出的第一零件特征部对准并且第一定位构件被固定到零件主体，第二定位构件将要被固定到零件主体；
图10示出了零件主体、第一定位构件和第二定位构件，其中，第一定位构件的第一对准特征部已经与零件主体上的已经加工出的第一零件特征部对准并且第一定位构件被固定到零件主体，第二定位构件的第二定位特征部已经与第一定位构件的第一定位特征部对准并且第二定位构件被固定到零件主体；并且
图11示出了零件主体、第一定位构件和第二定位构件，其中，在零件主体上加工出诸如沟槽的第二零件特征部。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的机械零件加工方法进行详细说明。在本文中，术语“等于”表示两个参数在机械加工的公差范围之内相等。
本发明涉及用于在零件主体上加工第一零件特征部和第二零件特征部的方法。所述零件主体具有纵向轴线。将要被加工的所述第一零件特征部位于沿所述纵向轴线的第一纵向位置以及绕所述纵向轴线的第一周向位置。将要被加工的所述第二零件特征部位于沿所述纵向轴线的第二纵向位置以及绕所述纵向轴线的第二周向位置。
图1示出了将要使用本发明的加工方法来加工的机械零件10的透视图。零件10由在零件主体上加工第一零件特征部和第二零件特征部而成。在图1的实施例中，零件主体是具有纵向轴线X1的细长空心圆柱体100（如图4所示），第一零件特征部是空心圆柱体100的端面F中的孔102，并且第二零件特征部是空心圆柱体100的侧壁中的沟槽104。如图1所示，孔102位于沿纵向轴线X1的第一纵向位置L1以及绕纵向轴线X1的第一周向位置C1。沟槽104位于沿纵向轴线X1的第二纵向位置L2以及绕纵向轴线X1的第二周向位置C2。如图1所示，第一纵向位置L1和第二纵向位置L2可以分别根据距空心圆柱体的端面F的距离来确定，并且第一周向位置C1和第二周向位置C2可以分别根据与穿过纵向轴线X1的参考平面P在周向上的夹角α1和α2来确定。应当理解，第一纵向位置L1和第二纵向位置L2也可以根据其他方式来确定，并且第一周向位置C1和第二周向位置C2也可以根据其他方式来确定。
应当理解，孔102可以是通孔、盲孔或螺纹孔，并且孔102的横截面可以是圆形、椭圆形、矩形或其它形状。在一个实施例中，空心圆柱体100的长度至少为3米。在一个实施例中，空心圆柱体100的外径为0.1至0.3米。
图1A示出了将要使用本发明的加工方法来加工的机械零件10’的透视图。零件10’由在零件主体上加工第一零件特征部和第二零件特征部而成。在图1A的实施例中，零件主体是空心圆柱体100’，第一零件特征部是空心圆柱体100’的端面中的孔102’，并且第二零件特征部是空心圆柱体100’的侧壁中的一组沟槽104’（图1A示出所述一组沟槽包括两个沟槽，但也可包括任意其他数量的沟槽）。应当理解，孔102’可以是通孔或盲孔，并且孔102’的横截面可以是圆形、椭圆形、矩形或其它形状。应当理解，两个沟槽104’的宽度、长度和深度可以相同或者不同，两个沟槽104’沿着空心圆柱体100’的圆周方向的间距可以根据需要确定。
图1B示出了将要使用本发明的加工方法来加工的机械零件10’’的透视图。零件10’’由在零件主体上加工第一零件特征部和第二零件特征部而成。在图1B的实施例中，零件主体是空心圆柱体100’’，第一零件特征部是空心圆柱体100’’的端面中的孔102’’，并且第二零件特征部是空心圆柱体100’’的侧壁中的两组沟槽104’’（图1B示出每组沟槽包括两个沟槽，但也可包括任意其他数量的沟槽）。应当理解，孔102’’可以是通孔或盲孔，并且孔102’’的横截面可以是圆形、椭圆形、矩形或其它形状。应当理解，各个沟槽104’’的宽度、长度和深度可以相同或者不同，每组沟槽104’’沿着空心圆柱体100’’的圆周方向的间距可以根据需要确定。各组沟槽104’’沿着空心圆柱体100’’的长度方向的间距可以根据需要确定。
应当理解，零件主体也可以是不同于空心圆柱体的其它零件主体，例如实心圆柱体、圆锥体、长方体等等。应当理解，零件主体的第一零件特征部也可以是不同于孔的其它零件特征部，例如突台、沟槽等等。应当理解，零件主体的第二零件特征部也可以是不同于沟槽的其它零件特征部，例如突台、孔等等。
下面详细描述针对零件10的加工方法，该加工方法也可类似地适用于零件10’、零件10”、零件10”’或其它零件。
图2示出了用于本发明的加工方法的第一定位构件的一个实施例的透视图。在图2的实施例中，第一定位构件是定位盘20，其可用于在本发明的加工方法中加工零件10。如图2所示，定位盘20包括圆柱形主体200并具有纵向轴线X2。主体200在侧壁被加工出平面202。主体200还具有台阶孔204。台阶孔204的内径D1等于空心圆柱体100的外径，使得定位盘20能够组装到空心圆柱体100的端部并且能够相对于空心圆柱体100绕纵向轴线X1旋转，此时纵向轴线X1和纵向轴线X2重合。台阶孔204还具有小于内径D1的内径D2。定位盘20还具有垂直于端面延伸的通孔206。通孔206的内径等于将要在空心圆柱体100上加工的孔102的内径并且通孔206的中心线与轴线X2之间的距离等于孔102的中心线与轴线X1之间的距离。平面202和通孔206之间在周向上的夹角为β。如图2所示，夹角β定义为经过纵向轴线X2且与平面202垂直的平面与经过纵向轴线X2和通孔206的中心线的平面之间的夹角。
图2A是图2的剖视图，示出了台阶孔204、通孔206以及内径D1和内径D2。
图3示出了用于本发明的加工方法的第二定位构件的一个实施例的透视图。在图3的实施例中，第二定位构件是分度盘30，其可用于在本发明的加工方法中加工零件10。如图3所示，分度盘30包括圆柱形主体300并具有纵向轴线X3。主体300在侧壁被加工出平面302。主体300还具有通孔304。通孔304的内径等于空心圆柱体100的外径，使得空心圆柱体100能够穿过分度盘30的通孔304，从而分度盘30能够沿着空心圆柱体100的长度滑动并且能够相对于空心圆柱体100绕纵向轴线X1旋转，此时纵向轴线X1和纵向轴线X3重合。分度盘30还具有沟槽306。平面302和沟槽306之间在周向上的夹角为γ。如图3所示，夹角γ定义为经过纵向轴线X3且与平面302垂直的平面与经过纵向轴线X3和沟槽306的中心线的平面之间的夹角。
在本发明的方法中，定位盘20和分度盘30构造成使得角度α1、α2、β和γ满足以下等式：
β-γ=α2-α1 （1）
图3A示出了用于本发明的加工方法的第二定位构件的另一个实施例的透视图。在图3A的实施例中，第二定位构件是分度盘30’，其可用于在本发明的加工方法中加工零件10’。分度盘30’与分度盘30大体相同，其不同之处在于分度盘30’具有与零件10’相对应的两个沟槽306’。
本领域技术人员能够意识到，分度盘30’还可用于在本发明的加工方法中加工零件10’’。具体地，本领域技术人员能够意识到，可以利用分度盘30’根据本发明的加工方法重复地在空心圆柱体100’’上的不同纵向位置加工多组沟槽104’’。
图4示出了零件主体100的一个实施例的透视图，其中，使用根据本发明的方法将该零件主体100加工成所期望的如图1所示的零件10。如图4所示，零件主体100是空心圆柱体100。
图5示出了根据本发明的加工方法的一个实施例的流程图。如图5所示，根据本发明的加工方法500包括步骤502、504、506、508、510、512和514，用于在零件主体上加工第一零件特征部和第二零件特征部。在步骤502中，提供零件主体，所述零件主体具有纵向轴线，将要被加工的所述第一零件特征部位于沿所述纵向轴线的第一纵向位置以及绕所述纵向轴线的第一周向位置，将要被加工的所述第二零件特征部位于沿所述纵向轴线的第二纵向位置以及绕所述纵向轴线的第二周向位置。在步骤504中，在所述零件主体上的所述第一纵向位置和所述第一周向位置处加工所述第一零件特征部。在步骤506中，提供具有第一对准特征部和第一定位特征部的第一定位构件。在步骤508中，将所述第一定位构件定位在所述零件主体的第一纵向位置并且将所述第一定位构件相对于所述零件主体绕所述纵向轴线旋转，使得所述第一定位构件的第一对准特征部位于所述第一周向位置并且与所述第一零件特征部在周向上对准。在步骤510中，提供具有第二对准特征部和第二定位特征部的第二定位构件。在步骤512中，将所述第二定位构件定位在所述零件主体的第二纵向位置并且将所述第二定位构件相对于所述零件主体绕所述纵向轴线旋转，使得所述第二定位构件的第二定位特征部与所述第一定位构件的第一定位特征部在周向上对准，其中，所述第二对准特征部和所述第二定位特征部被构造成使得当所述第二定位构件的第二定位特征部与所述第一定位构件的第一定位特征部在周向上对准时，所述第二定位构件的第二对准特征部指示所述第二周向位置。在步骤514中，在所述第二纵向位置和所述第二定位构件的第二对准特征部所指示的所述第二周向位置处加工所述第二零件特征部。
以下针对上述零件10详细说明根据本发明的加工方法的具体步骤。
图6示出了空心圆柱体100的端面中被加工出孔102。
图7示出了空心圆柱体100和定位盘20，其中，定位盘20将要被组装到空心圆柱体100。如上所述，定位盘20包括圆柱形主体200并具有纵向轴线X2。主体200在侧壁被加工出平面202。定位盘20还具有垂直于端面延伸的通孔206。如图7所示，定位盘20的纵向轴线X2与空心圆柱体100的纵向轴线X1重合。
图8示出了空心圆柱体100和定位盘20，定位盘20的纵向轴线X2与空心圆柱体100的纵向轴线X1重合。将定位盘20组装到空心圆柱体100的端部并且将定位盘20相对于空心圆柱体100绕纵向轴线X1旋转，使得定位盘20的通孔206与空心圆柱体100上的已经加工出的孔102对准。
图8A示出了空心圆柱体100和定位盘20，其中，定位盘20的通孔206已经与空心圆柱体100上的已经加工出的孔102对准并且定位盘20被固定到空心圆柱体100（此时，孔102不可见）。在一个实施例中，可以通过将螺钉（未示出）旋入定位盘20的侧壁中的螺纹孔（未示出）中并且拧紧螺钉使得螺钉抵靠空心圆柱体100的侧壁，从而将定位盘20固定到空心圆柱体100。应当理解，也可以采用本领域已知的任何其它技术将定位盘20固定到空心圆柱体100。
图8B为图8A的透视图，更直观地示出了定位盘20的通孔206已经与空心圆柱体100上的已经加工出的孔102对准。
图9示出了空心圆柱体100、定位盘20和分度盘30，其中，定位盘20的通孔206已经与空心圆柱体100上的已经加工出的孔102对准并且定位盘20被固定到空心圆柱体100，分度盘30被空心圆柱体100从中穿过。如上所述，分度盘30包括圆柱形主体300并具有纵向轴线X3。如图9所示，分度盘30的纵向轴线X3和定位盘20的纵向轴线X2均与空心圆柱体100的纵向轴线X1重合。主体300在侧壁被加工出平面302。分度盘还具有沟槽306。如上所述，定位盘20和分度盘30构造成使得角度α1、α2、β和γ满足等式（1）。
图10示出了空心圆柱体100、定位盘20和分度盘30，其中，分度盘30的纵向轴线X3和定位盘20的纵向轴线X2均与空心圆柱体100的纵向轴线X1重合，定位盘20的通孔206已经与空心圆柱体100上的已经加工出的孔102对准并且定位盘20被固定到空心圆柱体100。将分度盘30相对于空心圆柱体100绕纵向轴线X1旋转，使得分度盘30的平面302与定位盘20的平面202对准（即相互平行和/或相互共面），并且将分度盘30固定到空心圆柱体100。在一个实施例中，可以通过将螺钉（未示出）旋入分度盘30的侧壁中的螺纹孔（未示出）中并且拧紧螺钉使得螺钉抵靠空心圆柱体100的侧壁，从而将分度盘30固定到空心圆柱体100。应当理解，也可以采用本领域已知的任何其它技术将分度盘30固定到空心圆柱体100。
图11示出了空心圆柱体100、定位盘20和分度盘30。根据分度盘30上的沟槽306所指示的周向位置，在空心圆柱体100上加工出沟槽104。
本领域技术人员可从前面的具体说明意识到本公开的广泛教导可以按照多种形式来实施。虽然本公开包括了具体的示例，但本公开的真实范围却不应当被如此限制，因为本领域技术人员在研究了附图、说明书和所附权利要求书后将会明白其他的修改、变形和替换。
Claims (9)
1.一种机械零件的加工方法，其特征在于，该方法用于在零件主体上加工第一零件特征部和第二零件特征部，所述零件主体具有纵向轴线，将要被加工的所述第一零件特征部位于沿所述纵向轴线的第一纵向位置以及绕所述纵向轴线的第一周向位置，将要被加工的所述第二零件特征部位于沿所述纵向轴线的第二纵向位置以及绕所述纵向轴线的第二周向位置，
所述方法包括：
提供所述零件主体；
在所述零件主体上的所述第一纵向位置和所述第一周向位置处加工所述第一零件特征部；
提供具有第一对准特征部和第一定位特征部的第一定位构件；
将所述第一定位构件定位在所述零件主体的第一纵向位置并且将所述第一定位构件相对于所述零件主体绕所述纵向轴线旋转，使得所述第一定位构件的第一对准特征部位于所述第一周向位置并且与所述第一零件特征部在周向上对准；
提供具有第二对准特征部和第二定位特征部的第二定位构件；
将所述第二定位构件定位在所述零件主体的第二纵向位置并且将所述第二定位构件相对于所述零件主体绕所述纵向轴线旋转，使得所述第二定位构件的第二定位特征部与所述第一定位构件的第一定位特征部在周向上对准，其中，所述第二对准特征部和所述第二定位特征部被构造成使得当所述第二定位构件的第二定位特征部与所述第一定位构件的第一定位特征部在周向上对准时，所述第二定位构件的第二对准特征部指示所述第二周向位置；以及
在所述第二纵向位置和所述第二定位构件的第二对准特征部所指示的所述第二周向位置处加工所述第二零件特征部。
2.如权利要求1所述的加工方法，其中，所述零件主体是空心圆柱体。
3.如权利要求2所述的加工方法，其中，所述空心圆柱体的长度至少为3米。
4.如权利要求2所述的加工方法，其中，所述空心圆柱体的外径为0.1至0.3米。
5.如权利要求2所述的加工方法，其中，所述第一零件特征部是所述空心圆柱体的端面中的孔，并且所述第二零件特征部是所述空心圆柱体的侧壁中的沟槽。
6.如权利要求5所述的加工方法，其中，所述第一对准特征部是所述第一定位构件中的孔，并且所述第二对准特征部是所述第二定位构件中的沟槽。
7.如权利要求5所述的加工方法，其中，所述第一对准特征部是所述第一定位构件上的突起，并且所述第二对准特征部是所述第二定位构件中的沟槽。
8.如权利要求5所述的加工方法，其中，所述第一定位特征部是所述第一定位构件上的平面，并且所述第二定位特征部是所述第二定位构件上的平面。
9.如权利要求1所述的加工方法，其中，所述第一纵向位置和所述第二纵向位置之间的距离大于1米。
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