CN104043851B - 一种加工圆筒体工件用的工装 - Google Patents

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Abstract

一种加工圆筒体工件用的工装，包括芯轴、卡簧、压环和堵头。卡簧套装在所述芯轴一端的外圆周表面，并通过位于该芯轴小直径端端面的固定孔与芯轴固连。堵头套装在芯轴的中部，并使该堵头大孔径一端与卡簧相邻。压环套装在芯轴的外圆周表面，并位于所述卡簧一端的内孔中。利用本发明加工筒形细长薄壁件时，能够一次完成车外圆和车端面的装夹，并且避免了填充石膏所用时间，减少了装夹次数和辅助时间，提高了加工效率，适于批产要求。同时，本发明结构重量轻，一人即可完成工装的安装，减少了操作人员，降低了生产成本。

Description

一种加工圆筒体工件用的工装
技术领域
本发明涉及机械制造行业，涉及一种筒形细长薄壁件的加工工装。
背景技术
薄壁细长圆筒零件的长径比达到或超过5:1，壁厚薄、刚性差，在车削时受切削热、切削力、重力、振动等因素的影响，极易产生变形，属于难加工产品。此类产品的加工需要借助装夹工装。目前公开资料所介绍的工装都是用于单件或小批量产品加工，此种工装在使用时需要太多的辅助时间，在专利201010537337.8《一种筒形细长薄壁件的加工方法及加工装备》中公开了一种细长圆筒的加工工装，此工装两端连接圆筒上通过螺钉连接12个压块，圆筒工件穿过连接圆筒通过12个压块固定外圆，为了避免圆筒受压变形，圆筒内孔填充石膏增加刚性。每台圆筒在加工前需要填充石膏，并在石膏固化后才能加工，每台圆筒加工时都需要前后找正，并上紧工装上的螺钉。此类工装可以有效降低加工变形，但在使用时辅助时间长，不适合用于大批量生产。由于薄壁细长圆筒易变形，加工外圆时必须使圆筒在不受剪应力的情况下进行，目前还有一种使用较多的加工方法：用两套工作，一套撑具用于撑内孔车端面，一套堵盖用于顶住壳体车外圆。但此种加工方法辅助时间长，加工端面和外圆需要上两次工装找正两次，也不适应批产加工。
发明内容
为了解决现有工装在使用时工序多辅助时间长不适应批产要求的问题，本发明提供了一种加工圆筒体工件用的工装。
本发明包括芯轴、卡簧、压环和堵头。卡簧套装在所述芯轴一端的外圆周表面，并通过位于该芯轴小直径端端面的的固定孔与芯轴固连。堵头套装在芯轴的中部，并使该堵头大孔径一端与卡簧相邻。压环套装在芯轴的外圆周表面，并位于所述卡簧一端的内孔中。
所述卡簧为用弹簧钢制成的中空回转体。卡簧的一端为固定端，在该固定端的端面有卡簧端板，在该卡簧端板的中心有安装孔，在所述安装孔的四周均布有螺纹孔。卡簧另一端为工件支撑端，该工件支撑端的外径与工件的内径相同，工件支撑端的最小内径与芯轴的外径相同；所述工件支撑端的内表面的轴向剖面呈锥形，并且工件支撑端的最小内径处形成了锥形的顶点；所述工件支撑端的锥形面的锥度为20°。在所述卡簧的壳体的圆周分布有多条轴向延伸的贯通壳体壁厚的细长条状通槽，并且该通槽自卡簧端板内侧向卡簧的工件支撑端延伸，并在轴向贯通工件支撑端。
所述压环的内表面为与芯轴外圆周表面配合的螺纹面，压环的最大外径小于堵头第一处台阶孔内径1mm。在压环一端为工作端，该工作端的表面为20°与卡簧的工件支撑端的锥形面配合的斜面，压环另一端的壳体表面均布有扳手槽。
所述堵头外径小于圆筒外圆大于圆筒内孔，工作时靠端面顶紧产品端面。内孔为台阶孔，第一处台阶孔内径小于产品内径，长度等于压环长度。第二处台阶孔为螺纹孔，通过螺纹连接到芯轴上。在第一处台阶孔外圆处有两个扳手槽，方便用扳手控制压环运动，在第二处台阶孔位置外圆上均布有扳手槽，通过扳手控制堵头运动。
所述芯轴按其功能分为四段，依次分别是卡簧安装段、堵头运动段、堵头避让段和夹持段。所述卡簧安装段位于芯轴的一端，并且该卡簧安装段的外径小于卡簧的内径。堵头运动段的外圆周表面为螺纹面，其外径大于卡簧安装段的外径，并且该堵头运动段的长度为Ly+Ld，其中Ly是压环的轴向长度，Ld是堵头的轴向长度。堵头避让段的外径与卡簧安装段的外径相同，长度为Ly。夹持段位于所述芯轴的另一端，其外径与堵头的外径相同。
在所述芯轴卡簧安装段端面的中心，有轴向凸出的卡簧定位轴，该定位轴的外径与卡簧端板中心的安装孔的内径相同，该定位轴的长度与所述卡簧一端端板的厚度相同。在所述芯轴卡簧安装段端面，均布有四个螺纹孔，用于固定卡簧端板。
本发明用于加工筒形细长薄壁件，使车外圆和车端面一次装夹完成，并且避免了填充石膏所用时间，减少了装夹次数和辅助时间，由原先的一天加工两台，增加至现在一天加工四台，明显提高了加工效率，适于批产要求。同时，本发明结构重量轻，一人即可完成工装的安装，减少了操作人员，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明在车端面时的状态示意图；
图3是本发明在车外圆时的状态示意图；
图4是芯轴的结构示意图；
图5是卡簧结构示意图，其中5a是侧视图，5b是主视图，5c是轴测图；
图6是压环的结构示意图，其中6a是主视图，6b是侧视图；
图7是堵头的结构示意图；其中7a是主视图，7b是7a中的A-A向视图，7c是7b中的B-B向视图，7d是堵头的轴测图。
附图中：
1.工件；2.芯轴；3.卡簧；4.压环；5.堵头；6.卡盘。
具体实施方式
本实施例是一种薄壁细长圆筒批产加工工装。
本实施例中所加工的工件为长径比1900/125＝15.2的30CrMnSiA薄壁细长圆筒，工件的外径为125mm，内径为117mm，圆筒的总长为1900mm，外径与壁厚之比为125/2＝62.5。圆筒经旋压而成。需机加工所述圆筒两端外圆的环带，其中一端环带的轴向长度为60mm，另一端环带的轴向长度为120mm，要求两端环带同轴度0.08；加工圆筒的两端端面。由于所述圆筒长径比很大，尺寸精度高，既要有效控制产品变形，又要保证加工效率。
本实施例提出的加工圆筒体工件用的工装包括芯轴2、卡簧3、压环4和堵头5。
芯轴2为回转体，其外圆周表面为阶梯状。卡簧3套装在所述芯轴一端的外圆周表面，并通过位于该芯轴小直径端端面的的固定孔与芯轴固连。堵头5套装在芯轴2的中部，并使该堵头大孔径一端与卡簧3相邻。压环4套装在芯轴2的外圆周表面，并位于所述卡簧一端的内孔中。在芯轴表面有一道凹槽，主要作用有两个：1、在加工螺纹时退刀；2、为堵头5旋出时留有足够的空间。
所述卡簧3为用弹簧钢制成的中空回转体。卡簧3的一端为固定端，在该固定端的端面有卡簧端板，在该卡簧端板的中心有安装孔，在所述安装孔的四周均布有螺纹孔。卡簧另一端为工件支撑端，该工件支撑端的外径与工件的内径相同，工件支撑端的最小内径与芯轴2的外径相同；所述工件支撑端的内表面的轴向剖面呈锥形，并且工件支撑端的最小内径处形成了锥形的顶点；所述工件支撑端的锥形面的锥度为20°。在所述卡簧3的壳体的圆周分布有多条轴向延伸的贯通壳体壁厚的细长条状通槽，并且该通槽自卡簧端板内侧向卡簧的工件支撑端延伸，并在轴向贯通工件支撑端。由于在卡簧壳体上开有所述多条通槽，使该卡簧的壳体成为由多根弹性杆组成的弹性体，所述工件支撑端位于该弹性体的端头并与工件的内表面配合，在压环4的作用下变形，从而支撑工件。所述卡簧3的外圆周表面为两端外径大、中部外径小的阶梯面，即固定端的外径和工件支撑端的外径均大于该卡簧弹性杆部分的外径，使得卡簧弹性杆部分与工件内表面不发生干涉。
本实施例中，所述沿卡簧圆周表面分布的通槽有24条。
压环4采用45号钢制成，为薄壁回转体。所述压环4的内表面为与卡簧外圆周表面配合的螺纹面，压环的最大外径小于堵头第一处台阶孔内径1mm。在压环4一端为工作端，该工作端的表面为20°的斜面，工作时，该工作面与卡簧3的工件支撑端的锥形面配合，在压环的作用下，使所述卡簧3的工件支撑端与工件的内表面紧密配合，并支撑工件。压环4另一端的壳体表面均布有12个扳手槽，以方便将该压环的工作端从卡簧的工件支撑端内旋入和退出。
堵头5采用45号钢制成，为套筒状。
堵头外径小于圆筒外圆大于圆筒内孔，工作时靠端面顶紧产品端面。内孔为台阶孔，第一处台阶孔内径小于产品内径1mm，长度等于压环长度。第二处台阶孔为螺纹孔，通过螺纹连接到芯轴上。在第一处台阶孔外圆处有两个圆周槽，通过这两处圆周槽将压环上的扳手槽露出，方便用扳手控制压环运动，在第二处台阶孔位置外圆上均布有12处扳手槽，可以利用扳手控制堵头运动，材料选择45号钢；
所述芯轴2按其功能分为四段，依次分别是卡簧安装段、堵头运动段、堵头避让段和夹持段。所述卡簧安装段位于芯轴的一端，并且该卡簧安装段的外径小于卡簧的内径。堵头运动段的外圆周表面为螺纹面，其外径大于卡簧安装段的外径，并且该堵头运动段的长度为Ly+Ld，其中Ly是压环4的轴向长度，Ld是堵头5的轴向长度。堵头避让段的外径与卡簧安装段的外径相同，长度为Ly。夹持段位于所述芯轴2的另一端，其外径与堵头的外径相同；将该夹持段装夹在机床的卡盘6内，以支撑和固定工装和工件。在所述芯轴2卡簧安装段端面的中心，有轴向凸出的卡簧定位轴，该定位轴的外径与卡簧端板中心的安装孔的内径相同，该定位轴的长度与所述卡簧一端端板的厚度相同。在所述芯轴2卡簧安装段端面，均布有四个螺纹孔，用于固定卡簧端板。
使用时：
使用前先将卡簧、堵头、压环、装配到芯轴上，压环全部露出。使用步骤如下：
步骤1：机床前后四爪，夹住工装芯轴最外端露出部位台阶外圆，并找正芯轴露出部位外圆与机床主轴同轴；
步骤2：壳体内孔穿过两端卡簧外圆，壳体端面超出卡簧端面10mm；
步骤3：用扳手卡住压环圆周上的扳手槽，旋入两端工装压环，将卡簧撑开，支撑起圆筒，效果如附图2所示；
步骤4：加工圆筒工件端面，保证总长1900；
步骤5：用扳手卡住堵头圆周上的扳手槽，旋入两端工装堵头顶紧壳体；
步骤6：用扳手通过堵头上的两处大槽卡住压环圆周上的扳手槽，旋出两端工装卡簧，释放圆筒内撑力，效果如图3所示；
步骤7：车两端环带外圆，保证外圆尺寸φ125(0/-0.07)。

Claims (3)

1.一种加工圆筒体工件用的工装，其特征在于，包括芯轴、卡簧、压环和堵头；卡簧套装在所述芯轴一端的外圆周表面，并通过位于该芯轴小直径端端面的固定孔与芯轴固连；堵头套装在芯轴的中部，并使该堵头大孔径一端与卡簧相邻；压环套装在芯轴的外圆周表面，并位于所述卡簧一端的内孔中；
所述卡簧为用弹簧钢制成的中空回转体；卡簧的一端为固定端，在该固定端的端面有卡簧端板，在该卡簧端板的中心有安装孔，在所述安装孔的四周均布有螺纹孔；卡簧另一端为工件支撑端，该工件支撑端的外径与工件的内径相同，工件支撑端的最小内径与芯轴的外径相同；所述工件支撑端的内表面的轴向剖面呈锥形，并且工件支撑端的最小内径处形成了锥形的顶点；所述工件支撑端的锥形面的锥度为20°；在所述卡簧的壳体的圆周分布有多条轴向延伸的贯通壳体壁厚的细长条状通槽，并且该通槽自卡簧端板内侧向卡簧的工件支撑端延伸，并在轴向贯通工件支撑端；
所述堵头外径小于圆筒外圆大于圆筒内孔，工作时靠端面顶紧产品端面；内孔为台阶孔，第一处台阶孔内径小于产品内径，长度等于压环长度；第二处台阶孔为螺纹孔，通过螺纹连接到芯轴上；在第一处台阶孔外圆处有两个扳手槽，方便用扳手控制压环运动，在第二处台阶孔位置外圆上均布有扳手槽，通过扳手控制堵头运动；所述芯轴按其功能分为四段，依次分别是卡簧安装段、堵头运动段、堵头避让段和夹持段；所述卡簧安装段位于芯轴的一端，并且该卡簧安装段的外径小于卡簧的内径；堵头运动段的外圆周表面为螺纹面，其外径大于卡簧安装段的外径，并且该堵头运动段的长度为Ly+Ld，其中Ly是压环的轴向长度，Ld是堵头的轴向长度；堵头避让段的外径与卡簧安装段的外径相同，长度为Ly；夹持段位于所述芯轴的另一端，其外径与堵头的外径相同。
2.如权利要求1所述一种加工圆筒体工件用的工装，其特征在于，所述压环的内表面为与芯轴外圆周表面配合的螺纹面，压环的最大外径小于堵头第一处台阶孔内径1mm；在压环一端为工作端，该工作端的表面为20°与卡簧的工件支撑端的锥形面配合的斜面，压环另一端的壳体表面均布有扳手槽。
3.如权利要求1所述一种加工圆筒体工件用的工装，其特征在于，在所述芯轴卡簧安装段端面的中心，有轴向凸出的卡簧定位轴，该定位轴的外径与卡簧端板中心的安装孔的内径相同，该定位轴的长度与所述卡簧一端端板的厚度相同；在所述芯轴卡簧安装段端面，均布有四个螺纹孔，用于固定卡簧端板。
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