CN104084813B - 一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的方法及辅助工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的方法，先将待加工的小角度斜圆柱类薄壁零件分成直圆筒段、斜度为X°的斜圆筒段和台阶三部分，然后加工直圆筒段外表面、端面、内孔和台阶端面，接着将内孔定位芯轴插入小角度斜圆柱类薄壁零件的内孔中并将二者固定，再将内孔定位芯轴倾斜X°插入车床上的夹具体中并固定，使小角度斜圆柱类薄壁零件的台阶端面紧贴夹具体端面且两端面的中心重合后，开动机床，转动夹具体，用车刀车削小角度斜圆柱类薄壁零件的斜圆筒段表面。本发明通过改变零件的旋转中心再加上车削的方式，可以大大地提高加工效率，减少加工所耗费的时间，刀具成本低，特别适合于加工小角度斜圆柱类薄壁零件。

Description

一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的方法及辅助工装

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体的讲涉及一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的方法及辅助工装。

背景技术

在航天、航空、石油钻探等行业的机械零件中存在为数不少的小角度斜圆柱类薄壁零件，如图1所示。这类零件的特点是：内壁为半径为R的弧形圆面，外圆用铣削加工且一端带斜度X°，带斜度一端的台阶相应地也带斜度X°。根据所处的工作条件不一样，这类零件的材料具有多样性，从高温合金到非金属都有。目前，对这类零件的加工一般采用铣削或电火花加工，但电火花加工仅限于金属。

由于该类零件一端面带有斜度，其台阶和斜面的相交形成椭圆线，用铣削加工时，要做好清角，还得避免加工应力过大，就必须选小直径的铣刀，而且刀具还要走三维路径。这样一来小刀具的金属去除率就降低了，加工时间长，车床的利用效率低，同时还增加了刀具的费用。

仅限于金属的电火花加工是通过放电来熔化金属，加工效率更低，生产成本更高，通常还有放电产生的重熔层和热裂纹现象发生，影响了加工质量。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种操作简便、生产效率高的加工小角度斜圆柱类薄壁零件的方法及工装，特别适用于斜度比较小的斜圆柱类薄壁零件。

本发明采用的技术方案是这样的：

一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的方法，包括以下步骤：

第一步，将待加工的小角度斜圆柱类薄壁零件分成直圆筒段、斜度为X°的斜圆筒段和台阶三部分；

第二步，加工直圆筒段外表面、端面以及整个小角度斜圆柱类薄壁零件的内孔；

第三步，加工台阶端面；

第四步，将内孔定位芯轴插入小角度斜圆柱类薄壁零件的内孔中并将二者固定；

第五步，将内孔定位芯轴倾斜X°插入车床上的夹具体中并固定，使小角度斜圆柱类薄壁零件的台阶端面紧贴夹具体端面且两端面的中心重合；

第六步，开动机床，转动夹具体，用车刀车削小角度斜圆柱类薄壁零件的斜圆筒段表面。

上述方案的改进点主要有以下三点：

1、将待加工的小角度斜圆柱类薄壁零件外表面分成直圆筒段和斜圆筒段两部分，然后分开进行加工。

现有技术对这种形状的零件都是进行整体加工，加工过程非常复杂。以铣刀铣削为例，在加工过程中，零件不动，铣刀平行着斜面一圈一圈地进行加工，在这样的运动过程中刀具做四种运动，即绕着自身轴心转动、绕着待加工零件的中心进行圆周运动、在待加工零件轴向反复运动、在待加工零件的径向上运动。由于刀具的运动如此复杂，耗时也就非常长，加工效率非常低。而本发明中，经过这种划分之后，在对直圆筒段和斜圆筒段分开加工时，待加工小角度斜圆柱类薄壁零件均可高速旋转，加工时间大大缩短，加工效率得到很大提高。由于这样的加工方式在现有技术里面是没有出现过的，也不属于本技术领域的常规手段，因此是非显而易见的，具有突出的实质性特点。

2、将小角度斜圆柱类薄壁零件倾斜着安装在夹具体上，改变了零件的加工旋转中心，将椭圆形斜面变成可用车床加工的回转体，在加工斜圆筒段时零件可以进行高速旋转。

3、采用车刀进行车削加工。车削可以节省大量的加工时间，减少刀具磨损和刀具成本。

在本发明中，用车削的方式相比用铣削的方式具有非常明显的效果，可以大大减少加工的时间。下面举例来详细说明用车削而不用铣削的好处。

例：

假设有一小角度斜圆柱类薄壁零件，材质为高温合金，硬度为HRC30-40，外圆80mm，壁厚最厚处为3mm，台阶为2mm，斜圆柱端最长处为4mm，斜度为3°。只考虑加工斜圆筒段的时间，因为其他部分的加工都和现有加工手段一样，没有改进。

如果采用数控铣床加工，选用直径2mm的铣刀，查询加工手册可选取材料的机加线速度Vc=30mm/分钟，然后计算出铣刀的转速n=30*1000/3.14/2=4777转/分钟。假设零件的加工余量在半径方向为2mm，每刀加工0.5mm，铣刀则需要围绕80mm的直径走4圈。因刀具较小，零件又是薄壁件，加工时只能小进给，查询手册取进给率F=100mm/分钟，然后计算得到加工斜圆筒段的时间为T=4*80*3.14/100=10分钟。

应用本发明采用车刀单刀加工，查询加工手册可选取材料的机加线速度Vc=30mm/分钟，然后计算出小角度斜圆柱类薄壁零件的转速N=30*1000/3.14/80=119转/分钟。加工手册推荐刀具每转进给为0.05mm/转，进给率F=119*0.05=5.96mm/分钟，取整为6mm/分钟。根据实际操作经验取每刀加工0.5mm，安排粗车三次后再精车一次，零件的加工长度为4mm，刀具实际加工的路径长度为16mm，最后可计算出车削的时间为T=16/6=2.67分钟。

通过上述例子可以看出，单件零件的斜圆筒段的加工，如果采用数控铣床加工，需要时间10分钟，而采用车刀车削加工则只需要2.67分钟，加工时间减少了73%。因此，改变零件的旋转中心再加上车削的方式，可以大大地提高加工效率，减少加工所耗费的时间，刀具成本低，特别适合于加工斜圆柱类薄壁零件。

作为优选，对小角度斜圆柱类薄壁零件的公差要求低时，内孔定位芯轴插入小角度斜圆柱类薄壁零件的部分横截面为圆形。由于斜度很小，台阶端面的椭圆非常接近圆的形状，因此，可以直接近似成圆来加工，即使加工出来的零件壁厚有点不均匀，但是只要在公差允许的范围内，也算合格产品。

作为优选，对小角度斜圆柱类薄壁零件的公差要求高时，内孔定位芯轴插入小角度斜圆柱类薄壁零件的部分横截面为椭圆，从小角度斜圆柱类薄壁零件的台阶端面方向看，小角度斜圆柱类薄壁零件被撑成圆形。当公差要求高时，台阶端面的椭圆就不能近似成圆来加工，否则零件壁厚不均匀的问题会影响到产品质量。因此，就得先用内孔定位芯轴将零件的台阶端面撑成圆形，然后再让零件绕着台阶端面的圆心轴进行回转运动并加工，保证了壁厚均匀。

作为优选，第三步和第二步交换顺序。

一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的辅助工装，包括夹具体、内孔定位芯轴和螺母套，所述夹具体上设置定位孔和定位沉孔，定位孔和定位沉孔的中心线经过夹具体端面中心且与夹具体的中心线成X°夹角，所述内孔定位芯轴分成定位段、零件配合段和螺纹段且中心设螺钉孔，定位段插入夹具体的定位沉孔中并通过压紧内六方螺钉从螺钉孔穿过定位段后再旋入定位孔中将夹具体和内孔定位芯轴固定，零件配合段表面与待加工小角度斜圆柱类薄壁零件的内孔匹配，螺母套螺纹连接在螺纹段上且通过端面将小角度斜圆柱类薄壁零件抵紧在内孔定位芯轴上。

上述辅助工装的主要改进点在于内孔定位芯轴是倾斜着插入夹具体中进行定位，改变了零件的旋转中心之后，然后刀具不动，零件高速转动，刀具相对零件做圆周运动，但实际上却是沿着斜面一圈一圈地加工，运动形式简单，加工速度快。

作为优选，对小角度斜圆柱类薄壁零件的公差要求低时，内孔定位芯轴的零件配合段横截面为圆形。

作为优选，对小角度斜圆柱类薄壁零件的公差要求高时，内孔定位芯轴的零件配合段横截面为椭圆，从小角度斜圆柱类薄壁零件的台阶端面方向看，小角度斜圆柱类薄壁零件被撑成圆形。

从理论上来说，为了减小尺寸偏差，不管公差要求如何，都应该将台阶端面撑成圆形后再加工。这样车刀就是在一个圆面上加工，壁厚均匀程度高。如果斜圆柱段的斜度小，并且公差要求不高，也可以将椭圆面近似成圆面，这样可以减少内孔定位芯轴的加工成本。

作为优选，所述小角度斜圆柱类薄壁零件的台阶侧壁上设有定位缺口，夹具体端面上设置有与定位缺口对应的定位销孔，通过一根定位销插入定位缺口和定位销孔实现小角度斜圆柱类薄壁零件与夹具体之间的定位。通过定位缺口和定位销孔，可以实现快速定位。

附图说明

图1为待加工的小角度斜圆柱类薄壁零件。

图2为本发明方法分段加工并将斜圆筒段进行偏心的原理图。

图3为实施本发明方法时利用辅助工装进行装夹的示意图。

图中标记：1为台阶，2为斜圆筒段，3为直圆筒段，4为夹具体，5为压紧内六方螺钉，6为内孔定位芯轴，7为螺母套，8为螺钉孔，9为定位销，GJ为待加工的小角度斜圆柱类薄壁零件。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

实施例1：

一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的方法，包括以下步骤：

第一步，将待加工的小角度斜圆柱类薄壁零件GJ分成直圆筒段3、斜度为X°的斜圆筒段2和台阶1三部分。如图1所示。

第二步，加工直圆筒段3外表面、端面以及整个小角度斜圆柱类薄壁零件GJ的内孔。

第三步，加工台阶1端面。

第三步和第二步交换顺序。

第四步，将内孔定位芯轴6插入小角度斜圆柱类薄壁零件GJ的内孔中并将二者固定；对小角度斜圆柱类薄壁零件GJ的公差要求低时，内孔定位芯轴6插入小角度斜圆柱类薄壁零件GJ的部分横截面为圆形。

对小角度斜圆柱类薄壁零件GJ的公差要求高时，内孔定位芯轴6插入小角度斜圆柱类薄壁零件GJ的部分横截面为椭圆，从小角度斜圆柱类薄壁零件GJ的台阶1端面方向看，小角度斜圆柱类薄壁零件GJ被撑成圆形。

第五步，将内孔定位芯轴6倾斜X°插入车床上的夹具体4中并固定，使小角度斜圆柱类薄壁零件GJ的台阶1端面紧贴夹具体4端面且两端面的中心重合。

第四步、第五步如图3所示。

第六步，开动机床，转动夹具体4，用车刀车削小角度斜圆柱类薄壁零件GJ的斜圆筒段2表面。

实施例2：

如图3所示，一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的辅助工装，包括夹具体4、内孔定位芯轴6和螺母套7，所述夹具体4上设置定位孔和定位沉孔，定位孔和定位沉孔的中心线经过夹具体4端面中心且与夹具体4的中心线成X°夹角，所述内孔定位芯轴6分成定位段、零件配合段和螺纹段且中心设螺钉孔8，定位段插入夹具体4的定位沉孔中并通过压紧内六方螺钉5从螺钉孔8穿过定位段后再旋入定位孔中将夹具体4和内孔定位芯轴6固定，零件配合段表面与待加工小角度斜圆柱类薄壁零件GJ的内孔匹配，螺母套8螺纹连接在螺纹段上且通过端面将小角度斜圆柱类薄壁零件GJ抵紧在内孔定位芯轴6上。所述小角度斜圆柱类薄壁零件GJ的台阶侧壁上设有定位缺口，夹具体4端面上设置有与定位缺口对应的定位销孔，通过一根定位销9插入定位缺口和定位销孔实现小角度斜圆柱类薄壁零件GJ与夹具体4之间的定位。

对小角度斜圆柱类薄壁零件GJ的公差要求低时，内孔定位芯轴6的零件配合段横截面为圆形。

对小角度斜圆柱类薄壁零件GJ的公差要求高时，内孔定位芯轴6的零件配合段横截面为椭圆，从小角度斜圆柱类薄壁零件GJ的台阶1端面方向看，小角度斜圆柱类薄壁零件GJ被撑成圆形。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，将待加工的小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）分成直圆筒段（3）、斜度为X°的斜圆筒段（2）和台阶（1）三部分；

第二步，加工直圆筒段（3）外表面、端面以及整个小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）的内孔；

第三步，加工台阶（1）端面；

第四步，将内孔定位芯轴（6）插入小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）的内孔中并将二者固定；

第五步，将内孔定位芯轴（6）倾斜X°插入车床上的夹具体（4）中并固定，使小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）的台阶（1）端面紧贴夹具体（4）端面且两端面的中心重合；

第六步，开动机床，转动夹具体（4），用车刀车削小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）的斜圆筒段（2）表面。

2.根据权利要求1所述的一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的方法，其特征在于：对小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）的公差要求低时，内孔定位芯轴（6）插入小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）的部分横截面为圆形。

3.根据权利要求1所述的一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的方法，其特征在于：对小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）的公差要求高时，内孔定位芯轴（6）插入小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）的部分横截面为椭圆，从小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）的台阶（1）端面方向看，小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）被撑成圆形。

4.根据权利要求1、2、3任一项所述的一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的方法，其特征在于：第三步和第二步交换顺序。

5.一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的辅助工装，其特征在于：包括夹具体（4）、内孔定位芯轴（6）和螺母套（7），所述夹具体（4）上设置定位孔和定位沉孔，定位孔和定位沉孔的中心线经过夹具体（4）端面中心且与夹具体（4）的中心线成X°夹角，所述内孔定位芯轴（6）分成定位段、零件配合段和螺纹段且中心设螺钉孔（8），定位段插入夹具体（4）的定位沉孔中并通过压紧内六方螺钉（5）从螺钉孔（8）穿过定位段后再旋入定位孔中将夹具体（4）和内孔定位芯轴（6）固定，零件配合段表面与待加工小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）的内孔匹配，螺母套（8）螺纹连接在螺纹段上且通过端面将小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）抵紧在内孔定位芯轴（6）上。

6.根据权利要求5所述的一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的辅助工装，其特征在于：对小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）的公差要求低时，内孔定位芯轴（6）的零件配合段横截面为圆形。

7.根据权利要求5所述的一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的辅助工装，其特征在于：对小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）的公差要求高时，内孔定位芯轴（6）的零件配合段横截面为椭圆，从小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）的台阶（1）端面方向看，小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）被撑成圆形。

8.根据权利要求5、6、7任一项所述的一种加工小角度斜圆柱类薄壁零件的辅助工装，其特征在于：所述小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）的台阶侧壁上设有定位缺口，夹具体（4）端面上设置有与定位缺口对应的定位销孔，通过一根定位销（9）插入定位缺口和定位销孔实现小角度斜圆柱类薄壁零件（GJ）与夹具体（4）之间的定位。