CN104227345B - 一种高精度薄台阶轴的加工方法及磨削夹头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高精度薄台阶轴的加工方法及其磨削夹头，所述加工方法主要包括如下步骤：(1)备料；(2)热处理；(3)车端面、外圆、钻中心孔；(4)热处理；(5)表面处理；(6)研磨加工薄台阶轴两端中心孔；(7)磨台阶外圆及端面；(8)精密磨加工；所述磨削夹头包括夹紧盘及设置于夹紧盘上的拨杆，所述夹紧盘中部设置有夹头孔，在夹紧盘沿夹头孔圆周方向均布有三个斜孔，所述斜孔内设置有顶销，并通过内六角锥端紧定螺钉锁紧。本发明通过磨削夹头夹紧薄台阶轴进行磨削外圆及端面，加工质量稳定，同时在本发明加工工艺中减少了传统的将薄台阶轴切割成两件、磨割后端面和清除毛刺工序，大大节省了原材料，同时提高了加工效率。

Description

一种高精度薄台阶轴的加工方法及磨削夹头
技术领域
本发明涉及一种高精度薄台阶轴的加工方法及磨削夹头，属于轴类零件加工技术领域。
背景技术
台阶轴是目前应用最广泛的一种轴类零件，其加工方法的选择直接影响着轴的加工质量，影响着轴的使用性能。现有轴类的加工方法很多，但是在加工薄台阶类轴时，目前还没有较为成熟的加工方法，如图1所示，在磨削薄台阶轴5的台阶轴外圆55及台阶端面51时，若用通用鸡心夹头夹薄台阶轴5的台阶外圆52，则无法磨到薄台阶轴5的台阶轴外圆55未端及台阶端面51，为了能磨到薄台阶轴5的台阶轴外圆55的未端及台阶端面51，目前通常采用如下两种方法加工：
第一种方法是：备料—预处理—车端面、外圆，留工艺搭子—化学热处理—表面处理—车两端中心孔—用通用鸡心夹头夹于工艺搭子,双顶针顶中心孔,半精磨外圆及台阶端面—用通用鸡心夹头夹于工艺搭子,双顶针顶中心孔,精密磨外圆及台阶端面—割掉工艺搭子—清除毛刺—终检；
第二种方法是：备料—预处理—车端面、外圆，一料制两件—化学热处理—表面处理—车两端中心孔—用通用鸡心夹头夹于一端外圆,双顶针顶中心孔,半精磨外圆及台阶端面,调头磨另一端外圆及台阶端面—用通用鸡心夹头夹于一端外圆,双顶针顶中心孔,精密磨外圆及台阶端面,调头磨另一端外圆及台阶端面—切割成两件—磨割后端面—清除毛刺—终检。
在上述两种加工方法中，无论在薄台阶圆柱端留工艺搭子，还是 一制两件，都需切割加工，并且薄台阶轴在精磨时硬度达到了最终要求，一般为HRC55～65，切割加工常用线切割加工，从而使加工成本增加。第一种方法留工艺搭子增加了材料成本；第二种方法加工，为了保证薄台阶轴台阶厚度L1，需线切割二次或一次割后磨端面，增加了加工时间，从而进一步增加加工成本。
公开号为CN 101898303 B的中国专利公开了一种微型高精度台阶轴复合加工工艺。属于轴类零件磨加工技术领域。它主要是解决现有加工方法存在生产效率低、废品率高的问题。它的主要特征是：⑴将直料段车成型；⑵之后进行淬回火处理；⑶用无心外圆通过磨床进行外径粗磨，之后探伤检测和平端面；⑷用无心外圆通过磨床将平端面后的直料段经外径细磨和外径精磨加工成微型高精度台阶轴的大外径成品尺寸；⑸用无心切入磨床将外径精磨后的大外径成品尺寸料段经粗磨台阶和精磨台阶加工成微型高精度台阶轴的小外径成品尺寸；⑹进行退磁清洗和清洗防锈。本发明具有设备投资少、产品质量及合格率高、生产效率高、适合批量生产的特点，主要用于微型高精度台阶轴的加工。但是该加工工艺是采用无心磨，先把台阶轴磨成大直径尺寸的圆柱轴，再磨小直径外圆尺寸，这种加工方式在薄壁台阶轴的加工中，采用无心磨难以实现对薄台阶轴台阶端面的磨削，特别是台阶端面与外圆有较高位置公差时，无心磨无法实现；同时在上述加工工艺只能用于大外径和小外径尺寸差约0.5㎜、长轴长度和短轴长度之差在80～120㎜的台阶轴，其使用受到外径差和长度差的限制。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种高精度薄台阶轴的加工方法及磨削夹头，从而提高台阶轴的加工质量稳定性，并且可节省原材料，减少加工工序，克服了传统加工方法的技术难题。
本发明是通过如下技术方案予以实现的。
一种高精度薄台阶轴的加工方法，其特征在于：主要包括如下步骤：
(1)备料：根据要求备圆棒料或锻件；
(2)热处理：将步骤(1)备好的圆棒料或锻件进行正火处理温度为950℃～970℃，硬度为HBS170～210；
(3)车加工：其车加工方法步骤如下：
a、夹紧棒料外圆，车棒料一端面，并在该端面上钻中心孔；
b、夹紧棒料一端，顶中心孔，车台阶轴外圆、槽及倒角，在车台阶轴外圆时，预留磨削余量为0.25mm～0.5mm；
c、夹紧台阶轴外圆，车端面及台阶外圆，并在台阶外圆的端面上钻中心孔，在车台阶外圆时，预留磨削余量为0.2mm～0.35mm；
(4)热处理：将经过步骤所述车加工后的薄台阶轴进行碳氮共渗、淬火及回火处理，其表面硬度为HRC58～63；
(5)表面处理：用喷砂机除锈，将薄台阶轴竖立放于喷砂机的喷砂箱工作台上，在薄台阶轴的边缘用长方形钢靠牢固，对薄台阶轴的一端面喷石英砂除锈；用同样的方法对薄台阶轴的另一端面喷石英砂除锈；
(6)研磨加工薄台阶轴两端中心孔：在车床的主轴锥孔装60°圆锥的研磨棒，用研磨棒的60°圆锥和车床尾座顶针顶紧薄台阶轴的两端中心孔，车床主轴旋转，手持薄台阶轴，研磨一端中心孔，同样方法研磨另一端中心孔；
(7)磨台阶外圆及端面：具体加工方法步骤如下：
a、用通用鸡心夹头装夹于台阶轴外圆，用双顶针顶于步骤中加工好的薄台阶轴两端中心孔，磨台阶外圆至要求；
b、用磨削夹头装夹于台阶外圆上，半精磨台阶轴外圆和台阶端面；
(8)精磨加工：用磨削夹头装夹于台阶外圆上，精密磨台阶轴 外圆至要求。
所述步骤(1)中热处理后采用空冷。
所述步骤(7)中磨台阶轴外圆时，台阶轴外圆预留精密磨削余量为0.08mm～0.15mm。
所述步骤(3)中在车台阶外圆时，其台阶外圆的台阶端面预留0.10mm～0.20mm的磨削余量。
一种实现上述加工方法的高精度薄台阶轴磨削夹头，包括夹紧盘及设置于夹紧盘上的拨杆所述夹紧盘中部设置有夹头孔，在夹紧盘沿夹头孔圆周方向均布置有三个斜孔，所述斜孔内设置有顶销，并通过内六角锥端紧定螺钉锁紧。
所述夹紧盘上的斜孔与轴向成68°～72°夹角。
所述夹头孔的直径比待磨薄台阶轴的台阶外圆直径大0.5mm～1mm，夹头孔的深度比待磨薄台阶轴的台阶厚度小0.5mm～1mm。
所述顶销与待磨薄台阶轴的台阶外圆接触的端面为圆弧，其圆弧半径比待磨薄台阶轴的台阶外圆的半径小1mm～2mm。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明通过利用外圆磨，用磨削夹头夹紧于工件的薄台阶外圆上，用双顶针顶紧工件的两端中心孔，机床主轴带动磨削夹头，磨削夹头带动工件旋转进行磨削外圆及台阶端面。解决了薄台阶轴的外圆及底端面的磨削难题，能保证底端面与外圆的垂直度，两外圆的同轴度，并且减少了切割(割成两件或割掉工艺搭子)、磨削(磨割后端面)和钳(清除毛刺)工序，大大节省了原材料和加工时间，从而提高了加工效率和降低加工成本。同时加工质量稳定，不受外径差和长度差的限制。
附图说明
图1为待磨薄台阶轴的结构示意图；
图2为本发明中磨削夹头的结构示意图；
图3为图2的A-A向结构示意图；
图4为本发明中磨削夹头与待磨薄台阶轴的装夹结构示意图。
图中：1-拨杆，2-夹紧盘，3-顶销，4-内六角锥端紧定螺钉，5-薄台阶轴，21-夹头孔，22-斜孔，51-台阶端面，52-台阶外圆，53-槽，54-台阶轴外圆，55-倒角。
具体实施方式
下面结合实施例附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
本发明所述的一种高精度薄台阶轴的加工方法，主要包括如下方法步骤：
(1)备料：如图1所示，圆棒料下料按台阶外圆52部分的长度加台阶轴外圆54部分的长度进行下料，材料选用20CrMnTi；
(2)热处理：将步骤(1)备好的圆棒料或锻件进行正火处理温度为950℃～970℃，采用空冷，硬度为HBS170～210；
(3)车加工：其车加工方法步骤如下：
a、夹紧棒料外圆，车棒料一端面，并在该端面上钻中心孔；
b、夹紧棒料一端，顶中心孔，车台阶轴外圆54、槽53及倒角55，在车台阶轴外圆54时，预留磨削余量为0.25mm～0.5mm；
c、夹紧台阶轴外圆54，车端面及台阶外圆52，并在台阶外圆52的端面上钻中心孔，在车台阶外圆52时，预留磨削余量为0.2mm～0.35mm；
(4)热处理：将经过步骤(3)所述车加工后的薄台阶轴5进行碳氮共渗、淬火及回火处理，其表面硬度为HRC58～63；
(5)表面处理：用喷砂机除锈，将薄台阶轴5竖立放于喷砂机的喷砂箱工作台上，数量以喷砂箱工作台的大小确定，在薄台阶轴5 的边缘用长方形钢靠牢固，对薄台阶轴5的一端面喷石英砂除锈；用同样的方法对薄台阶轴5的另一端面喷石英砂除锈；
(6)研磨加工薄台阶轴两端中心孔：在车床的主轴锥孔装60°圆锥的研磨棒，用研磨棒的60°圆锥和车床尾座顶针顶紧薄台阶轴5的两端中心孔，车床主轴旋转，手持薄台阶轴5，研磨一端中心孔，同样方法研磨另一端中心孔；
(7)磨加工：具体加工方法步骤如下：
a、用通用鸡心夹头装夹于台阶轴外圆54，用双顶针顶于步骤(6)中加工好的薄台阶轴两端中心孔，磨台阶外圆52至要求；
b、用磨削夹头装夹于台阶外圆52上，半精磨台阶轴外圆54和台阶端面51；
(8)精磨加工：用磨削夹头装夹于台阶外圆52上，精密磨台阶轴外圆54至要求。
所述步骤(1)中热处理后采用空冷。
所述步骤(7)中磨台阶轴外圆54时，台阶轴外圆54预留精密磨削余量为0.08mm～0.15mm。
所述步骤(3)中在车台阶外圆52时，其台阶外圆52的台阶端面51预留0.10mm～0.20mm的磨削余量。
(9)终检。
如图2、3所示，本发明所述的一种高精度薄台阶轴磨削夹头，包括夹紧盘2及设置于夹紧盘2上的拨杆1，所述夹紧盘2中部设置有夹头孔21，在夹紧盘2沿夹头孔21圆周方向均布置有三个斜孔22，所述斜孔22内设置有顶销3，并通过内六角锥端紧定螺钉4锁紧。在实际使用时，可根据具体要求，其斜孔22可以是多个均匀分布。
所述夹紧盘2上的斜孔22与轴向成68°～72°夹角。
所述夹头孔21的直径比待磨薄台阶轴5的台阶外圆52的直径大0.5mm～1mm，夹头孔21的深度比待磨薄台阶轴5的台阶厚度小0.5 mm～1mm。
所述顶销3与待磨薄台阶轴5的台阶外圆52接触的端面为圆弧，其圆弧半径比待磨薄台阶轴5的台阶外圆的半径小1mm～2mm。内六角锥端紧定螺钉4选用GB/T78-M5的标准螺钉改制锥端，使其锥端与顶销3的端面配合
在本技术方案中，所述斜孔22的底端为光孔，用于安装顶销3，孔口端为M5的螺纹孔，用于装内六角锥端紧定螺钉4。
如图4所示，在使用本发明所述的磨削夹头磨薄台阶轴5时，磨削夹头平放于工作台上，台阶外圆52装入夹头孔21中，拧紧内六角锥端紧定螺钉4，顶销3对薄台阶轴产生两个方向的夹紧力，一个是径向夹紧力，一个是轴向夹紧力。径向夹紧力比轴向夹紧力大，主要是夹紧薄台阶轴，从而实现磨削夹头带动薄台阶轴旋转。轴向夹紧力主要是使薄台阶轴端面紧贴夹头孔21底端面，磨削夹头不会产生偏斜，在磨削薄台阶轴时，砂轮与磨削夹头不会相碰，使用安全。如图 4所示，薄台阶轴和磨削夹头一起装在机床上，用双顶针定位并顶紧薄台阶轴，机床主轴上的拨杆带动磨削夹头和薄台阶轴旋转。

Claims (8)

1.一种高精度薄台阶轴的加工方法，其特征在于：主要包括如下步骤：
(1)备料：根据要求备圆棒料或锻件；
(2)热处理：将步骤(1)备好的圆棒料或锻件进行正火处理温度为950℃～970℃，硬度为HBS170～210；
(3)车加工：其车加工方法步骤如下：
a、夹紧棒料外圆，车棒料一端面，并在该端面上钻中心孔；
b、夹紧棒料一端，顶中心孔，车台阶轴外圆(54)、槽(53)及倒角(55)，在车台阶轴外圆(54)时，预留磨削余量为0.25mm～0.5mm；
c、夹紧台阶轴外圆(54)，车端面及台阶外圆(52)，并在台阶外圆(52)的端面上钻中心孔，在车台阶外圆(52)时，预留磨削余量为0.2mm～0.35mm；
(4)热处理：将经过步骤(3)所述车加工后的薄台阶轴(5)进行碳氮共渗、淬火及回火处理，其表面硬度为HRC58～63；
(5)表面处理：用喷砂机除锈，将薄台阶轴(5)竖立放于喷砂机的喷砂箱工作台上，在薄台阶轴(5)的边缘用长方形钢靠牢固，对薄台阶轴(5)的一端面喷石英砂除锈；用同样的方法对薄台阶轴(5)的另一端面喷石英砂除锈；
(6)研磨加工薄台阶轴两端中心孔：在车床的主轴锥孔装60°圆锥的研磨棒，用研磨棒的60°圆锥和车床尾座顶针顶紧薄台阶轴(5)的两端中心孔，车床主轴旋转，手持薄台阶轴(5)，研磨一端中心孔，同样方法研磨另一端中心孔；
(7)磨台阶外圆及端面：具体加工方法步骤如下：
a、用通用鸡心夹头装夹于台阶轴外圆(54)，用双顶针顶于步骤(6)中加工好的薄台阶轴两端中心孔，磨台阶外圆(52)至要求；
b、用磨削夹头装夹于台阶外圆(52)上，半精磨台阶轴外圆(54)和台阶端面(51)；
(8)精磨加工：用磨削夹头装夹于台阶外圆(52)上，精密磨台阶轴外圆(54)至要求。
2.根据权利要求1所述的一种高精度薄台阶轴的加工方法，其特征在于：所述步骤(1)中热处理后采用空冷。
3.根据权利要求1所述的一种高精度薄台阶轴的加工方法，其特征在于：所述步骤(7)中磨台阶轴外圆(54)时，台阶轴外圆(54)预留精密磨削余量为0.08mm～0.15mm。
4.根据权利要求1所述的一种高精度薄台阶轴的加工方法，其特征在于：所述步骤(3)中在车台阶外圆(52)时，其台阶外圆(52)的台阶端面(51)预留0.10mm～0.20mm的磨削余量。
5.一种实现如权利要求1所述加工方法的高精度薄台阶轴磨削夹头，包括夹紧盘(2)及设置于夹紧盘(2)上的拨杆(1)，其特征在于：所述夹紧盘(2)中部设置有夹头孔(21)，在夹紧盘(2)沿夹头孔(21)圆周方向均布置有三个斜孔(22)，所述斜孔(22)内设置有顶销(3)，并通过内六角锥端紧定螺钉(4)锁紧。
6.根据权利要求5所述的一种高精度薄台阶轴磨削夹头，其特征在于：所述夹紧盘(2)上的斜孔(22)与轴向成68°～72°夹角。
7.根据权利要求5所述的一种高精度薄台阶轴磨削夹头，其特征在于：所述夹头孔(21)的直径比待磨薄台阶轴(5)的台阶外圆直径大0.5mm～1mm，夹头孔(21)的深度比待磨薄台阶轴(5)的台阶厚度小0.5mm～1mm。
8.根据权利要求5所述的一种高精度薄台阶轴磨削夹头，其特征在于：所述顶销(3)与待磨薄台阶轴(5)的台阶外圆(52)接触的端面为圆弧，其圆弧半径比待磨薄台阶轴(5)的台阶外圆(52)的半径小1mm～2mm。
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