CN106112631A - 锥环加工用履式无心夹具及其定位调整工装工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种锥环加工用履式无心夹具及其定位调整工装工艺，其采用机夹方式活动设置支承块，让支承块的支承面能够进行相对工件安装区域的径向调整，使所述锥环加工用履式无心夹具能够加工各种规格尺寸的工件，以及让支承块的支承面做顺时针或逆时针的角度调整，通过对角度的调整使支承面能够与工件的外圆锥面充分契合，从而减少支承面与工件间的外锥面粘接磨损导致工件不合格现象，进一步的在对加工工件之前，先采用定位体对锥环加工用履式无心夹具进行预先调整，确定在该规格尺寸的工件在夹具上与工件主轴间的偏心方向和偏心距离，保证工件在磨削过程中的稳定性。

Description

锥环加工用履式无心夹具及其定位调整工装工艺
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种锥环加工用履式无心夹具及其定位调整工装工艺。
背景技术
在金属圆环状零件或轴承套圈的内圆磨削加工过程中，普遍使用履式无心夹具(又称电磁无心夹具)装夹工件。该技术最早应用于20世纪40年代美国巴顿(Barden)公司，为提高用于投弹瞄准器上轴承的磨加工精度，之后在各国的轴承工业中陆续推广改良沿用至今。履式无心夹具的特点是：工件中心不与主轴中心重合，采用端面磁吸力装夹而不是硬性径向装夹，其加工精度不受主轴旋转精度的影响。具有刚性好、消除定心误差工件旋转定位精度高圆度得到改善、上下料方便快捷等优点。工件以外径和端面在夹具的两个支承上定位后，利用直流电磁线圈产生的磁吸力将工件端面紧吸在磁极端面上，并使工件与工件主轴(磁极)间具有一定的偏心距离。当磁极绕其轴心旋转时，磁极就迫使工件绕着本身的中心旋转，由于两者间有一个偏心，因而磁极与工件间产生相对滑动，于是磁极端面对工件产生一个摩擦力矩和一个通过工件中心并垂直于轴心与工件中心连线的摩擦合力。前者迫使工件回转，后者则使工件紧贴于两支承上，因而使工件获得稳定的回转运动。
但是，履式无心夹具应用于锥环工件加工，存在两方面的问题：一是支承材质及支承与工件间的接触表面粘接磨损等原因导致工件用于加工定位的外表面容易出现划伤影响外观或粗糙度等质量指标，目前通行的做法是将磨加工分为粗磨、精磨，或者在磨加工后增加超精研工序，通过精磨或超精研改善表面质量，副作用是工艺流程复杂效率较低；第二个问题是由于工件定位面为锥面导致支承调整较困难，并且支承在经过使用磨损后需要更换，频繁的支承更换作业中新支承的调整难以确保工件在磁极上的偏心方向及偏心距离等指标稳定合适且更容易发生划伤问题，从而影响加工过程和工件质量稳定。
偏心距离对加工过程的影响。偏心距离随工件外径变化而变化，总体来说，工件径向尺寸越小选取的偏心距离越小。偏心距离过大，会使工件楔在支承装置里，易造成加工工件时外圆定位基准表面划伤甚至烧伤和磨加工表面质量低劣以及支承磨损过快；偏心距离过小，装夹定位不稳定导致工件在加工过程中位置不稳定，从而造成工件质量不稳定、工件飞出导致设备或人员存在安全隐患。合适的偏心设置可以避免上述情况的发生，使工件在磁力吸附旋转作用下迅速地将其保持在支承履上，并使作用于工件上的诸力的合力大致在两支承中间，使工件作可靠的绕入动作而稳定在支承上。
发明内容
本发明的目的在于克服原有履式无心夹具系统中的诸多缺陷，改进支承块材质性能、支承安装方式、以及支承定位调整工装工艺解决其在锥环加工时影响质量和效率的工艺技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种锥环加工用履式无心夹具，其包括设置在主轴上、用于对工件进行吸附的磁极；设置在主轴座上、用于对工件的锥面进行支承的支承块；所述锥环加工用履式无心夹具至少包含两个相互垂直设置的支承块，所述支承块均相对磁极上的工件安装区域设置；
其中，所述支承块通过一调控组件设置在主轴座上，所述调控组件包括径向调整机构和角度调整机构，所述径向调整机构控制所述支承块沿磁极的直径方向运动，所述角度调整机构控制所述支承块相对磁极做顺时针或逆时针的转动。
一种锥环加工用履式无心夹具的定位调整工装工艺，其包括以下步骤:
S1、根据待加工工件的规格尺寸确定所述定位体在夹具上与工件主轴间的偏心方向和偏心距离；
S2、以定位体为参考件对锥环加工用履式无心夹具的偏心方向和偏心距离进行工装定位调整；
S3、将锥环同轴吸附在磁极上，采用定位调整后的锥环加工用履式无心夹具对锥环进行加工。
本发明所述锥环加工用履式无心夹具及其定位调整工装工艺，其采用机夹方式活动设置支承块，让支承块的支承面能够进行相对工件安装区域的径向调整，使所述锥环加工用履式无心夹具能够加工各种规格尺寸的工件，以及让支承块的支承面做顺时针或逆时针的角度调整，通过对角度的调整使支承面能够与工件的外圆锥面充分契合，从而减少支承面与工件间的外锥面粘接磨损导致工件不合格现象，进一步的在对加工工件之前，先采用定位体对锥环加工用履式无心夹具进行预先调整，确定在该规格尺寸的工件在夹具上与工件主轴间的偏心方向和偏心距离，保证工件在磨削过程中的稳定性。
附图说明
图1为本发明所述定位块设置在锥环加工用履式无心夹具的俯视图；
图2为本发明所述定位块设置在锥环加工用履式无心夹具的侧视图；
图3为本发明所述锥环工件设置在锥环加工用履式无心夹具的俯视图；
图4为本发明所述锥环工件设置在锥环加工用履式无心夹具的侧视图；
图5为偏心距离对壁厚差的影响坐标图；
图6为偏心距离对锥面斜度的影响坐标图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种锥环加工用履式无心夹具，其包括设置在主轴10上、用于对工件进行吸附的磁极20；设置在主轴10座上、用于对工件的锥面进行支承的支承块30；所述锥环加工用履式无心夹具至少包含两个相互垂直设置的支承块30，如图1和图3所示，所述锥环加工用履式无心夹具的主轴10座上沿顺时针的方向依次设有第一支承块31、第二支承块32，且所述第一支承块31水平横向设置，所述第二支承块32垂直于第一支承块31的延伸方向纵向设置，所述第一支承块31和第二支承块32均相对磁极20上的工件安装区域设置。
所述第一支承块31和第二支承块32分别通过一调控组件设置在主轴10座上，所述调控组件包括径向调整机构40和角度调整机构50，如图2和图4所示，所述径向调整机构40控制所述支承块30沿磁极20的径向方向运动，所述角度调整机构50控制所述支承块30相对磁极20做顺时针或逆时针的转动。
所述径向调整机构40包括一支承夹板41，所述支承夹板41上设有相对磁极20径向设置的滑槽42，所述支承夹板41通过一穿过所述滑槽42的紧固螺栓固定在主轴10座上，所述支承块30设置在支承夹板41上。通过调整滑槽42相对紧固螺栓的位置，对支承夹板41进行沿磁极20径向方向的调整，从而带动支承块30沿磁极20的径向方向运动，扩大或缩小磁极20上工件安装区域的径向宽度。
所述角度调整机构50包括一水平设置在主轴10座上的支点轴销51，一套装在所述支点轴销51上的支承架52，所述支承块30设置在支承架52相对磁极20的一端，所述支承架52的另一端设有调整部件53，所述调整部件53控制支承块30绕支点轴销51做顺时针或逆时针的转动。具体的，所述调整部件53包括纵向贯穿支承架52一端、并与主轴10座螺纹配合的下压螺钉531；以及设置在所述主轴10座与支承架52之间的回复弹簧532；所述回复弹簧532套装在下压螺钉531上。
将所述下压螺钉531向下旋进主轴10座时，所述支承块30绕支点轴销51做顺时针转动，所述回复弹簧532被压缩，将所述下压螺钉531向上旋出主轴10座时，所述支承块30在回复弹簧532的回复弹力的作用下做逆时针转动。通过对支承块30进行顺时针或逆时针的转动调整，改变支承块30与工件接触角度，使所述支承块30的支承面角度能够与工件的锥面角度完整的配合在一起。且通过角度的调整，使本发明所述锥环加工用履式无心夹具能够适应不同锥度类型的工件，并确保支承块30与工件定位面始终保持最大接触面积以降低压强减少磨损和划痕。优选的，为了更加配合工件的锥面角度，所述支承块30倾斜设置在所述支承架52上。
所述支承块30通过一纵向设置的旋转轴销521活动安装在支承架52上，所述支承块30能够绕旋转轴销521水平转动，且所述支承块30呈正方形设计，其相对工件安装区域具有前后左右四个支承面，当其中一个支承面磨损之后，可以绕旋转轴销521水平转动90°使用其他的支承面，如此设置不仅可以方便地更换磨损的支承面，同时能够确保重复定位精确稳定性。
与普通无心夹具支承块30采用硬质合金材质并以焊接或镶嵌的固定方法不同，本发明所述锥环加工用履式无心夹具中，所述支承块30采用陶瓷材料制成，所述陶瓷材料具有摩擦系数小、不易与金属发生粘接、耐磨性好等优点，能够消除支承块30对工件外表面产生的划痕。具体的，陶瓷材料力学性能详见下表：
所述锥环加工用履式无心夹具还包括一定位体60，所述定位体60与磁极20同轴设置，具体的，所述磁极20的中心轴上设有一定位孔21，所述定位体60通过一与所述定位孔21配合设置的定位销61与磁极20同轴设置。
所述定位体60在夹具上与工件主轴10间的偏心方向和偏心距离是由待加工工件的规格尺寸确定的，具体的，所述定位体60具有与待加工工件的外锥面一致的外锥面，但其中心孔与待加工工件的外圆中心不重合，两者中心的距离即为该定位体60的偏心距离。所述偏心距离会影响工件壁厚差、锥面倾斜度等精度，通过试验数据得出影响曲线如图5和图6所示。根据该曲线确定夹具定位偏心距离约0.25～0.45mm,根据工件外径尺寸大小确定偏心距离，外径50～60mm偏心距离约0.25mm，外径60～70mm偏心距离约0.3mm，外径70～80mm偏心距离约0.35mm，外径80mm以上约0.4mm，以此类推最大不超过0.45mm。
所述偏心方向是指定位体60的中心孔与待加工工件的外圆中心的连线与第一支承块31的夹角，该夹角决定径向作用夹持力的方向，为了保证工件加工时不会发生较大偏移，所述径向作用夹持力应该设置在两支承块30的支承夹角之内，且最好在支承夹角的中间位置并向第二支承块32略偏一些的位置，以确保在磨削过程中的稳定性。根据夹角系统支承角度关系，该偏心方向角度约为30～45°。
在所述工件加工之前，先根据工件尺寸规格设计确定偏心量，根据偏心量设计制作与所述待加工工件的形状大小一致的定位体60，将定位体60通过定位销61与磁极20同轴设置在锥环加工用履式无心夹具上，调整定位体60在锥环加工用履式无心夹具上的位置，确定在该规格尺寸的工件在夹具上与工件主轴10间的偏心方向和偏心距离，保证工件在磨削过程中的稳定性。同时相应的调整锥环加工用履式无心夹具，使支承块30的支承面充分与定位体60的外锥面相契合，即支承面能够与工件的外圆锥面充分契合，从而减少支承面与工件间的外锥面粘接磨损导致工件不合格现象。由于支承面接触良好、且陶瓷支承在水基磨削液润滑条件下摩擦系数较小，工件支承面划伤的风险大幅降低，可适当提高磨削进给速度以提高加工效率。
以往采用原有方法调整夹具，由于过于依赖调整经验的积累，调整后的夹具效果因人而异差别较大，特别是经验较少的员工调整时间较长且反复调整或在投入生产后发现不稳定重新调整，导致因夹具调整停机时间较长。本发明根据上述锥环加工用履式无心夹具，还提供一种锥环加工用履式无心夹具的定位调整工装工艺，其包括以下步骤：
S1、根据待加工工件的规格尺寸确定所述定位体60在夹具上与工件主轴10间的偏心方向和偏心距离；
S2、以定位体60为参考件对锥环加工用履式无心夹具的偏心方向和偏心距离进行工装定位调整；
S3、将锥环同轴吸附在磁极20上，采用定位调整后的锥环加工用履式无心夹具对锥环进行加工。
其中，所述步骤S1包括以下步骤：
S11、根据工件外径尺寸大小确定定位体60的偏心距离；
S12、根据径向作用夹持力确定定位体60的偏心方向，所述径向作用夹持力在两支承块30的夹角之间。
优选的，所述偏心方向角度约为30～45°，夹具定位偏心距离约0.25～0.45mm。
其中，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、标注定位体60的最大偏心方向，将定位体60插入磁极20的定位孔21中，调整定位体60的最大偏心方向，使定位体60受到的径向合力方向位于两支承夹角之内；
S22、启动磁极20上磁后，定位体60同轴吸附在磁上，调整调控组件使支承块30的支承面抵靠在定位体60的锥面上，并对支承块30进行锁紧定位，使支承面的角度与定位体60的锥面角度相配合。
通过采用所述锥环加工用履式无心夹具的定位调整工装工艺，工作人员仅需要按照标准的调整工装工艺进行操作，即可在规定时间内都可以达到标准状态，且通过采用标准定位体60，使得最佳的偏心距离和偏心方向随时得以复制，不仅提高了调整精度，还提高了加工效率。
本发明所述锥环加工用履式无心夹具及其定位调整工装工艺，其采用机夹方式活动设置支承块30，让支承块30的支承面能够进行相对工件安装区域的径向调整，使所述锥环加工用履式无心夹具能够加工各种规格尺寸的工件，以及让支承块30的支承面做顺时针或逆时针的角度调整，通过对角度的调整使支承面能够与工件的外圆锥面充分契合，从而减少支承面与工件间的外锥面粘接磨损导致工件不合格现象，进一步的在对加工工件之前，先采用定位体60对锥环加工用履式无心夹具进行预先调整，确定在该规格尺寸的工件在夹具上与工件主轴10间的偏心方向和偏心距离，保证工件在磨削过程中的稳定性。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种锥环加工用履式无心夹具，其特征在于，包括设置在主轴(10)上、用于对工件进行吸附的磁极(20)；设置在主轴座(11)上、用于对工件的锥面进行支承的支承块(30)；所述锥环加工用履式无心夹具至少包含两个相互垂直设置的支承块(30)，所述支承块(30)均相对磁极(20)上的工件安装区域设置；
其中，所述支承块(30)通过一调控组件设置在主轴座(11)上，所述调控组件包括径向调整机构(40)和角度调整机构(50)，所述径向调整机构(40)控制所述支承块(30)沿磁极(20)的直径方向运动，所述角度调整机构(50)控制所述支承块(30)相对磁极(20)做顺时针或逆时针的转动。
2.根据权利要求1所述锥环加工用履式无心夹具，其特征在于，所述径向调整机构(40)包括一支承夹板(41)，所述支承夹板(41)上设有相对磁极(20)径向设置的滑槽(42)，所述支承夹板(41)通过一穿过所述滑槽(42)的紧固螺栓固定在主轴座(11)上，所述支承块(30)设置在支承夹板(41)上。
3.根据权利要求1所述锥环加工用履式无心夹具，其特征在于，所述角度调整机构(50)包括一水平设置在主轴座(11)上的支点轴销(51)，一套装在所述支点轴销(51)上的支承架(52)，所述支承块(30)设置在支承架(52)相对磁极(20)的一端，所述支承架(52)的另一端设有调整部件(53)，所述调整部件(53)控制支承块(30)绕支点轴销(51)做顺时针或逆时针的转动。
4.根据权利要求3所述锥环加工用履式无心夹具，其特征在于，所述调整部件(53)包括纵向贯穿支承架(52)一端、并与主轴座(11)螺纹配合的下压螺钉(531)；以及设置在所述主轴座(11)与支承架(52)之间的回复弹簧(532)；所述回复弹簧(532)套装在下压螺钉(531)上。
5.根据权利要求4所述锥环加工用履式无心夹具，其特征在于，所述支承块(30)通过一纵向设置的旋转轴销(521)活动安装在支承架(52)上，所述支承块(30)能够绕旋转轴销(521)水平转动。
6.根据权利要求4所述锥环加工用履式无心夹具，其特征在于，所述支承块(30)采用陶瓷制成。
7.根据权利要求1所述锥环加工用履式无心夹具，其特征在于，所述锥环加工用履式无心夹具还包括一定位体(60)，所述定位体(60)与磁极(20)同轴设置。
8.一种锥环加工用履式无心夹具的定位调整工装工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据待加工工件的规格尺寸确定所述定位体(60)在夹具上与工件主轴(10)间的偏心方向和偏心距离；
S2、以定位体(60)为参考件对锥环加工用履式无心夹具的偏心方向和偏心距离进行工装定位调整；
S3、将锥环同轴吸附在磁极(20)上，采用定位调整后的锥环加工用履式无心夹具对锥环进行加工。
9.根据权利要求1锥环加工用履式无心夹具的定位调整工装工艺，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
S11、根据工件外径尺寸大小确定定位体(60)的偏心距离；
S12、根据径向作用夹持力确定定位体(60)的偏心方向，所述径向作用夹持力在两支承块(30)的夹角之间。
10.根据权利要求1锥环加工用履式无心夹具的定位调整工装工艺，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、标注定位体(60)的最大偏心方向，将定位体(60)插入磁极(20)的定位孔(21)中，调整定位体(60)的最大偏心方向，使定位体(60)受到的径向合力方向位于两支承夹角之内；
S22、启动磁极(20)上磁后，定位体(60)同轴吸附在磁上，调整调控组件使支承块(30)的支承面抵靠在定位体(60)的锥面上，并对支承块(30)进行锁紧定位，使支承面的角度与定位体(60)的锥面角度相配合。
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