CN107654369A - 一种石墨叶片泵转子的加工方法及其专用夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种石墨叶片泵转子的加工方法，包括以下步骤：(1)铣端面；(2)钻定位孔；(3)开粗；(4)钻装配孔；(5)粗铣旋片槽；(6)精铣连接板定位面；(7)精铣第一外圆；(8)精钻孔；(9)二次开粗；(10)精铣第二外圆；(11)精铣旋片槽；(12)铣断；(13)磨外圆；(14)磨平面；该加工方法能够保证转子的同轴度以及转子上的旋片槽的边角不被损害，提高了加工精度和加工效率。本发明还公开上述加工方法所使用的第一专用夹具和第二专用夹具；第一专用夹具上设有气槽，能够将工件吸紧，保证在加工过程中不会移动，保证工件的加工精度；第二专用夹具上设有吸风孔，能够将转子吸紧固定，提高转子的加工精度。

Description

一种石墨叶片泵转子的加工方法及其专用夹具
技术领域
本发明涉及一种转子的加工方法及其专用夹具，具体涉及一种石墨叶片泵转子的加工方法及其专用夹具。
背景技术
叶片泵工作时，主要是通过转子以及装配在转子上的旋片在定子内进行相互运动来实现工作目的，由此看出，转子的质量尤为重要。因此，对转子的加工也有着严格的要求，必须要保证其加工精度和质量。
石墨叶片泵转子的原材料为石墨，其具有易崩、易碎和耐磨等特点，因此，在加工过程中对工人的技术要求很高，增加了对转子的加工难度。在现有的石墨转子的加工方法中，加工出来的转子精度欠佳，废品率高。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种石墨叶片泵转子的加工方法，该加工方法能够提高转子的加工精度，降低废品率。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种石墨叶片泵转子的加工方法，包括以下步骤：
(1)铣端面：将板状工件装夹在工作台上，分别对工件的第一端面和第二端面进行铣削使其平整；
(2)钻定位孔：铣完工件的两个端面后，在工件上钻定位孔；
(3)开粗：在工件上粗铣出多个第一凸圆台；
(4)钻装配孔：在每个所述第一凸圆台上钻装配孔；
(5)粗铣旋片槽：在每个所述第一凸圆台上铣削加工出旋片槽，旋片槽上下贯穿工件；
(6)精铣连接板定位面：对工件中连接各个第一凸圆台的连接板的上表面进行精铣，精铣过的上表面构成后续加工的定位面；
(7)精铣第一外圆：对各个第一凸圆台的第一外圆进行精铣，精铣的第一外圆作为后续加工的定位面；
(8)精钻孔：将工件翻转装夹在第一专用夹具上，工件上的每一个第一凸圆台与第一专用夹具上的每一个圆柱槽匹配，工件上的连接板中的定位面与第一专用夹具的上表面贴合，工件上的定位孔与第一专用夹具上的定位柱配合，随后对所述装配孔进行精加工；
(9)二次开粗：在工件上另一侧铣出第二凸圆台，这些第二凸圆台与步骤(3)中的第一凸圆台位于工件的两侧且位置一一对应；
(10)精铣第二外圆：对步骤(9)中铣出的各个第二凸圆台的第二外圆进行精铣；
(11)精铣旋片槽：对所述旋片槽进行精铣；
(12)铣断：将连接各个第二凸圆台之间的连接板铣断，获得一个个独立的转子；
(13)磨外圆：将独立的转子装夹在第二专用夹具上，其中，转子的装配孔与第二专用夹具中的定位轴配合，转子的旋片槽与第二专用夹具中的定位片配合，随后磨转子的外圆；
(14)磨平面：对所述转子的上表面和下表面进行磨削加工，获得成品。
本发明的一个优选方案，其中，在步骤(1)中，先对工件的上表面进行粗铣削加工；接着将工件翻转，对其下表面进行粗铣削加工，随后对工件的下表面进行精铣削加工；最后，再次翻转工件，对其上表面进行精铣削加工。这样对工件的上表面和下表面进行铣削加工，减少了对工件表面的损坏，提高了工件表面的精度。
本发明的一个优选方案，其中：
在步骤(4)中，先粗加工钻出第一沉孔，然后在第一沉孔的基础上铣出第一段装配中心孔，其中，装配中心孔直径小于第一沉孔，该第一装配孔为与工作时的转轴配合的孔；接着，对第一沉孔进行扩孔精加工；
在步骤(8)中，先粗铣第二沉孔，再粗铣第三沉孔，其中，第二沉孔直径大于第三沉孔，第三沉孔直径大于装配中心孔；接着精铣第三沉孔；紧接着铣第二段装配中心孔，与第一段装配中心孔连通；最后对整个装配中心孔进行精加工。
本发明的一个优选方案，其中：
在完成步骤(7)后，在每个第一凸圆台上铣出与第一沉孔连通的椭圆槽；
在完成步骤(10)后，在第二凸圆台上与所述椭圆槽对应处铣出椭圆孔，该椭圆孔直径比椭圆槽小，并且该椭圆孔与所述椭圆槽连通。
本发明的一个优选方案，其中，在步骤(7)中，对每个第一凸圆台的第一外圆进行多次铣削精加工，这样有利于工件与第一专用夹具的安装，保证后续的加工顺利完成。
本发明的一个优选方案，其中，在步骤(5)和步骤(8)中，在对旋片槽进行加工时，利用全刀在第一凸圆台外缘处先铣穿工件，然后刀具沿着旋片槽开口其中一侧的切线方向进刀进行铣削加工，当旋片槽加工完毕，需要退刀时，所述刀具沿着旋片槽开口另一侧的切线方向离开第一凸圆台。这样的加工方式，使得刀具在对旋片槽的边角进行加工时，避免直接撞击第一凸圆台的外圆而导致边角崩碎。
优选地，在对旋片槽进行加工时，采用一次走刀的方式进行加工，这样能够将旋片槽一次性加工出来表面各处精度统一，同时也避免了边角崩碎。
本发明的一个优选方案，其中，在步骤(5)中进行加工旋片槽时，每次在工件上同时加工两排旋片槽。采用每次加工两排旋片槽，一方面，能够保护刀具，防止刀具疲劳；另一方面，有效地保证旋片槽的加工精度。
本发明还提供一种上述石墨叶片泵转子的加工方法所使用的第一专用夹具，包括固定板以及设置在固定板上的用于固定工件的圆柱槽，圆柱槽的数量、位置、大小分别与凸圆台的数量、位置、大小对应；所述固定板在圆柱槽之间的部位设有用于将工件的连接板吸紧的气槽，该气槽与负压装置连接；当工件装夹在第一专用夹具上时，工件上的第一凸圆台与所述圆柱槽一一对应配合，工件的连接板的定位面与固定板的顶面贴合。各个所述圆柱槽与工件板上各第一凸圆台的第一外圆相互配合固定，同时，气槽将工件吸紧，解决了由于夹紧力不足而导致工件松动使得工件板翘起从而导致工件变形的问题；另外，转子的加工精度也进一步得到提高。
本发明还提供一种上述石墨叶片泵转子的加工方法所使用的第二专用夹具，包括底板、定位轴以及多个定位片；所述定位轴与所述转子上的装配孔配合，所述定位片与所述转子上的旋片槽一一对应且大小匹配；在所述底板的上表面上设有吸风孔，该吸风孔与负压装置连接。通过定位轴以及定位片将转子固定在第二专用夹具上；另外，所述吸风孔能够将转子吸紧在第二专用夹具上，保证在对转子的外圆面进行精加工时不会偏移，提高转子的圆度精度。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明的加工方法中，通过在一个板状工件上加工处多个转子，不但效率更高，而且同一批次的转子之间基于同样的装夹和基准进行加工，精度差异小，后续使用过程中互换性好。
2、在加工旋片槽时，从第一凸圆台的一侧直接铣穿工件，从而有效避免旋片槽边角部位崩缺。
3、在加工第一凸圆台时，对工件中连接各个第一凸圆台的连接板的上表面进行铣削精加工，并对各个第一凸圆台的第一外圆进行铣削精加工，确保两个加工面的精度，然后再将工件放置到第一专用夹具上时，连接板的上表面能够跟第一专用夹具的上表面精准贴合，而第一凸圆台的第一外圆能够与第一专用夹具的圆柱槽匹配，再结合定位孔和定位柱的配合关系，使得经过上半部分加工的工件能够精确地定位到第一专用夹具上，进而在该基础上再加工下半部分，就能使两部分之间的误差尽可能减小，从而确保整个转子的加工精度。
4、在最后的磨外圆和磨平面工艺中，利用第二专用夹具上的定位轴作为定位件与转子上的装配孔进行配合，再利用第二专用夹具中与转子的旋片槽匹配的定位片进行配合，防止转子在磨外圆时转动，从而能够确保转子轴装配孔与外圆之间的同轴精度。
附图说明
图1为本发明所要求加工的转子的俯视图示意图。
图2为本发明所要求加工的转子的正面的立体结构示意图。
图3为本发明所要求加工的转子的反面的立体结构示意图。
图4为图1中A-A的剖视图。
图5为本发明一种石墨叶片泵转子的加工方法中采用的工件的立体结构示意图。
图6为完成定位孔加工后的工件的立体结构示意图。
图7为在工件上加工出多个第一凸圆台后的立体结构示意图。
图8为完成步骤(5)后的第一凸圆台的局部放大图。
图9为本发明所述第一专用夹具的立体结构示意图。
图10为工件翻转后装夹在第一专用夹具上的立体结构示意图。
图11为图7中的局部放大图。
图12为完成二次开粗后的工件以及第一专用夹具的立体结构示意图。
图13为图9中的局部放大图。
图14为本发明所述第二专用夹具的立体结构示意图。
图15为转子装夹在第二专用夹具上的立体结构示意图。
图16为本发明的实施方式中的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
本实施例中的一种石墨叶片泵转子的加工方法，包括一下步骤：
(1)铣端面：把工件装夹在工作台上，先对工件的第一端面1进行粗加工铣削，并且保证工件的厚度在12.2mm以上，然后把工件翻面装夹，再对工件的第二端面进行粗加工铣削，保证工件的为12.02mm左右，并确保第一端面1和第二端面2的光洁度。完成铣端面的粗加工后，继续进行精加工，对第二端面2进行精加工铣削，在加工过程中降低进给量，提高刀具的转速；紧接着，把工件翻面装夹，同样地对第一端面1进行铣削精加工。
(2)钻定位孔3：用φ4mm的钻头在工件的任一对角线的两端钻定位孔3。钻定位孔3是为了能够在后面工序中将工件准确地装夹在第一专用夹具上。(如图6所示)
(3)开粗：用φ10mm的旧石墨刀在工件上粗铣出φ29.95mm的第一凸圆台4。(如图7所示)
(4)钻装配孔：本实施例中所述装配孔包括第一沉孔5以及装配中心孔6，因此，需要对第一沉孔5进行粗加工和精加工，以及对装配中心孔6进行粗加工，其中，装配中心孔6用于与与叶片泵中的转轴配合安装，需要确保两者的同轴度，因此精度要求较高，后续需要进行精加工；第一沉孔5用于与叶片泵中的转轴中键槽段配合；具体步骤如下：
(4.1)：用φ5.8mm的新钻头在第一凸圆台4上钻出φ9mm的第一沉孔5和第一段φ6mm的装配中心孔6；
(4.2)：用φ4mm的合金刀对第一沉孔5进行扩孔精加工。(如图8所示)
(5)粗铣旋片槽：用新石墨刀在第一凸圆台4上粗铣出旋片槽7至穿透工件。
在粗铣加工时，利用全刀(全刀是指刀具的刀刃覆盖旋片槽的整个高度范围，在高度方向上一次性铣出)在第一凸圆台4外缘处先铣穿工件，然后刀具沿着旋片槽7开口其中一侧的切线方向进刀进行铣削加工，当旋片槽7加工完毕，需要退刀时，所述刀具沿着旋片槽7开口另一侧的切线方向离开第一凸圆台4。这样的加工方式，使得刀具在对旋片槽7的边角进行加工时，避免直接撞击第一凸圆台4的第一外圆9而导致边角崩碎；另外，在铣削加工过程中，采用一次走刀完成对旋片槽7的加工的方式，这样能够保证边角不会崩碎的同时，可以提高旋片槽7的加工精度。
(6)精铣连接板20定位面：对工件中连接各个第一凸圆台4的连接板20的上表面进行精铣，精铣过的上表面构成后续加工的定位面。这样的目的是为了在后续加工时，保证工件能与第一专用夹具紧密贴合。
(7)精铣第一外圆9：用φ6mm的新石墨刀对第一外圆9进行多次铣削加工，保证第一凸圆台的直径尺寸在30.1-30.15mm之间，精铣的第一外圆9作为后续加工的定位面；这是为了在精加工时，方便工件与第一专用夹具的配合，有利于后续的加工。
由于在本实施例中所要求加工的转子上设有椭圆槽10，因此，在对第一外圆9进行精铣削加工后，需要对椭圆槽10进行加工；在加工过程中，选用φ2mm的新合金刀，在所述第一凸圆台4上的指定位置处加工出椭圆槽10。椭圆槽10用于与叶片泵中的转轴上的键进行配合，以将转轴的动力传递给转子。
(8)精钻孔：本实施例中，所述装配孔还包括第二沉孔12以及第三沉孔13，第二沉孔12和第三沉孔13为阶梯孔，便于转轴的转配，因此，在将工件翻转装夹后需要先对第二沉孔12和第三沉孔13进行加工，再对第二段装配中心孔6进行粗加工以及对整个装配中心孔6进行精加工，具体步骤如下：
(8.1)：将工件翻转装夹在第一专用夹具上，工件上的连接板20中的定位面与第一专用夹具的上表面贴合；随后，用φ3mm的旧合金刀粗铣出φ9mm的第二沉孔12以及φ6.5mm的第三沉孔13；紧接着，用φ3mm的新合金刀精加工φ6.5mm的第三沉孔13，并保证第三沉孔13的直径尺寸公差为6.45-6.55mm；
(8.2)：用φ6.0mm的钻头粗加工φ6mm的第二段装配中心孔6，使得第一段装配中心孔6与第二段装配中心孔6连通；紧接着再用φ6.035mm的钻头精加工φ6mm的装配中心孔6，并保证所述装配中心孔6的直径尺寸公差为6.03-6.05mm。(如图11所示)
(9)二次开粗：用φ6mm的旧石墨刀在工件上铣出第二凸圆台14，这些第二凸圆台14与步骤(3)中的第一凸圆台4位于工件的两侧且位置一一对应。(如图12所示)
(10)精铣第二外圆21：对步骤(9)中铣出的各个第二凸圆台14的第二外圆21进行精铣；这样能够使得第一外圆9与第二外圆21的表面精度一致，有利于后续对转子的外圆进行统一的精加工。
由于在本实施例中所要求加工的转子上设有椭圆孔15，因此，在对第二外圆21进行精铣削加工后，需要对椭圆孔15进行加工；在加工过程中，用φ1.5mm的合金刀在所述第二凸圆台14上加工出宽度为2.1mm的椭圆孔15，并保证椭圆孔15的直径为2.1mm±0.04；随后，再用φ1.5mm的石墨刀精铣椭圆孔15内表面16。
(11)精铣旋片槽7：用φ1.5mm的新石墨刀精铣旋片槽7，并保证旋片槽7的宽度尺寸在1.81-1.85mm。加工过程中采用与上述步骤(5)同样的加工方式，同时需要提高刀具的转速，降低进给量，这样能够保证边角不被损坏，提高加工精度。
(12)铣断：将连接各个第二凸圆台14的连接板20铣断，获得一个个独立的转子。
(13)磨外圆23：把获得的转子装夹在第二专用夹具上，对转子的外圆23进行磨削精加工，加工过程中保证所述外圆23与φ6mm的装配中心孔6的同轴度。(如图15所示)
(14)磨平面：把转子安装在磨床工作台上，依次精磨转子的上表面和下表面，以保证工件的两面的平行度要求。
参见图9，在本实施例中，所述第一专用夹具包括固定板23以及设置在固定板23上的用于固定工件的圆柱槽8，圆柱槽8的数量、位置、大小分别与第一凸圆台4的数量、位置、大小对应；所述固定板23在圆柱槽8之间的部位设有用于将工件的连接板20吸紧的气槽11，该气槽11与负压装置连接；当工件装夹在第一专用夹具上时，工件上的第一凸圆台4与所述圆柱槽8一一对应配合，工件的连接板20的定位面与固定板23的顶面贴合。各个所述圆柱槽8与工件板上各个第一凸圆台4的第一外圆9相互配合固定，同时，气槽11将工件吸紧，解决了由于夹紧力不足而导致工件松动使得工件板翘起从而导致工件变形的问题；另外，转子的加工精度也进一步得到提高。
参见图14，所述第二专用夹具包括底板22、定位轴18以及多个定位片17；所述定位轴18与所述转子上的装配中心孔6配合，所述定位片17与所述转子上的旋片槽7一一对应且大小匹配；在所述底板22的上表面上设有吸风孔19，该吸风孔19与负压装置连接。通过定位轴18以及定位片17将转子固定在第二专用夹具上；另外，所述吸风孔19能够将转子吸紧在第二专用夹具上，保证在对转子的外圆23进行精加工时不会偏移，提高转子的圆度精度。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石墨叶片泵转子的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)铣端面：将板状工件装夹在工作台上，分别对工件的第一端面和第二端面进行铣削使其平整；
(2)钻定位孔：铣完工件的两个端面后，在工件上钻定位孔；
(3)开粗：在工件上粗铣出多个第一凸圆台；
(4)钻装配孔：在每个所述第一凸圆台上钻装配孔；
(5)粗铣旋片槽：在每个所述第一凸圆台上铣削加工出旋片槽，旋片槽上下贯穿工件；
(6)精铣连接板定位面：对工件中连接各个第一凸圆台的连接板的上表面进行精铣，精铣过的上表面构成后续加工的定位面；
(7)精铣第一外圆：对各个第一凸圆台的第一外圆进行精铣，精铣的第一外圆作为后续加工的定位面；
(8)精钻孔：将工件翻转装夹在第一专用夹具上，工件上的每一个第一凸圆台与第一专用夹具上的每一个圆柱槽匹配，工件上的连接板中的定位面与第一专用夹具的上表面贴合，工件上的定位孔与第一专用夹具上的定位柱配合，随后对所述装配孔进行精加工；
(9)二次开粗：在工件上另一侧铣出第二凸圆台，这些第二凸圆台与步骤(3)中的第一凸圆台位于工件的两侧且位置一一对应；
(10)精铣第二外圆：对步骤(9)中铣出的各个第二凸圆台的第二外圆进行精铣；
(11)精铣旋片槽：对所述旋片槽进行精铣；
(12)铣断：将连接各个第二凸圆台之间的连接板铣断，获得一个个独立的转子；
(13)磨外圆：将独立的转子装夹在第二专用夹具上，其中，转子的装配孔与第二专用夹具中的定位轴配合，转子的旋片槽与第二专用夹具中的定位片配合，随后磨转子的外圆；
(14)磨平面：对所述转子的上表面和下表面进行磨削加工，获得成品。
2.根据权利要求1所述的一种石墨叶片泵转子的加工方法，其特征在于，在步骤(1)中，先对工件的上表面进行粗铣削加工；接着将工件翻转，对其下表面进行粗铣削加工，随后对工件的下表面进行精铣削加工；最后，再次翻转工件，对其上表面进行精铣削加工。
3.根据权利要求1所述的一种石墨叶片泵转子的加工方法，其特征在于，
在步骤(4)中，先粗加工钻出第一沉孔，然后在第一沉孔的基础上铣出第一段装配中心孔，其中，装配中心孔直径小于第一沉孔，装配中心孔为与工作时的转轴配合的孔；接着，对第一沉孔进行扩孔精加工；
在步骤(8)中，先粗铣第二沉孔，再粗铣第三沉孔，其中，第二沉孔直径大于第三沉孔，第三沉孔直径大于装配中心孔；接着精铣第三沉孔；紧接着铣第二段装配中心孔，与第一段装配中心孔连通；最后对整个装配中心孔进行精加工。
4.根据权利要求3所述的一种石墨叶片泵转子的加工方法，其特征在于，
在完成步骤(7)后，在每个第一凸圆台上铣出与第一沉孔连通的椭圆槽；
在完成步骤(10)后，在第二凸圆台上与所述椭圆槽对应处铣出椭圆孔，该椭圆孔直径比椭圆槽小，并且该椭圆孔与所述椭圆槽连通。
5.根据权利要求1所述的一种石墨叶片泵转子的加工方法，其特征在于，在步骤(7)中，对每个第一凸圆台的第一外圆进行多次铣削精加工。
6.根据权利要求1所述的一种石墨叶片泵转子的加工方法，其特征在于，在步骤(5)和步骤(8)中，在对旋片槽进行加工时，利用全刀在第一凸圆台外缘处先铣穿工件，然后刀具沿着旋片槽开口其中一侧的切线方向进刀进行铣削加工，当旋片槽加工完毕，需要退刀时，所述刀具沿着旋片槽开口另一侧的切线方向离开第一凸圆台。
7.根据权利要求6所述的一种石墨叶片泵转子的加工方法，其特征在于，在对旋片槽进行加工时，采用一次走刀的方式完成对旋片槽的加工。
8.根据权利要求1所述的一种石墨叶片泵转子的加工方法，其特征在于，在步骤(5)中进行加工旋片槽时，每次在工件上同时加工两排旋片槽。
9.一种权利要求1-8任一项所述石墨叶片泵转子的加工方法所使用的第一专用夹具，其特征在于，包括固定板以及设置在固定板上的用于固定工件的圆柱槽，圆柱槽的数量、位置、大小分别与第一凸圆台的数量、位置、大小对应；所述固定板在圆柱槽之间的部位设有用于将工件的连接板吸紧的气槽，该气槽与负压装置连接；当工件装夹在第一专用夹具上时，工件上的第一凸圆台与所述圆柱槽一一对应配合，工件的连接板的定位面与固定板的顶面贴合。
10.一种权利要求1-8任一项所述石墨叶片泵转子的加工方法所使用的第二专用夹具，其特征在于，包括底板、定位轴以及多个定位片；所述定位轴与所述转子上的装配孔配合，所述定位片与所述转子上的旋片槽一一对应且大小匹配；在所述底板的上表面上设有吸风孔，该吸风孔与负压装置连接。
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