CN109746481A - 一种活塞杆高精度长深孔加工装置及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于加工工艺技术领域，具体涉及一种活塞杆高精度长深孔加工装置及加工方法。本发明装置中，活塞杆通过左端定位部分和右端定位部分全自由度装夹定位；刀头与长刀柄通过精密螺纹连接，长刀柄与传动装置连接。本发明方法包括：步骤一、制定合理的活塞杆机械加工总方案；步骤二、固化活塞杆高精度长深孔加工参数；步骤三、固定高精度长深孔加工操作方法。本发明能够解决活塞杆长深孔加工表面质量差、难冷却、难排屑等问题。
Description
技术领域
本发明属于加工工艺技术领域，具体涉及一种活塞杆高精度长深孔加工装置及加工方法。
背景技术
高精度长深孔活塞杆是航天用某机构中重要的功能零件，工作中通过活塞杆两腔的油压差，实现活塞杆交替往复运动，同时活塞杆是重要受力零件和动密封零件，内孔表面要求QPQ处理，其外形及内孔尺寸精度高、形位公差要求严，尤以高精度长深孔加工难度大。大长径活塞杆重要加工要素如图1所示。
高精度长深孔活塞杆长度565.5±0.2mm、内孔直径长径比约18.2：1，长径比大且各项设计技术指标要求较高，且长深孔并非通孔，必须进行至少两次加工，导致该高精度大长径活塞杆内孔圆柱度及与外圆的同轴度加工难度显著增加，加工不易保证，而这些尺寸超差将会影响到产品的性能，对产品图纸要求的后序内孔QPQ处理也影响较大。
高精度长深孔的加工是活塞杆类零件的加工重点，其具有以下加工工艺特点：
1)刀杆受孔径的限制，直径小、长度大，造成刚性差、强度低，切削时易产生振动、波纹、锥度，从而影响深孔的直线度和表面粗糙度；
2)在钻孔和扩孔时，冷却润滑液在没有采用特殊装置的情况下，难以输入到切削区，使刀具耐用度降低，而且排屑也困难；
3)在深孔的加工过程中，不能直接观察刀具切削情况，只能凭借工作经验听切削时的声音、看切屑、手摸振动与工件温度、观仪表，来判断切削过程是否正常；
4)切屑排除困难，必须采用可靠的手段进行短屑及控制切削的长短与形状，以利于顺利排除，防止切屑堵塞。
5)为了保证深孔在加工过程中顺利进行和达到相应要求的加工质量，应增加刀具内(或外)排屑装置、刀具引导和支承装置和高压冷却润滑装置。
6)刀具散热条件差，切削温度升高，使刀具的耐用度降低。
发明内容
本发明解决的技术问题：本发明提供一种活塞杆高精度长深孔加工装置及加工方法，能够解决活塞杆长深孔加工表面质量差、难冷却、难排屑等问题。
本发明采用的技术方案：
一种活塞杆高精度长深孔加工装置，包括左端定位部分、右端定位部分、长刀柄、和传动装置、刀头；活塞杆通过左端定位部分和右端定位部分全自由度装夹定位；刀头与长刀柄通过精密螺纹连接，长刀柄与传动装置连接。
所述左端定位部分包含四爪卡盘，可对活塞杆进行径向定位，左端定位部分中间通孔，通孔直径小于活塞杆外圆，对活塞杆进行轴向定位，同时左端定位部分的通孔在加工活塞杆通孔时有利于排屑及刀头的探出。
所述右端定位部分为后夹紧锥面定位盘，对活塞杆进行轴向定位，夹紧后也可对活塞杆进行径向弱定位，右端定位部分中间通孔，便于长刀柄和刀头穿过对活塞杆进行长深孔加工，在右端定位部分锥面与通孔相交处设有喷油孔，喷油孔口方向垂直于锥面，有利于冷却油在刀头对活塞杆加工过程进入长深孔进行冷却润滑。
所述刀头和长刀柄均中心通孔，刀头前端开有排屑入口，长刀柄尾端开有排屑出口。
一种活塞杆高精度长深孔加工方法，包括如下步骤：
步骤一、制定合理的活塞杆机械加工总方案；步骤二、固化活塞杆高精度长深孔加工参数；步骤三、固定高精度长深孔加工操作方法。
所述步骤一中，重点工序包括高精度长深孔的粗加工、精加工序；粗加工为：长深孔加工装置一次成型加工通孔；精加工为：长深孔加工装置一次成型加工非通孔按表面粗糙度Ra1.6，与外圆跳动0.03，并配有珩磨工序，最终保证长深孔尺寸及形位公差要求。
所述步骤二中，确定加工通孔和加工非通孔的总转速、夹盘转速、刀杆转速、进给速度。
所述步骤三中，包括如下步骤：加工参数的输入、装夹前准备工作、零件的装夹定位、加工、调度转运。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种活塞杆高精度长深孔加工装置及加工方法，能够解决活塞杆长深孔加工难度大、质量无法保证、表面质量差、难冷却、难排屑等问题。
附图说明
图1为现有技术中大长径活塞杆结构示意图；
图2为本发明提供的一种活塞杆高精度长深孔加工装置结构示意图；
图3为刀头与长刀柄连接示意图；
图中：1-左端定位部分、2-活塞杆、3-右端定位部分、4-长刀柄、5-传动装置、6-刀头、7-排屑入口、8-排屑出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种活塞杆高精度长深孔加工装置及加工方法作进一步详细说明。
如图2所示，本发明提供的一种活塞杆高精度长深孔加工装置，包括左端定位部分1、右端定位部分3、长刀柄4、和传动装置5、刀头6；活塞杆2通过左端定位部分1和右端定位部分3全自由度装夹定位；左端定位部分1包含四爪卡盘，可对活塞杆2进行径向定位，左端定位部分1中间通孔，通孔直径小于活塞杆2外圆，对活塞杆2进行轴向定位，同时左端定位部分1的通孔在加工活塞杆2通孔时有利于排屑及刀头6的探出；右端定位部分3为后夹紧锥面定位盘，对活塞杆2进行轴向定位，夹紧后也可对活塞杆2进行径向弱定位，右端定位部分3中间通孔，便于长刀柄4和刀头6穿过对活塞杆进行长深孔加工，在右端定位部分3锥面与通孔相交处设有喷油孔，喷油孔口方向垂直于锥面，有利于冷却油在刀头对活塞杆加工过程进入长深孔进行冷却润滑；
如图3所示，刀头6与长刀柄4通过精密螺纹连接，保证刀头6和长刀柄4在加工过程中的直线度。刀头6和长刀柄4均中心通孔，刀头6前端开有排屑入口7，长刀柄4尾端开有排屑出口8，在加工过程中，随着加工区域的挤压及冷却油的冲击，切屑及冷却油可从排屑入口7进入，从排屑出口8排出；长刀柄4与传动装置5连接。
本发明提供的一种活塞杆高精度长深孔加工方法，包括如下步骤：
步骤一、制定合理的活塞杆机械加工总方案；
总方案如下表所示：
表1活塞杆机械加工总方案
以上工艺路线具有以下特点：
(1)工艺简明，思路清晰。该活塞杆加工工艺简单明了，共25序、十个工艺说明，最大程度地对工艺进行了优化细化，遵循粗加工与精加工相结合、内孔加工与外圆加工相结合的原则进行制定，增强加工时的操作性和指导性，保证了加工质量。
(2)内孔质量，尤为重要。工艺路线中14磨和21磨序，分别是对外圆进行半精磨和精磨的加工最终使外圆达到QPQ处理前的最终加工尺寸，加工方法均为内孔穿芯轴定位，因此活塞杆外圆的加工质量很大程度上取决于内孔的加工质量，凸显出高精度长深孔加工在整个活塞杆加工过程中的重要性。
(3)工艺优化，提高质量。对于活塞杆长深孔非直通孔且长径比18.2:1的特点，利用BTA深孔钻床，只先后进行φ28通孔、右端非通孔(按)的加工(5车和10车序)，车工车左端螺纹M30×1-6H，后续配以珩磨(人工操作、技术成熟)小去量修正内孔，即可完成高精度长深孔的加工，保证了内孔尺寸和表面粗糙度的要求。类比传统两端分段加工且加工质量无法保证的情况，此工艺路线大大缩短了加工周期并提高了加工质量的一致性。
(4)设置时效，去除应力。在整个工艺路线中，制定6和12序共两序作为时效工序，分别设置在φ28通孔加工(整体去量最大)之后、非通孔按加工(精加工之前)，即可保证加工过程任何一序材料中内部不会过多积累加工应力得到及时释放，也保证了精加工之前完全去除应力防止变形。工艺要求个加工工序均匀小去量，稳定材料组织与尺寸，保证精度。
(5)加工余量，合理配置。活塞杆的加工从工艺流程上分为粗加工、半精加工及精加工，在长深孔和外圆φ38±0.5的加工过程中均留有合理的加工余量。加工余量的确定，直接影响到形位公差的加工精度；加工余量过大，会影响加工效率，造成尺寸不稳定或超差；加工余量过小，无法保证形位公差精度和平面粗糙度。
步骤二、固化活塞杆高精度长深孔加工参数；
依据活塞杆长深孔装置加工原理及排屑原理，对活塞杆长深孔加工需要输入的刀杆转速和进给速度这两个机床加工参数进行探究，刀杆转速影响长深孔内表面加工质量，而进给速度则决定了长深孔加工速度。通过理论研究与试验选取相结合，固化活塞杆高精度长深孔加工参数，从而得到较高的加工合格率以及较好的内孔加工质量，高精度长深孔加工参数如下表所示：
表2高精度长深孔加工参数
步骤三、固定高精度长深孔加工操作方法；
通过在高精度长深孔加工参数的试验选取过程，本发明解决了诸多需要引起注意的装夹、加工、操作等相关问题。在活塞杆零件机械加工工艺总方案的指导下，对活塞杆高精度长深孔这一加工重点、难点进行认真总结归纳，如下表：
表3高精度长深孔加工操作方法
Claims (8)
1.一种活塞杆高精度长深孔加工装置，其特征在于：包括左端定位部分(1)、右端定位部分(3)、长刀柄(4)、和传动装置(5)、刀头(6)；活塞杆(2)通过左端定位部分(1)和右端定位部分(3)全自由度装夹定位；刀头(6)与长刀柄(4)通过精密螺纹连接，长刀柄(4)与传动装置(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种活塞杆高精度长深孔加工装置，其特征在于：所述左端定位部分(1)包含四爪卡盘，可对活塞杆(2)进行径向定位，左端定位部分(1)中间通孔，通孔直径小于活塞杆(2)外圆，对活塞杆(2)进行轴向定位，同时左端定位部分(1)的通孔在加工活塞杆(2)通孔时有利于排屑及刀头(6)的探出。
3.根据权利要求1所述的一种活塞杆高精度长深孔加工装置，其特征在于：所述右端定位部分(3)为后夹紧锥面定位盘，对活塞杆(2)进行轴向定位，夹紧后也可对活塞杆(2)进行径向弱定位，右端定位部分(3)中间通孔，便于长刀柄(4)和刀头(6)穿过对活塞杆进行长深孔加工，在右端定位部分(3)锥面与通孔相交处设有喷油孔，喷油孔口方向垂直于锥面，有利于冷却油在刀头对活塞杆加工过程进入长深孔进行冷却润滑。
4.根据权利要求1所述的一种活塞杆高精度长深孔加工装置，其特征在于：所述刀头(6)和长刀柄(4)均中心通孔，刀头(6)前端开有排屑入口(7)，长刀柄(4)尾端开有排屑出口(8)。
5.一种活塞杆高精度长深孔加工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、制定合理的活塞杆机械加工总方案；步骤二、固化活塞杆高精度长深孔加工参数；步骤三、固定高精度长深孔加工操作方法。
6.根据权利要求5所述的一种活塞杆高精度长深孔加工方法，其特征在于：所述步骤一中，重点工序包括高精度长深孔的粗加工、精加工序；粗加工为：长深孔加工装置一次成型加工通孔；精加工为：长深孔加工装置一次成型加工非通孔按表面粗糙度Ra1.6，与外圆跳动0.03，并配有珩磨工序，最终保证长深孔尺寸及形位公差要求。
7.根据权利要求6所述的一种活塞杆高精度长深孔加工方法，其特征在于：所述步骤二中，确定加工通孔和加工非通孔的总转速、夹盘转速、刀杆转速、进给速度。
8.根据权利要求7所述的一种活塞杆高精度长深孔加工方法，其特征在于：所述步骤三中，包括如下步骤：加工参数的输入、装夹前准备工作、零件的装夹定位、加工、调度转运。
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