CN110303428B - 一种陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置及其工作方法，属于陶瓷零件机械加工领域，包括基体轴、位于基体轴两端的动锥体和胀紧锥套，胀紧锥套和动锥体的数量均为两个，在夹持轴上和顶轴上依次套设有一个胀紧锥套和一个动锥体，动锥体通过螺纹连接在夹持轴和顶轴上，胀紧锥套与基体轴的端板靠近，胀紧锥套上设置有朝向动锥体倾斜的第一锥面，动锥体上设置有第二锥面，通过旋紧两端的动锥体挤压胀紧锥套实现胀紧动作；顶轴端部设置有中心孔；筒结构外表面设置有软体材料，软体材料与陶瓷薄壁套筒零件的内壁之间有间隙。该装置重量轻、降低成本，且不损伤内孔表面，该发明的定心夹紧装置可以应用于两端内径不同的陶瓷薄壁套筒零件。

Description

一种陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置及其工作方法，属于陶瓷零件机械加工技术领域。

背景技术

陶瓷薄壁套筒零件在加工外圆时需要撑内孔来实现装夹。其一，由于陶瓷在用卡盘装夹时易磕碰产生裂纹甚至破裂，导致产品报废。其二，由于工件壁薄，装夹时极易产生变形，导致加工精度难以满足要求。其三，由于工件内壁未经加工，内径锥度圆柱状不规则，传统的芯轴内撑的方式无法装夹，而静压膨胀芯轴、塑性塑料芯轴等钢质工装在装夹陶瓷工件时会对内壁造成损伤，不适用。

现有技术中，大部分夹紧装置只是针对两端直径相同的直筒型的薄壁套筒零件，夹紧装置对套筒零件两端进行同步定心和夹紧，而对于两端直径不同的薄壁套筒装置则不适用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置及其工作方法，该装置重量轻、降低成本，且不损伤内孔表面，该发明的定心夹紧装置可以应用于两端内径不同的陶瓷薄壁套筒零件。

本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，包括基体轴、位于基体轴两端的动锥体和胀紧锥套，所述基体轴的一端为夹持轴，另一端为顶轴，中间为筒结构，所述夹持轴和顶轴分别通过端板和支撑板与筒结构装配为一个整体，所述筒结构的外径大于夹持轴和顶轴的外径，且与陶瓷薄壁套筒零件的内径相适应；

所述胀紧锥套和动锥体的数量均为两个，在夹持轴上和顶轴上依次套设有一个胀紧锥套和一个动锥体，所述动锥体通过螺纹连接在夹持轴和顶轴上，所述胀紧锥套与基体轴的端板靠近，所述胀紧锥套上设置有朝向动锥体倾斜的第一锥面，位于基体轴两端的动锥体的第一锥面的朝向相反，所述动锥体上设置有与第一锥面相配合的第二锥面，通过旋紧两端的动锥体挤压胀紧锥套实现胀紧动作，所述胀紧锥套松弛状态下，其外径与陶瓷薄壁套筒零件的内径之间有间隙，胀紧锥套的外径受挤压胀紧后对陶瓷薄壁套筒零件的内径产生摩擦力，从而实现夹紧；

所述基体轴、动锥体和胀紧锥套同轴设置，所述顶轴端部设置有中心孔，用于车床顶尖进行顶紧；

所述筒结构外表面设置有软体材料，软体材料与陶瓷薄壁套筒零件的内壁之间有一定间隙，不接触，在加工陶瓷薄壁套筒零件外圆时由于陶瓷零件产生一定的弹性变现而与软体材料接触，形成辅助支撑，且不会伤害内壁，同时，软体材料可以避免陶瓷薄壁套筒零件装夹时的磕碰划伤。

本发明在使用时，机床的卡爪与陶瓷薄壁套筒零件不接触，通过卡爪夹持在夹持轴上，车床顶尖顶在顶轴的中心孔内，采用一夹一顶的方式进行加工，本发明采用定心和胀芯技术，通过机械结构完成陶瓷薄壁套筒零件的车削、抛光加工所需的夹紧和精准定位。

优选的，所述陶瓷薄壁套筒零件的两端直径不同，内径和外径均不同，分别为小径部分和大径部分，所述筒结构的外径与陶瓷薄壁套筒零件的小径部分的内径相适应。本发明的两端内径不同的陶瓷薄壁套筒零件，主要应用于太阳能薄膜制备加热系统中，大径部分为装配结构要求，小径部分为加热区，本发明中，陶瓷薄壁套筒零件的总长度优选为360-400mm，大径部分的直径优选为120-124mm，小径部分的直径优选为116-120mm，但并不限于此，可以根据实际需要灵活调整，并且可通过更换本发明中的不同的胀紧锥套、动锥体，实现定心装夹。

优选的，所述夹持轴上设置有多个轴肩，将夹持轴从内到外分为外径依次减小的区段A、区段B和区段C，所述顶轴上也设置有多个轴肩，将顶轴从内到外分为外径依次减小的区段D、区段E和区段F；

两个胀紧锥套分别设置在区段A和区段D上，两个动锥体分别螺纹连接在区段B和区段E上，并均通过第二锥面与胀紧锥套的第一锥面相配合；

所述区段C上设置有挡垫，所述挡垫的内孔与夹持轴为间隙配合，基体轴通过轴肩对挡垫形成轴向定位，所述区段F上设置有端盖和螺母，所述端盖压靠在陶瓷薄壁套筒零件的小径部分的端面，端盖内孔与区段F为间隙配合，所述螺母螺纹连接在区段F并压紧端盖，从而实现对陶瓷薄壁套筒零件的轴向辅助限位，基体轴、胀紧锥套、动锥体、端盖、螺母和挡垫同轴设置。

优选的，所述软体材料为橡胶或珍珠棉，通过胶粘方式包裹在筒结构外表面，使用时，软体材料与陶瓷薄壁套筒零件的内壁之间有间隙为0.1～1mm。

优选的，所述基体轴为焊接式结构，夹持轴、端板、支撑板、筒结构和顶轴的连接处均采用焊接连接，结构强度高，有效降低基体轴加工难度，两个支撑板(分别位于夹持轴一侧和位于顶轴一侧)之间，以及支撑板与端板之间均为中空结构，有效减轻工装重量，端板与支撑板的数量均为两个，端板与支撑板分别对夹持轴、顶轴形成两处支撑，提高了整体的刚性。

优选的，所述胀紧锥套为整体套式结构，所述胀紧锥套的材质为氟橡胶，其机械加工性好，摩擦系数高，可有效撑紧工件，氟橡胶的胀紧锥套对陶瓷薄壁套筒零件内壁形成有效防护，避免内壁损伤导致产品报废。

胀紧锥套与动锥体为锥面接触配合，胀紧锥套的第一锥面在受到动锥体第二锥面的挤压时，胀紧锥套可产生均匀的弹性变形，使胀紧锥套的圆柱面的外径变大从而均匀胀紧陶瓷薄壁套筒零件。

优选的，所述胀紧锥套松弛状态下，其外径与陶瓷薄壁套筒零件的内壁之间间隙为0.2～3mm。

优选的，所述动锥体的外端设置有扳手卡槽，可通过扳手即可旋转动锥体，调节简单方便。

进一步优选的，所述胀紧锥套的第一锥面与水平线的夹角为5～40°；

进一步优选的，第一锥面与水平线的夹角为30°。

一种上述陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置的工作方法，胀紧锥套分别从基体轴两端装入至区段A和区段D上，在区段A、区段D上进行轴向限位，动锥体从基体轴的两端装入至区段B和区段E，通过第二锥面与胀紧锥套配合，并与基体轴同轴，动锥体与区段B和区段E均为螺纹连接，基体轴的筒结构的外表面包裹有软体材料，使软体材料与陶瓷薄壁套筒零件的内壁之间有一定间隙；

装入陶瓷薄壁套筒零件，陶瓷薄壁套筒零件直径过渡段内壁与胀紧锥套接触初步形成轴向限位，此时旋转(可采用扳手)拧动动锥体，使两端的胀紧锥套分别产生弹性变形，胀紧锥套外壁均匀胀紧陶瓷薄壁套筒零件内壁，完成零件定心胀紧及轴向定位，陶瓷薄壁套筒零件与胀紧锥套通过摩擦力实现周向定位，满足切削要求，端盖及螺母实现零件辅助轴向限位，装配挡垫，与基体轴的轴肩实现轴向定位，机床装夹该装置时，挡垫压靠在卡爪端面，可以防止装置在机床装夹时蹿动，机床的卡爪夹持在夹持轴上，车床顶尖顶在顶轴的中心孔内，采用一夹一顶的方式，通过对本定心夹紧装置两端外圆找正，来满足工件加工精度。

本发明对内径尺寸接近的陶瓷工件，通过更换不同的胀紧锥套、动锥体，均可采用本发明来实现定心装夹，提高基体轴及工装利用率。

本发明未详尽之处，均可采用现有技术进行。

本发明的有益效果为：

1)本发明的基体轴、胀紧锥套、动锥体、端盖、螺母和挡垫同轴设置，也可通过现有的百分表协助找正，保证了产品的同轴度，通过装置的自定心功能，省去工件装夹时对工件找正的操作，装夹加工陶瓷薄壁套筒零件的外径时省工、省时、质量有保证。

2)本发明通过旋转动锥体来调节胀紧锥套的胀紧力，位于基体轴两端的动锥体可分别调节，操作方便可靠，可应用于两端内径不同的陶瓷薄壁套筒零件，也可应该于两端内径相同的陶瓷薄壁套筒零件，应用范围广。

3)本发明中，与陶瓷薄壁套筒零件内壁相接触的部件为橡胶及软体，能够有效陶瓷薄壁套筒零件内表面的损伤。

4)本发明优化了设计，基体轴为焊接式结构，结构强度高，有效降低基体轴加工难度，两个支撑板之间，以及支撑板与端板之间均为中空结构，有效减轻工装重量，端板与支撑板的数量均为两个，端板与支撑板分别对夹持轴、顶轴形成两处支撑，提高了整体的刚性。

附图说明

图1为本发明中陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置的一种结构示意图；

图2为图1中基体轴的一种结构示意图；

图3为陶瓷薄壁套筒零件的一种结构示意图；

其中，1-基体轴，2-挡垫，3-陶瓷薄壁套筒零件，4-胀紧锥套，5-动锥体，6-软体材料，9-端盖，10-螺母，101-夹持轴，102-端板，103-支撑板，104-筒结构，105-顶轴，106-中心孔。

具体实施方式：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

一种陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，如图1～3所示，包括基体轴1、位于基体轴1两端的动锥体5和胀紧锥套4，基体轴1的一端为夹持轴101，另一端为顶轴105，中间为筒结构104，夹持轴101和顶轴105分别通过端板102和支撑板103与筒结构104装配为一个整体，筒结构104的外径大于夹持轴101和顶轴105的外径，且与陶瓷薄壁套筒零件3的内径相适应；

胀紧锥套4和动锥体5的数量均为两个，在夹持轴101上和顶轴105上依次套设有一个胀紧锥套4和一个动锥体5，动锥体5通过螺纹连接在夹持轴101和顶轴105上，胀紧锥套4与基体轴的端板102靠近，胀紧锥套4上设置有朝向动锥体5倾斜的第一锥面，位于基体轴1两端的两个动锥体5的第一锥面的朝向相反，动锥体5上设置有与第一锥面相配合的第二锥面，通过旋紧两端的动锥体5挤压胀紧锥套4实现胀紧动作，胀紧锥套4松弛状态下，其外径与陶瓷薄壁套筒零件3的内径之间有间隙，胀紧锥套4的外径受挤压胀紧后对陶瓷薄壁套筒零件3的内径产生摩擦力，从而实现夹紧；

基体轴1、动锥体5和胀紧锥套4同轴设置，顶轴105端部设置有中心孔106，用于车床顶尖进行顶紧；

筒结构104外表面设置有软体材料6，软体材料6与陶瓷薄壁套筒零件3的内壁之间有一定间隙，不接触，在加工陶瓷薄壁套筒零件外圆时由于陶瓷零件产生一定的弹性变现而与软体材料6接触，形成辅助支撑，且不会伤害内壁，同时，软体材料6可以避免陶瓷薄壁套筒零件装夹时的磕碰划伤。

本发明在使用时，机床的卡爪与陶瓷薄壁套筒零件3不接触，通过卡爪夹持在夹持轴上，车床顶尖顶在顶轴的中心孔106内，采用一夹一顶的方式进行加工，本发明采用定心和胀芯技术，通过机械结构完成陶瓷薄壁套筒零件的车削、抛光加工所需的夹紧和精准定位。

实施例2：

一种陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，结构如实施例1所示，所不同的是，陶瓷薄壁套筒零件3的两端直径不同，内径和外径均不同，分别为小径部分和大径部分，筒结构104的外径与陶瓷薄壁套筒零件的小径部分的内径相适应。本发明的两端内径不同的陶瓷薄壁套筒零件，主要应用于太阳能薄膜制备加热系统中，大径部分为装配结构要求，小径部分为加热区，所述陶瓷薄壁套筒零件的总长度为360-400mm，大径部分的直径为120-124mm，小径部分的直径为116-120mm。

实施例3：

一种陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，结构如实施例2所示，所不同的是，夹持轴101上设置有多个轴肩，将夹持轴从内到外分为外径依次减小的区段A、区段B和区段C，顶轴105上也设置有多个轴肩，将顶轴105从内到外分为外径依次减小的区段D、区段E和区段F；

两个胀紧锥套4分别设置在区段A和区段D上，两个动锥体5分别螺纹连接在区段B和区段E上，并均通过第二锥面与胀紧锥套4的第一锥面相配合；

区段C上设置有挡垫2，挡垫2的内孔与夹持轴101为间隙配合，基体轴1通过轴肩对挡垫2形成轴向定位，区段F上设置有端盖9和螺母10，端盖9压靠在陶瓷薄壁套筒零件3的小径部分的端面，端盖9内孔与区段F为间隙配合，螺母10螺纹连接在区段F并压紧端盖9，从而实现对陶瓷薄壁套筒零件3的轴向辅助限位，基体轴1、胀紧锥套4、动锥体5、端盖9、螺母10和挡垫2同轴设置。

实施例4：

一种陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，结构如实施例1所示，所不同的是，软体材料6为橡胶，通过胶粘方式包裹在筒结构104外表面，使用时，软体材料6与陶瓷薄壁套筒零件3的内壁之有间隙为0.5mm；

基体轴1为焊接式结构，夹持轴101、端板102、支撑板103、筒结构104和顶轴105的连接处均采用焊接连接，结构强度高，有效降低基体轴加工难度，两个支撑板(分别位于夹持轴一侧和位于顶轴一侧)之间，以及支撑板与端板之间均为中空结构，有效减轻工装重量，端板102与支撑板103的数量均为两个，端板102与支撑板103分别对夹持轴101、顶轴105形成两处支撑，提高了整体的刚性。

实施例5：

一种陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，结构如实施例1所示，所不同的是，胀紧锥套4为整体套式结构，胀紧锥套4的材质为氟橡胶，其机械加工性好，摩擦系数高，可有效撑紧工件，氟橡胶的胀紧锥套对陶瓷薄壁套筒零件内壁形成有效防护，避免内壁损伤导致产品报废；

胀紧锥套4与动锥体5为锥面接触配合，胀紧锥套4的第一锥面在受到动锥体5第二锥面的挤压时，胀紧锥套4可产生均匀的弹性变形，使胀紧锥套4的圆柱面的外径变大从而均匀胀紧陶瓷薄壁套筒3零件；

胀紧锥套4松弛状态下，其外径与陶瓷薄壁套筒零件3的内壁之间间隙为1mm。

实施例6：

一种陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，结构如实施例1所示，所不同的是，动锥体5的外端设置有扳手卡槽，可通过扳手即可旋转动锥体，调节简单方便；

第一锥面与水平线的夹角为30°。

实施例7：

一种陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置的工作方法，胀紧锥套4分别从基体轴1两端装入至区段A和区段D上，在区段A、区段D上进行轴向限位，动锥体5从基体轴1的两端装入至区段B和区段E，通过第二锥面与胀紧锥套配合，并与基体轴1同轴，动锥体5与区段B和区段E均为螺纹连接，基体轴1的筒结构104的外表面包裹有软体材料6，使软体材料6与陶瓷薄壁套筒零件3的内壁之间有一定间隙；

装入陶瓷薄壁套筒零件3，陶瓷薄壁套筒零件3直径过渡段内壁与胀紧锥套4接触初步形成轴向限位，此时旋转拧动动锥体5，使两端的胀紧锥套4分别产生弹性变形，胀紧锥套4外壁均匀胀紧陶瓷薄壁套筒零件3内壁，完成零件定心胀紧及轴向定位，陶瓷薄壁套筒零件3与胀紧锥套4通过摩擦力实现周向定位，满足切削要求，端盖9及螺母10实现零件辅助轴向限位，装配挡垫2，与基体轴1的轴肩实现轴向定位，机床装夹该装置时，挡垫2压靠在卡爪端面，可以防止装置在机床装夹时蹿动，机床的卡爪夹持在夹持轴上，车床顶尖顶在顶轴的中心孔106内，采用一夹一顶的方式，通过对本定心夹紧装置两端外圆找正，来满足工件加工精度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，其特征在于，包括基体轴、位于基体轴两端的动锥体和胀紧锥套，所述基体轴的一端为夹持轴，另一端为顶轴，中间为筒结构，所述夹持轴和顶轴分别通过端板和支撑板与筒结构装配为一个整体，所述筒结构的外径大于夹持轴和顶轴的外径，且与陶瓷薄壁套筒零件的内径相适应；

所述胀紧锥套和动锥体的数量均为两个，在夹持轴上和顶轴上依次套设有一个胀紧锥套和一个动锥体，所述动锥体通过螺纹连接在夹持轴和顶轴上，所述胀紧锥套与基体轴的端板靠近，所述胀紧锥套上设置有朝向动锥体倾斜的第一锥面，所述动锥体上设置有与第一锥面相配合的第二锥面，通过旋紧两端的动锥体挤压胀紧锥套实现胀紧动作，所述胀紧锥套松弛状态下，其外径与陶瓷薄壁套筒零件的内径之间有间隙，胀紧锥套的外径受挤压胀紧后对陶瓷薄壁套筒零件的内径产生摩擦力，从而实现夹紧；

所述基体轴、动锥体和胀紧锥套同轴设置，所述顶轴端部设置有中心孔，用于车床顶尖进行顶紧；

所述筒结构外表面设置有软体材料，软体材料与陶瓷薄壁套筒零件的内壁之间有间隙。

2.根据权利要求1所述的陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，其特征在于，所述陶瓷薄壁套筒零件的两端直径不同，分别为小径部分和大径部分，所述筒结构的外径与陶瓷薄壁套筒零件的小径部分的内径相适应。

3.根据权利要求2所述的陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，其特征在于，所述夹持轴上设置有多个轴肩，将夹持轴从内到外分为外径依次减小的区段A、区段B和区段C，所述顶轴上也设置有多个轴肩，将顶轴从内到外分为外径依次减小的区段D、区段E和区段F；

两个胀紧锥套分别设置在区段A和区段D上，两个动锥体分别螺纹连接在区段B和区段E上，并均通过第二锥面与胀紧锥套的第一锥面相配合；

所述区段C上设置有挡垫，所述挡垫的内孔与夹持轴为间隙配合，基体轴通过轴肩对挡垫形成轴向定位，所述区段F上设置有端盖和螺母，所述端盖压靠在陶瓷薄壁套筒零件的小径部分的端面，端盖内孔与区段F为间隙配合，所述螺母螺纹连接在区段F并压紧端盖。

4.根据权利要求1所述的陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，其特征在于，所述软体材料为橡胶或珍珠棉，通过胶粘方式包裹在筒结构外表面，使用时，软体材料与陶瓷薄壁套筒零件的内径之间有间隙为0.1～1mm。

5.根据权利要求1所述的陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，其特征在于，所述基体轴为焊接式结构，夹持轴、端板、支撑板、筒结构和顶轴的连接处均采用焊接连接。

6.根据权利要求1所述的陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，其特征在于，所述胀紧锥套为整体套式结构，所述胀紧锥套的材质为氟橡胶。

7.根据权利要求1所述的陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，其特征在于，所述胀紧锥套松弛状态下，其外径与陶瓷薄壁套筒零件的内壁之间间隙为0.2～3mm。

8.根据权利要求1所述的陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，其特征在于，所述动锥体的外端设置有扳手卡槽。

9.根据权利要求1所述的陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置，其特征在于，所述胀紧锥套的第一锥面与水平线的夹角为5～40°。

10.一种权利要求3所述的陶瓷薄壁套筒零件定心夹紧装置的工作方法，其特征在于，胀紧锥套分别从基体轴两端装入至区段A和区段D上，在区段A、区段D上进行轴向限位，动锥体从基体轴的两端装入至区段B和区段E，通过第二锥面与胀紧锥套配合，并与基体轴同轴，动锥体与区段B和区段E均为螺纹连接，基体轴的筒结构的外表面包裹有软体材料，使软体材料与陶瓷薄壁套筒零件的内壁之间有一定间隙；

装入陶瓷薄壁套筒零件，陶瓷薄壁套筒零件直径过渡段内壁与胀紧锥套接触初步形成轴向限位，此时旋转拧动动锥体，使两端的胀紧锥套分别产生弹性变形，胀紧锥套外壁均匀胀紧陶瓷薄壁套筒零件内壁，完成零件定心胀紧及轴向定位，陶瓷薄壁套筒零件与胀紧锥套通过摩擦力实现周向定位，满足切削要求，端盖及螺母实现零件辅助轴向限位，装配挡垫，与基体轴的轴肩实现轴向定位，机床装夹该装置时，挡垫压靠在卡爪端面，防止装置在机床装夹时蹿动，机床的卡爪夹持在夹持轴上，车床顶尖顶在顶轴的中心孔内，采用一夹一顶的方式，通过对本定心夹紧装置两端外圆找正，来满足工件加工精度。

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