CN110883350A - 一种长管坯料高精度内孔车削装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长管坯料高精度内孔车削装置及方法，其特征在于，弹性夹具体前端为带外锥的端面开槽弹性涨夹结构，后端为外螺纹，中间导向圆柱区域设置有滚动限位装置，其外锥、外螺纹以及弹性涨夹内孔和导向圆柱外圆同轴；滚动支承块为一环形内锥结构，内部设有滚动限位装置；其内锥、外圆及内孔三者同轴，内孔与导向圆柱间隙配合移动连接并由滚动限位装置限位；螺母端面均匀布置有三个以上轴向螺纹通孔；滚动支承块位于弹性夹具体的前端，螺母与弹性夹具体后端的外螺纹同轴连接并通过锁紧装置固定，涨夹时，挤压螺栓挤压滚动支承块的端面，产生轴向移动进而迫使弹性夹具体的弹性涨夹部分均匀内缩，直至抱紧工件外圆。

Description

一种长管坯料高精度内孔车削装置及方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种长管坯料高精度内孔车削方法及装置。

背景技术

在汽车制造行业，减轻车身重量，节约材料是制造企业长期的目标，在产品设计上不可避免地会采用毛坯管料，以尽可能减少机械加工等对材料的消耗。

但由于装配需要，毛坯管料内孔却往往需加工出精度较高的内孔。如采用车床来加工，短料尚可以通过卡爪装夹在主轴端车削来实现，而长料只能通过中心架架持毛坯外圆在尾座端车削内孔，由于毛坯外圆的不规则，如直接架持毛坯外圆加工，则加工尺寸无法满足产品质量要求，无法生产。

此外只能采用镗孔方式加工，但镗孔需要专用的镗削设备，如卧式镗床、卧式加工中心等；而且单件加工时间长。同时在各制造企业，镗削设备都远不如数控车床使用广泛，产能制约明显。

在本发明人积极参与下，本申请人曾经提出过多个相关专利申请，如CN201720664682.5 《一种毛坯管料外圆车削装置》（黄泉龙; 吴德俊），主轴端内涨夹具与尾座端内涨夹具通过工件连接并经轴向顶紧后三者连为一体，由于两端的夹紧均系通过涨夹工件内孔形成，故工件的内孔轴线与机床的旋转中心同线，从而保证车削后工件外圆与工件内孔同轴，通过顶紧尾座，使两端夹具变形而同步涨夹工件的两端内孔，保证了工件装夹后的内孔轴线与机床旋转中心同轴，操作简单可靠。

又如CN201720664692.9《一种薄壁毛坯管料内孔车削装置》（黄泉龙; 吴德俊），包括弹性夹具体，弹性夹具体包括套筒部以及位于套筒部一侧的契形弹性部，契形弹性部和套筒部的内部中空，本装置可对毛坯管料直接加工。即下料后的毛坯管料可直接通过该装置进行车削端面以保证长度及精车内孔保证内孔尺寸，不必像采用镗削加工一样在镗削前需另外采用车床进行端面车削工序，提高了加工效率。

通过不断的创新，本发明人得以探索出一种长管坯料高精度内孔的装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种长管坯料高精度内孔车削装置及方法，使该类产品能在普通车床上制作，不必局限于卧式镗床、卧式加工中心等；同时显著减少了单件机加时间，缩短生产周期。

本发明的技术方案之一：

一种长管坯料高精度内孔车削装置，装置夹具包括，

弹性夹具体，弹性夹具体前端为带外锥的端面开槽弹性涨夹结构，后端为外螺纹，中间导向圆柱区域设置有滚动限位装置，弹性夹具体的外锥、外螺纹以及弹性涨夹内孔和导向圆柱外圆同轴；

滚动支承块，滚动支承块为一环形内锥结构，其内部设有滚动限位装置；滚动支承块内锥、外圆及内孔三者同轴，其内孔与弹性夹具体导向圆柱间隙配合移动连接；

及

螺母，螺母为带内螺纹结构，螺母端面均匀布置有三个以上轴向螺纹通孔，螺母的内螺纹与弹性夹具体的外螺纹同轴；

滚动支承块位于弹性夹具体的前端，弹性夹具体上的滚动限位装置与滚动支承块内的滚动限位装置对应连接；螺母与弹性夹具体后端的外螺纹连接并通过锁紧装置固定，涨夹时，挤压螺栓旋入贯穿螺母轴向螺纹通孔后挤压滚动支承块的端面，滚动支承块产生轴向移动进而迫使弹性夹具体的弹性涨夹部分均匀内缩，直至抱紧工件外圆。滚动限位装置即"周向限位装置。

进一步，弹性夹具体上的滚动限位装置由弹性夹具体中间导向圆柱区域对称设置的两个以上的径向孔以及径向孔上安装的拔销组成；滚动支承块内的滚动限位装置为滚动支承块内部对称设置的两个以上的通槽；拔销与通槽位置一一对应连接；拔销一端紧配合安装于弹性夹具体上的径向孔内，另一端处于滚动支承块的通槽中并与通槽在轴向上滑动连接，在滚动方向上限位连接。

进一步，弹性夹具体外锥部分与滚动支承块的内锥面接触形成契形结构，在轴向外力作用下相互契入。

进一步，，弹性夹具体中间导向圆柱区域设置的对称设有三个径向孔和三只拔销，滚动支承块内部对称设置的三根通槽。

进一步，螺母与弹性夹具体的锁紧装置为螺母侧边设有对称设置的二个以上径向内螺纹通孔以及径向内螺纹通孔上连接的紧定螺栓组成；螺母与弹性夹具体后端的外螺纹连接并通过紧定螺栓固定。

进一步，螺母端面加工有四个轴向螺纹通孔，四根挤压螺栓同时挤压滚动支承块的端面。

进一步，滚动支承块的外圆为精磨圆柱面，其圆度在0.005以内，内锥为磨削面。

本发明的技术方案之二：

利用上述装置车削内孔的方法：

（1）、先将滚动支承块由弹性夹具体后端套入，弹性夹具体上的滚动限位装置与滚动支承块内的滚动限位装置位置对应，至其内锥与弹性夹具体的外锥轴向部分贴合；当螺母旋入弹性夹具体的后端至全螺纹进入并通过锁紧装置固定后；再在螺母端面均匀布置的轴向螺纹孔内旋入挤压螺栓；

（2）、车削装置套入工件外圆并移动至加工位置后，对称旋紧挤压螺栓，迫使滚动支承块在其内孔与弹性夹具体导向圆柱间隙配合导向下移动，内锥向弹性夹具体的外锥面轴向挤压，进而迫使弹性夹具体的弹性涨夹部分均匀内缩，直至抱紧工件外圆；由于弹性夹具体的外锥面与滚动支承块内锥贴合，而滚动支承块内锥与其自身外圆同轴，弹性夹具体外锥面与弹性涨夹内孔同轴并与工件的外圆同轴，从而保证了工件的外圆与滚动支承块外圆同轴，至此工件与车削装置固定连成一体；

（3）、最后将工件另一端由机床主轴端夹紧，安装好车削装置的一端放入车床中心架，并使车床中心架的三个滚珠架持于滚动支承块外圆中间位置；当机床主轴带动工件旋转时，工件带动弹性夹具体、滚动支承块同步旋转，从而满足车削要求。

本发明实施后，可对长管坯料高精度内孔用车床直接车削加工。即下料后的毛坯管料可直接通过该装置进行车削端面及精车内孔保证内孔尺寸，不必采用效率低下的镗削加工。

本发明与CN201720664692.9技术对比创造性体现在以下：

1、改变工件切削力承载方式，提高切削适用性。CN201720664692.9的工件旋转力通过夹具上相关构件的摩擦力实现，导致承载力较小，只能用于低转速、轻负荷的加工，否则切削时易打滑；本发明采用拔销将相关构件关联，利用拔销的剪切力来承载切削力，大幅提高了工件切削时的承载能力，提高本方法加工的适用范围。

2、改变夹具夹紧方式，提高操作方便性。CN201720664692.9的挤压螺母相对弹性夹具体移动，通过旋转挤压螺母产生相对位移来轴向挤压相关构件，迫使构件的契形部分相互契入产生弹性变形来夹紧工件。螺母与相关构件整个平面接触，夹紧时工件易转动而需先固定等，操作需要特制的大六角板手，操作不方便；本发明挤压螺母相对弹性夹具体不移动。在挤压螺母端面上加工四个螺纹孔，通过该四个螺孔的螺栓旋转产生轴向位移直接挤压相关构件，迫使构件的契形部分相互契入弹性变形来夹紧工件，操作者用常规的内六角板手即可操作。

本发明实施后具有更大的适用性和先进性。对工件加工余量、机加时的切削深度、主轴转速等可按常规车床要求，不必另行缩小限定使用范围；同时装夹方便，本发明易于推广实施。

附图说明

图1是本发明实施例1的使用示意图；

图2是本发明实施例1的结构示意图；

图3是本发明实施例1的弹性夹具体1的结构示意图；

图4是本发明实施例1的螺母4的结构示意图；

图5是本发明实施例1的滚动支承块2的结构示意图。

具体实施方式

本发明可根据技术方案中的技术具体实施，用下列非限定性实施例进一步说明实施方式。

实施例1：

夹具由弹性夹具体1、滚动支承块2、拔销3、螺母4、挤压螺栓5及紧定螺栓6组成。

弹性夹具体1前端为带外锥的端面开槽弹性涨夹结构，外锥部分与滚动支承块2的内锥面接触，形成契形，用于在轴向外力下相互契入，挤压后迫使弹性涨夹部分内缩而抱夹工件外圆；后端为外螺纹，用于安装螺母4，并通过螺母4圆周上的紧定螺栓6与螺母4固定锁紧；中间设置有两个径向孔，用于固定安装拔销3。其外锥面与弹性涨夹的内孔设计有同轴度要求，从而使涨夹时保证外锥面与工件7外圆同轴。

拔销3一端紧配合安装于弹性夹具体1上的径向孔内，另一端处于滚动支承块2的内槽中。当弹性夹具体1旋转时，通过拔销3拔带滚动支承块2的内槽而带动滚动支承块2刚性旋转。

螺母4为带内螺纹的外六方结构，其内螺纹与弹性夹具体1后端外螺纹配合，其六方侧边上加工有2个纵向内螺纹通孔。紧定螺栓6通过该孔旋入后挤压弹性夹具体1的外螺纹，从而将其与螺母4相互锁紧而固定。螺母4端面加工有四个轴向螺纹通孔，挤压螺栓5贯穿旋入该孔后挤压滚动支承块2的端面，迫使滚动支承块2向弹性夹具体1前端移动而使其内锥与弹性夹具体1外锥部分相互契入，挤压后迫使弹性夹具体1弹性涨夹部分内缩而抱夹工件外圆；

滚动支承块2为一环形内锥结构，整体淬硬，外圆为精磨圆柱面，其圆度在0.005以内，保证旋转时稳定性；其内锥为磨削面，表面光滑，并相对外圆同轴，保证在弹性夹具体1的外锥面挤压后，弹性夹具体1的弹性涨夹内孔与滚动支承块2外圆同轴。内部设计有两个通槽，用以进入拔销3以拔带传递扭矩。

车床中心架三个滚珠架持于滚动支承块2外圆，通过布置在螺母4端面上的四个挤压螺栓5的旋进，迫使弹性夹具体1与滚动支承块2的斜面相互楔入，导致弹性夹具体1内腔缩小而抱夹工件7外圆，再由机床主轴带动工件7另一端旋转而传递至弹性夹具体1，再由拔销3传递到滚动支承块2，使其与工件7一起在中心架内旋转，从而实现车削。

可见，该装置的工件旋转平稳性只与滚动支承块2外圆有关，而滚动支承块2外圆经过精密加工，可充分保证其圆度；工件7毛坯外圆的椭圆度等则由弹性夹具体1包容，对旋转精度毫无影响。

以某纯电动汽车的JMEV06CS1-B1轴管为例。该轴管的总长1157±0.5 MM，外径为Ф51MM，内径为Ф43MM（壁厚4MM）；两端端面各有30゜的焊接坡口及直径为Ф44.2MM（+0.015~+0.006）,深20MM的内孔，Ra6.3；所使用的数控机床为CAK6150D。

本实施例车削装置的各尺寸为：

滚动支承块2外圆直径Ф100MM,宽50MM、粗糙度Ra0.8，圆度0.005 MM; 内径Ф68MM（+0.06，+0.04）,内斜面角度15º±0.1，粗糙度Ra0.8，大径Ф88.3MM，小径与内孔相通；

螺母4为外六角，边距108 MM，对角距124.7MM，宽32MM; 内螺纹M64X2；侧面对称布置两个M10的贯穿螺纹孔；端面均布4个M10的贯穿螺纹孔。

弹性夹具体1总长为88MM，内径为Ф51.5MM，圆柱直径Ф68MM（-0.02，-0.04），斜面角度15º±0.1，长28MM，粗糙度Ra0.8，斜面处切16个槽，槽宽3MM，斜面与柱面相交处切环槽深至底径Ф56MM，宽6MM；外螺纹为M64X2，有效长度为27.6MM。

具体加工步骤为：

（1）、先将拔销3打入弹性夹具体1的径向孔，再把滚动支承块2由弹性夹具体1后端套入，并使其内部通槽对准拔销3进入至其内锥与弹性夹具体1的外锥轴向部分贴合；再将螺母4旋入弹性夹具体1的后端至全螺纹进入后，再在螺母4侧边二个对称设置的径向内螺纹上旋合紧定螺栓6至其挤紧弹性夹具体1的外螺纹；再在螺母4端面均匀布置的轴向螺纹孔内旋入挤压螺栓5；

（2）、车削装置套入工件外圆并移动至加工位置后，对称旋紧挤压螺栓5，迫使滚动支承块2在其内孔与弹性夹具体1导向圆柱间隙配合导向下移动，内锥向弹性夹具体1的外锥面轴向挤压，进而迫使弹性夹具体1的弹性涨夹部分均匀内缩，直至抱紧工件7外圆；由于弹性夹具体1的外锥面与滚动支承块2内锥贴合，而滚动支承块2内锥与其自身外圆同轴，弹性夹具体1外锥面与弹性涨夹内孔同轴，与工件7的外圆同轴，从而保证了工件7的外圆与滚动支承块2外圆同轴，至此工件7与车削装置固定连成一体；

（3）、再将工件7另一端由机床主轴端卡盘等夹紧，安装好车削装置的一端放入车床中心架，并使车床中心架的三个滚珠架持于滚动支承块2外圆中间位置；当机床主轴带动工件7旋转时，工件带动弹性夹具体1旋转，再由弹性夹具体1上的拔销3带动滚动支承块2，使其与工件7一起在中心架内旋转，从而满足车削要求。

该装置的旋转通过滚动支承块2实现，而滚动支承块2外圆经过精密加工，可充分保证其在中心架上旋转的平稳性；而工件7毛坯外圆的椭圆度、尺寸偏差等均由弹性夹具体1的弹性内腔包容吸收，对旋转精度毫无影响，从而实现了长管坯料高精度内孔用车床车削加工的方法。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种长管坯料高精度内孔车削装置，其特征在于装置夹具包括，

弹性夹具体（1），弹性夹具体（1）前端为带外锥的端面开槽弹性涨夹结构，后端为外螺纹，中间导向圆柱区域设置有滚动限位装置，弹性夹具体（1）的外锥、外螺纹以及弹性涨夹内孔和导向圆柱外圆同轴；

滚动支承块（2），滚动支承块（2）为一环形内锥结构，其内部设有滚动限位装置；滚动支承块（2）内锥、外圆及内孔三者同轴，滚动支承块（2）内孔与弹性夹具体（1）导向圆柱间隙配合移动连接；

及

螺母（4），螺母（4）为带内螺纹结构，螺母（4）端面均匀布置有三个以上轴向螺纹通孔，螺母（4）的内螺纹与弹性夹具体（1）的外螺纹同轴；

滚动支承块（2）位于弹性夹具体（1）的前端，弹性夹具体（1）上的滚动限位装置与滚动支承块（2）内的滚动限位装置对应连接；螺母（4）与弹性夹具体（1）后端的外螺纹连接并通过锁紧装置固定，涨夹时，挤压螺栓（5）旋入贯穿螺母（4）轴向螺纹通孔后挤压滚动支承块（2）的端面，滚动支承块（2）产生轴向移动进而迫使弹性夹具体（1）的弹性涨夹部分均匀内缩，直至抱紧工件（7）外圆。

2.根据权利要求1所述的一种长管坯料高精度内孔车削装置，其特征在于，弹性夹具体（1）上的滚动限位装置由弹性夹具体（1）中间导向圆柱区域对称设置的两个以上的径向孔以及径向孔上安装的拔销（3）组成；滚动支承块（2）内的滚动限位装置为滚动支承块（2）内部对称设置的两个以上的通槽；拔销（3）与通槽位置一一对应连接；拔销（3）一端紧配合安装于弹性夹具体（1）上的径向孔内，另一端处于滚动支承块（2）的通槽中并与通槽在轴向上滑动连接，在滚动方向上限位连接。

3.根据权利要求1所述的一种长管坯料高精度内孔车削装置，其特征在于，弹性夹具体（1）外锥部分与滚动支承块（2）的内锥面接触形成契形结构，在轴向外力作用下相互契入。

4.根据权利要求2所述的一种长管坯料高精度内孔车削装置，其特征在于，弹性夹具体（1）中间导向圆柱区域设置的对称设有三个径向孔和三只拔销，滚动支承块（2）内部对称设置的三根通槽。

5.根据权利要求1所述的一种长管坯料高精度内孔车削装置，其特征在于，螺母（4）与弹性夹具体（1）的锁紧装置为螺母（4）侧边设有对称设置的二个以上径向内螺纹通孔以及径向内螺纹通孔上连接的紧定螺栓（6）组成；螺母（4）与弹性夹具体（1）后端的外螺纹连接并通过紧定螺栓（6）固定。

6.根据权利要求1所述的一种长管坯料高精度内孔车削装置，其特征在于，螺母（4）端面加工有四个轴向螺纹通孔，四根挤压螺栓（5）同时挤压滚动支承块（2）的端面。

7.根据权利要求1所述的一种长管坯料高精度内孔车削装置，其特征在于，滚动支承块（2）的外圆为精磨圆柱面，其圆度在0.005以内，内锥为磨削面。

8.利用根据权利要求1所述的一种长管坯料高精度内孔车削装置车削内孔的方法，其特征在于，

（1）、先将滚动支承块（2）由弹性夹具体（1）后端套入，弹性夹具体（1）上的滚动限位装置与滚动支承块（2）内的滚动限位装置位置对应，至其内锥与弹性夹具体（1）的外锥轴向部分贴合；当螺母（4）旋入弹性夹具体（1）的后端至全螺纹进入并通过锁紧装置固定后；再在螺母（4）端面均匀布置的轴向螺纹孔内旋入挤压螺栓（5）；

（2）、车削装置套入工件外圆并移动至加工位置后，对称旋紧挤压螺栓（5），迫使滚动支承块（2）在其内孔与弹性夹具体（1）导向圆柱间隙配合导向下移动，内锥向弹性夹具体（1）的外锥面轴向挤压，进而迫使弹性夹具体（1）的弹性涨夹部分均匀内缩，直至抱紧工件（7）外圆；由于弹性夹具体（1）的外锥面与滚动支承块（2）内锥贴合，而滚动支承块（2）内锥与其自身外圆同轴，弹性夹具体（1）外锥面与弹性涨夹内孔同轴并与工件（7）的外圆同轴，从而保证了工件（7）的外圆与滚动支承块（2）外圆同轴，至此工件（7）与车削装置固定连成一体；

（3）、最后将工件（7）另一端由机床主轴端夹紧，安装好车削装置的一端放入车床中心架，并使车床中心架的三个滚珠架持于滚动支承块（2）外圆中间位置；当机床主轴带动工件（7）旋转时，工件带动弹性夹具体（1）、滚动支承块（2）同步旋转，从而满足车削要求。

Images