CN110900225A - 保证大直径精密管体类工件高同轴度要求的结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保证大直径精密管体类工件高同轴度要求的结构及方法，结构包括可调中心支撑和中心架，可调中心支撑包括支撑体、中心支撑体、支撑杆和支撑块等，中心架上分别以120°夹角设置支撑块。本发明可调中心支撑可实现管体类零件以顶夹方式装夹需求，能与工件内孔无间隙配合，提高装夹精度，支撑块的可径向调整尺寸拓宽工装的使用范围、减少工装制造数量及成本；用测量工件壁厚方法校调装夹工件，实现精车前工件内孔轴线与机床主轴同轴，满足精车外圆各部尺寸时与内孔高同轴度的设计要求；用巴氏合金材料的特性，改制机床附件中心架，可有效提高定心精度，消除了原有中心架轴承间隙带来的系统误差，确保加工精度要求。

Description

保证大直径精密管体类工件高同轴度要求的结构及方法

技术领域

本发明属于机械制造加工领域，具体涉及一种保证大直径精密管体类工件高同轴度要求的结构及方法。

背景技术

参看图1所示，现有的大直径高精密管体工件主孔A尺寸￠600H8，粗糙度≤0.8，直线度≤0.1mm，孔深范围4000mm至8000mm，管体对接处的外肩圆c及内肩孔B与主孔A的同轴度≤0.03mm，两端联接螺纹a与主孔A同轴度≤0.06mm，管体外圆b与主孔A同轴度为≤0.06mm，该类零件加工制造的技术难点是保证外圆、两端螺纹及肩孔/肩圆与主孔A高同轴度要求。现有技术存在如下问题：(1)参看图2所示，现有技术选用卧式车床用顶夹方式装夹工件精车外圆时，需以内孔尺寸按￠600H7/h6配合配制闷头1(其中标号2为后顶针)，配合间隙范围为0-0.14mm，工件0以图2所示方式装夹精车外圆时，内孔轴线与机床主轴回转轴线的偏差完全取决于闷头1的制造精度，即便控制到0.02mm小间隙配合，也很难保证外圆与内孔同轴度优于0.03mm-0.06mm形位精度要求，且闷头1装/取过程中，极易划伤已精磨内孔。项目中管体批量大，内孔尺寸范围为￠580-￠600mm，需配制闷头1数量及规格较多，因此，需要对现有装夹工装进行有效改进；(2)加工管体对接处的外肩圆c及内肩孔B时，需要用车床上三爪卡盘夹紧工件一端，另一端中心架支撑的装夹方式加工，现有的车床配备的中心架是具有三个120°分体式螺杆调节定心，使用时往往依赖于操作人员的操作与感觉，支撑工件的轴承最精密的轴承间隙也约0.02mm，用现有中心架支撑装夹进行加工，很难保证管体对接处的外肩圆c及内肩孔B与主孔A的同轴度≤0.03mm的设计要求，因此，消除中心架上支撑轴承间隙，提高装夹定位精度是保证最终加工精度的关键。现有公开专利技术中，与“管体and同轴度”有关的中国专利有104篇，其中专利CN107855612A公开了一种确保管体外圆与内孔同轴度的手动刮刀，包括固定支架，固定支架上可上下滑动的穿设有一导向棒，导向棒上设有与固定座相适配的导向部，导向部的下端向下延伸设有与管体的孔壁相适应的定位部，导向部与定位部之间设有限位台阶，固定支架的底部安装有可以横向滑动与导向棒相适应的刀夹结构，刀夹结构上设有可以与定位部相适应的刮刀，固定支架上设有竖直定位导向棒的定位结构。该技术方案无法完全解决上述技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种保证大直径精密管体类工件高同轴度要求的加工方法，以解决现有技术中的不足。

为了达到上述目的，本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一方面，提供一种保证大直径精密管体类工件高同轴度要求的结构，其中，包括可调中心支撑和中心架，所述可调中心支撑位于工件内孔，所述中心架用于支撑工件外圆，所述可调中心支撑包括支撑体、中心支撑体、定位套、支撑杆和第一支撑块，所述第一支撑块及所述支撑杆通过所述定位套及紧定螺钉装配在所述支撑体上，所述中心支撑体与所述支撑体组装一体，所述可调中心支撑的调整范围按工件内孔尺寸在

所述中心架包括架体，所述架体上分别以120°夹角设置第二支撑块，并在所述架体的相适位置加工出与所述第二支撑块相匹配的定位斜凹槽及螺栓孔，将所述第二支撑块与所述架体装配一体。

上述结构，其中，所述第二支撑块上设有长螺栓孔、支撑爪、定位键和油孔，所述定位键与所述定位斜凹槽相适配，通过调整斜面配合位置来调整工件径向尺寸，所述长螺栓孔与所述螺栓孔相适配，所述支撑爪上喷涂巴氏合金并开设油槽，所述油槽与所述油孔相连。

另一方面，提供一种保证大直径精密管体类工件高同轴度要求的方法，其中，基于如上述结构实现，包括：

S1、按工件内孔尺寸调整可调中心支撑的第一支撑块，使第一支撑块的径向尺寸与工件的内孔尺寸一致，将可调中心支撑装入后顶尖端的工件内孔；

S2、上车床，工件以顶夹方式装夹，在工件后顶尖端及卡盘端分别车一段E沟槽及F沟槽；

S3、在装可调中心支撑的支撑点0°、90°、180°、270°方位，分别测量E沟槽及F沟槽外圆处壁厚；

S4、内孔轴线角度位移误差校正：根据测量值，按E沟槽及F沟槽外圆在0°、90°、180°、270°角度位置测得的壁厚差调整支撑杆，0°支撑杆按Δδ(0°)＝δF(0°)-δE(0°)计算值进行调整，负值支撑杆调短，正值支撑杆调长，同理计算值依次调整90°、180°、270°支撑杆；

S5、内孔轴线径向位移误差校正：根据F沟槽外圆壁厚测量值，0°支撑杆按ΔδF(0°)＝δF(180°)-δF(0°)计算值进行调整，负值支撑杆调短，正值支撑杆调长，同理按计算值依次调整90°、180°、270°支撑杆；

S6、可调中心支撑的最终调整量，按S4及S5计算结果，0°位置可调中心支撑的支撑杆最终调整量为角度位移偏差及轴向位移偏差之和，0°位置按ΔδF(0°)+Δδ(0°)＝δF(0°)-δE(0°)+δF(180°)-δF(0°)计算值调整支撑杆，负值支撑杆调短，正值支撑杆调长，同理按计算值，依次调整90°、180°、270°支撑杆；

S7、按壁厚测量值校调支撑点位置后，重复S2至S6操作，直到E沟槽、F沟槽外圆壁厚测量值控制在0.01mm内。

本发明技术方案的有益效果是：

--可调中心支撑的设计可实现管体类零件以顶夹方式装夹需求，并能与工件内孔无间隙配合，提高装夹精度，支撑块的黄铜材质避免划伤已精磨内孔，可径向调整尺寸拓宽工装的使用范围、减少工装制造数量及成本；

--用测厚仪测量工件壁厚的方法校调装夹工件，实现精车前工件内孔轴线与机床主轴同轴，满足精车外圆各部尺寸时与内孔高同轴度的设计要求；

--用巴氏合金材料的特性，改制机床附件中心架，可有效提高定心精度，消除了原有中心架轴承间隙带来的系统误差，确保加工精度要求。

附图说明

图1为现有管体工件结构示意图；

图2为现有闷头与工件的装配结构示意图；

图3a为本发明可调中心支撑的结构示意图；

图3b为本发明可调中心支撑与工件的装配结构示意图；

图4为本发明中心架的结构示意图；

图5a为本发明第二支撑块的剖视图；

图5b为图5a的侧视图；

图5c为图5a的俯视图；

图6a、图6b分别为精车外圆时装夹示意图及找正示意图；

图7为本发明内孔轴线角度位移偏差调整示意图；

图8为本发明内孔轴线径向位移误差调整示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

结合图1和图2，主孔A选用T2280深孔镗机床，遵循内孔、外圆互为基准原则，分粗、半精、精加工及过程热处理等多道工序，最后精加工时依次精镗，粗珩磨，精磨方式保证深孔的尺寸精度及形位精度要求。本发明具体实施方式重点说明如何以精加工后主孔A为基准，来完成外圆、两端螺纹及内/外肩圆的精加工，并保证与主孔A的高同轴度要求。

本发明保证大直径精密管体类工件高同轴度要求的结构包括可调中心支撑3和中心架4，可调中心支撑3位于工件0内孔，中心架4用于支撑工件0外圆，参看图3a所示，可调中心支撑3包括支撑体31、中心支撑体32、定位套33、支撑杆34和第一支撑块35，第一支撑块35及支撑杆34通过定位套33及紧定螺钉装配在支撑体31上，中心支撑体32与支撑体31组装一体。参看图3b所示，可调中心支撑3按工件0的内孔尺寸调整，通过调节支撑杆34带动第一支撑块35，实现四个相互独立的径向运动，使4个支撑点可按工件0的内孔实际尺寸进行调整,调整范围在

可调中心支撑3的第一支撑块35的圆弧定位面按调整范围的最小直径520mm尺寸设计，能保证可调中心支撑3在可调整范围内的每一档尺寸，都是在垂直的4个径向点位置撑紧内孔。第一支撑块35用黄铜材质制作,以避免划伤工件，有效保护工件内孔表面质量。中心支撑体32与支撑体1在端面用SR50球面配合，可使中心孔位置做微量调整，保证装夹时严格按内孔找正的工艺要求。比较背景技术闷头2与工件0内孔按￠600H7/h6单配小间隙配合制作，本发明的可调中心支撑3可与工件0内孔无间隙配合，提高装夹精度，第一支撑块35的黄铜材质避免划伤已精磨内孔，可径向调整尺寸拓宽工装的使用范围、减少工装制造数量及成本。本发明可保证管体两端联接螺纹a与主孔A同轴度≤0.06mm，管体外圆b与主孔A同轴度为≤0.06mm(见图1)，可调中心支撑3实现管体类工件能够在卧式车床上以顶夹方式装夹，来约束工件5个自由度的加工需求。

参看图4和图5a、图5b、图5c所示，本发明中的中心架4包括架体41，架体41上分别以120°夹角设置第二支撑块42，并在架体41的相适位置加工出与第二支撑块42相匹配的定位斜凹槽及螺栓孔，将第二支撑块42与架体41装配一体，通过调整斜面配合位置来调整工件径向尺寸。优选实施方式中，第二支撑块42上设有长螺栓孔421、支撑爪422、定位键423和油孔424，定位键423与定位斜凹槽相适配，长螺栓孔421与螺栓孔相适配，支撑爪422上喷涂巴氏合金并开设油槽425，用于支撑工件0，油槽425与油孔424相连，用于加工时加注高压油降温、润滑工件0。

当工件0以顶夹方式装夹加工，为了保证外圆各部尺寸与内孔高同轴度要求，加工前须按已精磨好内孔轴线找正，也即校调工件0的内孔轴线与机床主轴回转轴线同轴。本方案用测厚仪测量工件0两端外圆壁厚，根据壁厚差值来校调工件0的内孔轴线的角度位移误差和径向位移误差，实现按内孔轴线找正要求，方法如下：①按工件0的内孔尺寸调整可调中心支撑3的第一支撑块35，使其径向尺寸与工件0内孔尺一致，将可调中心支撑3装入后顶针2的尖端的工件0内孔；②上车床，工件0以顶夹方式装夹，在后顶针2的尖端及卡盘端5，分别车一段E沟槽及F沟槽，具体参看图6a和图6b所示，图6b中，标号6和7分别表示工件0的内径和工件0的外圆；③在装可调中心支撑3的支撑点0°、90°、180°、270°位置，用测厚仪分别测量E及F外圆处壁厚，测量值参照表一。

表一：壁厚测量表

测量点	0°	90°	180°	270°
					E(壁厚)	δE(0°)	δE(90°)	δE(180°)	δE(270°)
F(壁厚)	δF(0°)	δF(90°)	δF(180°)	δF(270°)

④内孔轴线角度位移误差的校正，据表一测量值，按E、F外圆在0°、90°、180°、270°角度位置测得的壁厚差调整支撑杆34，按图7所示，如0°支撑杆按Δδ(0°)＝δF(0°)-δE(0°)计算值进行调整，负值支撑杆调短，正值支撑杆调长，同理计算值依次调整90°、180°、270°支撑杆。

⑤内孔轴线径向位移误差的校正，根据表一F外圆壁厚测量值，按图8所示，如0°支撑杆按ΔδF(0°)＝δF(180°)-δF(0°)计算值进行调整，负值支撑杆调短，正值支撑杆调长，同理按计算值，依次调整90°、180°、270°支撑杆。

⑥可调中心支撑3的最终调整量的计算，按④及⑤计算结果，0°位置可调中心支撑的支撑杆最终调整量为角度位移偏差及轴向位移偏差之和，如0°位置按ΔδF(0°)+Δδ(0°)＝δF(0°)-δE(0°)+δF(180°)-δF(0°)计算值，来调整支撑杆，负值支撑杆调短，正值支撑杆34调长；同理按计算值，依次调整90°、180°、270°支撑杆；⑦按壁厚测量值校调支撑点位置后，重复②③④⑤⑥操作，至到E、F外圆壁厚测量值控制在0.01mm内，说明工件内孔轴线已与机床主轴回转轴线重合(即已按内孔找正)，然后在一次装夹下完成精车、抛磨工序。用此方法找正可以消除装夹误差，实现精确按内孔轴线找正后精加工外圆的工艺要求，确保加工出的外圆、螺纹对主孔A同轴度优于0.06mm的设计要求。

用改进后的中心架4加工内/外肩圆的方法如下：1)上道精车外圆时，精车一段用于中心架上支撑爪支承的基准外圆，要求与主孔A同轴度优于0.01mm,表面粗糙度优于0.8μm；2)外圆精车后，内孔可调中心支撑不要取出，与工件一体吊离机床；3)在机床导轨上架好中心架4后，用顶夹定位方式再次装夹工件0，校调工件0轴线与机床主轴回转轴线同轴后，调整中心架4下部2个支撑爪422与工件0基准外圆均匀接触后锁紧，再紧扣上盖，调整位置合适后锁紧；4)松开顶针，使工件0在支撑面上低速转动，使支撑爪422与工件0基准外圆充分磨合，并不断通过第二支撑块42上的油槽浇注高压导轨油来降温润滑，形成油膜支承实现工件围绕同一基准外圆在三处120°支撑爪上转动。本方案利用巴氏合金质地柔软、强度低的特性，转动工件0可使支撑爪422的软基体内凹，硬基体外凸，此特性可使第二支撑块42与工件0外圆间呈小间隙配合，利于减小摩擦，硬基体呈支撑作用，有利于承重，因此可达到第二支撑块42与工件0的基准外圆完美无间隙配合要求。改进后的中心架消除了原有支撑轴承间隙带来的系统误差，有效提高定心精度，通过实际加工验证，本方法能有效地确保管体对接处的外肩圆c及内肩孔B与主孔A的同轴度≤0.03mm的加工精度要求。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种保证大直径精密管体类工件高同轴度要求的结构，其特征在于，包括可调中心支撑和中心架，所述可调中心支撑位于工件内孔，所述中心架用于支撑工件外圆，所述可调中心支撑包括支撑体、中心支撑体、定位套、支撑杆和第一支撑块，所述第一支撑块及所述支撑杆通过所述定位套及紧定螺钉装配在所述支撑体上，所述中心支撑体与所述支撑体组装一体，所述可调中心支撑的调整范围按工件内孔尺寸在

所述中心架包括架体，所述架体上分别以120°夹角设置第二支撑块，并在所述架体的相适位置加工出与所述第二支撑块相匹配的定位斜凹槽及螺栓孔，将所述第二支撑块与所述架体装配一体。

2.如权利要求1所述结构，其特征在于，所述第二支撑块上设有长螺栓孔、支撑爪、定位键和油孔，所述定位键与所述定位斜凹槽相适配，通过调整斜面配合位置来调整工件径向尺寸，所述长螺栓孔与所述螺栓孔相适配，所述支撑爪上喷涂巴氏合金并开设油槽，所述油槽与所述油孔相连。

3.一种保证大直径精密管体类工件高同轴度要求的方法，其特征在于，基于如权利要求1或2所述结构实现，包括：

S1、按工件内孔尺寸调整可调中心支撑的第一支撑块，使第一支撑块的径向尺寸与工件的内孔尺寸一致，将可调中心支撑装入后顶尖端的工件内孔；

S2、上车床，工件以顶夹方式装夹，在工件后顶尖端及卡盘端分别车一段E沟槽及F沟槽；

S3、在装可调中心支撑的支撑点0°、90°、180°、270°方位，分别测量E沟槽及F沟槽外圆处壁厚；

S4、内孔轴线角度位移误差校正：根据测量值，按E沟槽及F沟槽外圆在0°、90°、180°、270°角度位置测得的壁厚差调整支撑杆，0°支撑杆按Δδ(0°)＝δF(0°)-δE(0°)计算值进行调整，负值支撑杆调短，正值支撑杆调长，同理计算值依次调整90°、180°、270°支撑杆；

S5、内孔轴线径向位移误差校正：根据F沟槽外圆壁厚测量值，0°支撑杆按ΔδF(0°)＝δF(180°)-δF(0°)计算值进行调整，负值支撑杆调短，正值支撑杆调长，同理按计算值依次调整90°、180°、270°支撑杆；

S6、可调中心支撑的最终调整量，按S4及S5计算结果，0°位置可调中心支撑的支撑杆最终调整量为角度位移偏差及轴向位移偏差之和，0°位置按ΔδF(0°)+Δδ(0°)＝δF(0°)-δE(0°)+δF(180°)-δF(0°)计算值调整支撑杆，负值支撑杆调短，正值支撑杆调长，同理按计算值，依次调整90°、180°、270°支撑杆；

S7、按壁厚测量值校调支撑点位置后，重复S2至S6操作，直到E沟槽、F沟槽外圆壁厚测量值控制在0.01mm内。

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