CN111438587A - 一种碳化硅陶瓷管加工设备及加工方法 - Google Patents

一种碳化硅陶瓷管加工设备及加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳化硅陶瓷管的加工设备，包括机床身，电机，夹持定位机构，校准机构和加工机构。通过校准机构，可对夹持定位的碳化硅陶瓷管进行准确的端面磨加工，保证两个加工端面磨加工的同心度和端面的平行度。本发明还公开了一种碳化硅陶瓷管的加工方法，通过校准机构的校准，可高效保证碳化硅陶瓷管磨加工端面的同心度和平行度。

Description

一种碳化硅陶瓷管加工设备及加工方法
技术领域
本发明涉及碳化硅陶瓷管加工技术领域，具体为一种碳化硅陶瓷管加工设备及加工方法。
背景技术
碳化硅陶瓷管烧结成型之后，还需要对其进行下一步的加工，例如：切割、磨削、检查、返工等，对一些大型碳化硅陶瓷管，由于其烧结变形大而不规则、管件长度长，在后续加工时人工翻转困难，尤其是在对其进行端部处理时，需要打磨整个端部，需将整个陶瓷管件翻转一周，若采用人工翻转，难以保证端面打磨均匀，经常出现端口不同心、端面与管体不垂直的现象。碳化硅陶瓷管应用在核工业等高精度要求的场景下，对端口的同心度、垂直度及高度一致具有较高的精度要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳化硅陶瓷管加工设备和加工方法，将需要进行后续加工的碳化硅陶瓷管夹持固定后，使其在加工设备上转动，以便对其进行后续切割磨削。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种碳化硅陶瓷管加工设备，其特征在于：包括机床工作台、电机、夹持定位机构、校准机构和加工机构；所述机床工作台用于放置碳化硅陶瓷管，所述电机用于驱动夹持定位机构内的碳化硅陶瓷管，所述夹持定位机构用于对碳化硅陶瓷管进行夹装定位，所述校准机构对夹持定位的碳化硅陶瓷管进行端面校准，使碳化硅陶瓷管的两个磨加工端面保持在同心轴线上，所述加工机构用于对碳化硅陶瓷管的端面以及端部的外壁磨削。
具体地，所述夹持定位机构包括前中心高垫块、后中心高垫块、轴套中心架、同心管、调节定心螺丝、头架、加长板和定位三爪；所述前中心高垫块和后中心高垫块设在机床工作台上，所述加长板固定在机床工作台的尾部，所述轴套中心架设在加长板上，所述头架设在后中心高垫块上，所述定位三爪与头架转动连接并与电机的输出轴连接，所述同心管前端与头架通过调节定心螺丝固定，尾端与轴套中心架连接。
具体地，所在装夹未加工一端的碳化硅陶瓷管时所述同心管的尾端可拆式连接有尼龙夹具，所述尼龙夹具的内孔为锥形孔，利用锥度自锁陶瓷长管固定，所述尼龙夹具的侧壁设有多条沿轴向分布的长孔。
具体地，所在装夹已加工完的一端的碳化硅陶瓷管时所述校准机构可拆式连接在同心管的尾端。
具体地，所所述校准机构包括三向调节工装、调节杆、钢丝圈和定心圈；所述三向调节工装设有供碳化硅陶瓷管端部嵌入的定位孔，所述定位孔内壁为转动内环面，定位孔的内底面为端面止位片，所述端面止位片和所述转动内环面随碳化硅陶瓷管做同心转动；所述三向调节工装调整定位孔左右、上下、前后位置且使端面止位片与碳化硅陶瓷管的端面贴合作为基准面；所述定心圈的安装在同心管的尾端且设在调节杆的前端外，所述调节杆转动连接在夹持定位机构内，所述调节杆外径和转动内环面内径匹配；所述钢丝圈与定位三爪上的磨槽匹配；所述碳化硅陶瓷管嵌入在同心管内，一端伸出定位三爪并夹住，另一端位于穿过调节杆嵌入在定位孔内，碳化硅陶瓷管的端面与端面止位片与贴合。
具体地，所所述三向调节工装包括底板、前后滑板、上下滑板、轴承座和定位铜套，所述前后滑板的底部通过导向块滑动连接在底板的凹槽内上并用螺栓锁紧，所述上下滑板安装在前后滑板的正面且顶部设有上下调节螺杆，所述定位铜套通过第一轴承安装在轴承座上，所述轴承座固定在上下滑板上，所述定位孔为定位铜套的内孔，所述端面止位片为设在定位铜套内端的定位板的端面，所述定位板通过第二轴承转动连接在前后滑板上，所述定位铜套和定位板随碳化硅陶瓷管做同心转动。
为解决上述技术问题，本发明还提供的技术方案为：一种碳化硅陶瓷管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)加工碳化硅陶瓷管的一个端面，在加工时碳化硅陶瓷管插入同心管内，要加工的前端伸出定位三爪，用定位三爪锁住碳化硅陶瓷管的前端，另一端伸出同心管并由尼龙夹具利用锥度自锁固定；
(2)对碳化硅陶瓷管的前端台阶圆磨加工，完成后用检测仪器检测外径，该检测仪器检测内径与三向调节工装的定位孔)内径一致；
(3)拆下加工完的碳化硅陶瓷管和尼龙夹具，
(4)在同心管出口处放置定心圈和调节杆，调节水平度；
将碳化硅陶瓷管掉头插入至同心管内，需要加工的一端伸出定位三爪并锁住，加工完的一端伸出同心管的一端并且穿过调节杆，松开并调整三向定位工装，使调节杆插入的定位孔中，并且使碳化硅陶瓷管的端面与三向定位工装的端面止位片贴合，锁紧三向定位工装，将钢丝圈(套入定位三爪的环槽并锁紧。
具体地，所步骤(1)中的检测仪器为一内径与磨加工完成后的碳化硅陶瓷管外径匹配的金属环，金属环内径与碳化硅陶瓷管加工后的外径间隙配合；或者检测仪器为任一可检测径向长度的装置用于检测加工完成的碳化硅陶瓷管直径。
采用以上方法后，本发明具有以下优点：本结构针对碳化硅陶瓷管长度长、壁薄且直线跳动的特点，同心管除了能容置碳化硅陶瓷管，还能检测转动状态的碳化硅陶瓷管的直线度，碰到直线度较差的碳化硅陶瓷管，则直接触碰同心管产生异响，更严重者则使同心管断裂，从而能保证碳化硅陶瓷管直线度。校准机构可以准确以加工完的一端的端面作为基准，从而保证高效的装夹和磨加工精度，磨加工后的碳化硅陶瓷管的两端同心度高，加工端面的平行度高。
附图说明
图1为本发明的碳化硅陶瓷管加工设备的结构示意图.
图2为本发明的三向调节工装的立体示意图。
图3为本发明的三向调节工装的剖面示意图。
图中所示：1、机床工作台，2、电机，3、中心高垫块，4、后中心高垫块，5、轴套中心架，6、定心圈，7、同心管，8、调节定心螺丝，9、头架，10、加长板，11、定位三爪，12、三向调节工装，12.1、底板，12.2、前后滑板，12.3、上下滑板，12.4、轴承座12.5、定位铜套，12.6、上下调节螺杆，12.7、第一轴承，12.8、第二轴承，12.9、定位板，13、调节杆，14、钢丝圈，15、定位孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1-3所示的一种碳化硅陶瓷管加工设备，包括机床工作台1、电机2、夹持定位机构、校准机构和加工机构；所述机床工作台1用于放置碳化硅陶瓷管，所述电机2用于驱动夹持定位机构内的碳化硅陶瓷管，所述夹持定位机构用于对碳化硅陶瓷管进行夹装定位，所述校准机构对夹持定位的碳化硅陶瓷管进行端面校准，使碳化硅陶瓷管的两个磨加工端面保持在同心轴线上，所述加工机构用于对碳化硅陶瓷管的端面以及端部的外壁磨削。电机2、夹持定位机构、校准机构安装在机床工作台1，所述加工机构为砂轮结构，用磨具对工件表面进行磨削。
所述夹持定位机构包括前中心高垫块3、后中心高垫块4、轴套中心架5、同心管7、调节定心螺丝8、头架9、加长板10和定位三爪11；所述前中心高垫块3和后中心高垫块 4设在机床工作台1上，所述加长板10固定在机床工作台1的尾部，所述轴套中心架5设在加长板上，所述头架9设在后中心高垫块4上，所述定位三爪11与头架9转动连接并与电机2的输出轴连接，所述同心管7前端与头架9通过调节定心螺丝8固定，尾端与轴套中心架5连接。
在装夹未加工一端的碳化硅陶瓷管时所述同心管7的尾端可拆式连接有尼龙夹具，所述尼龙夹具的内孔为锥形孔，利用锥度自锁陶瓷长管固定，所述尼龙夹具的侧壁设有多条沿轴向分布的长孔。
在装夹已加工完的一端的碳化硅陶瓷管时所述校准机构可拆式连接在同心管7的尾端。
所述校准机构包括三向调节工装12、调节杆13、钢丝圈14和定心圈6；所述三向调节工装12设有供碳化硅陶瓷管端部嵌入的定位孔15，所述定位孔15内壁为转动内环面，定位孔的内底面为端面止位片，所述端面止位片和所述转动内环面随碳化硅陶瓷管做同心转动；所述三向调节工装12调整定位孔左右、上下、前后位置且使端面止位片与碳化硅陶瓷管的端面贴合作为基准面；所述定心圈6的安装在同心管7的尾端且设在调节杆13 的前端外，所述调节杆13转动连接在夹持定位机构内，所述调节杆13外径和转动内环面内径匹配；所述钢丝圈14与定位三爪11上的磨槽匹配；所述碳化硅陶瓷管嵌入在同心管 7内，一端伸出定位三爪11并夹住，另一端位于穿过调节杆13嵌入在定位孔15内，碳化硅陶瓷管的端面与端面止位片与贴合。
所述三向调节工装包括底板12.1、前后滑板12.2、上下滑板12.3、轴承座12.4和定位铜套12.5，所述前后滑板12.2的底部通过导向块滑动连接在底板12.1的凹槽内上并用螺栓锁紧，所述上下滑板12.3安装在前后滑板12.2的正面且顶部设有上下调节螺杆12.6，所述定位铜套12.5通过第一轴承12.7安装在轴承座12.4上，所述轴承座12.4固定在上下滑板12.3上，所述定位孔15为定位铜套12.5的内孔，所述端面止位片为设在定位铜套12.5内端的定位板12.9的端面，所述定位板12.9通过第二轴承12.8转动连接在前后滑板12.2上，所述定位铜套12.5和定位板12.9随碳化硅陶瓷管做同心转动。
定位三爪11的安装定位要求跳动少于0.01mm。
定心圈6是一套筒结构，其外径与同心管7的内径匹配，其内径与调节杆13的外径匹配，在加工完成后，定心圈6被均分为三等份，方便拆装定位。
同心管7口部车深80mm，台孔的孔径与定心圈6的外径匹配，且与定心圈6同心。
将同心管7定位安装在加工设备上，先调节调节定心螺丝8，使得同心管7的一端大致同心，在调节轴套中心架5，最后同时调节调节定心螺丝8和轴套中心架5使得同心管 7的全跳动少于0.03mm。
本发明还介绍了一种碳化硅陶瓷管件的加工方法。加工方法包括以下步骤：
(1)加工碳化硅陶瓷管的一个端面，在加工时用定位三爪11锁住碳化硅陶瓷管的一端，碳化硅陶瓷管的另一端由尼龙夹具锥度自锁固定。磨端面在靠近台阶侧一次装夹固定完成加工。台阶圆磨加工后用检测仪器检测，该检测仪器检测内径与三向调节工装12的定位孔15一致。
(2)将一调节杆13通过定位三爪11和同心管7，在同心管7出口处放置定心圈6，调节三向调节工装12，使得调节杆13能够插入三向调节工装12的定位孔15，调节水平度后，将调节杆13和三向调节工装12用螺丝锁固。
(3)再加工碳化硅陶瓷管件的另一个端面时，将已加工完成的碳化硅陶瓷管一端插入三向定位工装12的定位孔15中，使碳化硅陶瓷管的端面与三向定位工装12的端面止位片64贴合。将一钢丝圈14套入定位固定三爪11的环槽并锁紧。重复步骤(1)中的加工步骤完成碳化硅陶瓷管另一个端面的磨加工。
进一步的，步骤(1)中的检测仪器为一内径与磨加工完成后的碳化硅陶瓷管外径匹配的金属环，金属环内径与碳化硅陶瓷管加工后的外径间隙配合。或者，检测仪器为任一可检测径向长度的装置用于检测加工完成的碳化硅陶瓷管直径。
当然，本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种碳化硅陶瓷管加工设备，其特征在于：包括机床工作台(1)、电机(2)、夹持定位机构、校准机构和加工机构；所述机床工作台(1)用于放置碳化硅陶瓷管，所述电机(2)用于驱动夹持定位机构内的碳化硅陶瓷管，所述夹持定位机构用于对碳化硅陶瓷管进行夹装定位，所述校准机构对夹持定位的碳化硅陶瓷管进行端面校准，使碳化硅陶瓷管的两个磨加工端面保持在同心轴线上，所述加工机构用于对碳化硅陶瓷管的端面以及端部的外壁磨削。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅陶瓷管加工设备，其特征在于：所述夹持定位机构包括前中心高垫块(3)、后中心高垫块(4)、轴套中心架(5)、同心管(7)、调节定心螺丝(8)、头架(9)、加长板(10)和定位三爪(11)；所述前中心高垫块(3)和后中心高垫块(4)设在机床工作台(1)上，所述加长板(10)固定在机床工作台(1)的尾部，所述轴套中心架(5)设在加长板上，所述头架(9)设在后中心高垫块(4)上，所述定位三爪(11)与头架(9)转动连接并与电机(2)的输出轴连接，所述同心管(7)前端与头架(9)通过调节定心螺丝(8)固定，尾端与轴套中心架(5)连接。
3.根据权利要求2所述的一种碳化硅陶瓷管加工设备，其特征在于：在装夹未加工一端的碳化硅陶瓷管时所述同心管(7)的尾端可拆式连接有尼龙夹具，所述尼龙夹具的内孔为锥形孔，利用锥度自锁陶瓷长管固定，所述尼龙夹具的侧壁设有多条沿轴向分布的长孔。
4.根据权利要求2所述的一种碳化硅陶瓷管加工设备，其特征在于：在装夹已加工完的一端的碳化硅陶瓷管时所述校准机构可拆式连接在同心管(7)的尾端。
5.根据权利要求3所述的一种碳化硅陶瓷管加工设备，其特征在于：所述校准机构包括三向调节工装(12)、调节杆(13)、钢丝圈(14)和定心圈(6)；所述三向调节工装(12)设有供碳化硅陶瓷管端部嵌入的定位孔(15)，所述定位孔(15)内壁为转动内环面，定位孔的内底面为端面止位片，所述端面止位片和所述转动内环面随碳化硅陶瓷管做同心转动；所述三向调节工装(12)调整定位孔左右、上下、前后位置且使端面止位片与碳化硅陶瓷管的端面贴合作为基准面；所述定心圈(6)的安装在同心管(7)的尾端且设在调节杆(13)的前端外，所述调节杆(13)转动连接在夹持定位机构内，所述调节杆(13)外径和转动内环面内径匹配；所述钢丝圈(14)与定位三爪(11)上的磨槽匹配；所述碳化硅陶瓷管嵌入在同心管(7)内，一端伸出定位三爪(11)并夹住，另一端位于穿过调节杆(13)嵌入在定位孔(15)内，碳化硅陶瓷管的端面与端面止位片与贴合。
6.根据权利要求5所述的一种碳化硅陶瓷管加工设备，其特征在于：所述三向调节工装包括底板(12.1)、前后滑板(12.2)、上下滑板(12.3)、轴承座(12.4)和定位铜套(12.5)，所述前后滑板(12.2)的底部通过导向块滑动连接在底板(12.1)的凹槽内上并用螺栓锁紧，所述上下滑板(12.3)安装在前后滑板(12.2)的正面且顶部设有上下调节螺杆(12.6)，所述定位铜套(12.5)通过第一轴承(12.7)安装在轴承座(12.4)上，所述轴承座(12.4)固定在上下滑板(12.3)上，所述定位孔(15)为定位铜套(12.5)的内孔，所述端面止位片为设在定位铜套(12.5)内端的定位板(12.9)的端面，所述定位板(12.9)通过第二轴承(12.8)转动连接在前后滑板(12.2)上，所述定位铜套(12.5)和定位板(12.9)随碳化硅陶瓷管做同心转动。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的碳化硅陶瓷管的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)加工碳化硅陶瓷管的一个端面，在加工时碳化硅陶瓷管插入同心管(7)内，要加工的前端伸出定位三爪(11)，用定位三爪(11)锁住碳化硅陶瓷管的前端，另一端伸出同心管(7)并由尼龙夹具利用锥度自锁固定；
(2)对碳化硅陶瓷管的前端台阶圆磨加工，完成后用检测仪器检测外径，该检测仪器检测内径与三向调节工装(12)的定位孔(15)内径一致；
(3)拆下加工完的碳化硅陶瓷管和尼龙夹具，
(4)在同心管出口处放置定心圈(6)和调节杆(13)，调节水平度；
(5)将碳化硅陶瓷管掉头插入至同心管(7)内，需要加工的一端伸出定位三爪(11)并锁住，加工完的一端伸出同心管(7)的一端并且穿过调节杆(13)，松开并调整三向定位工装(12)，使调节杆(13)插入的定位孔(15)中，并且使碳化硅陶瓷管的端面与三向定位工装的端面止位片贴合，锁紧三向定位工装(12)，将钢丝圈(14)套入定位三爪(11)的环槽并锁紧。
8.根据权利要求7所述的一种碳化硅陶瓷管的加工方法，其特征在于：步骤(1)中的检测仪器为一内径与磨加工完成后的碳化硅陶瓷管外径匹配的金属环，金属环内径与碳化硅陶瓷管加工后的外径间隙配合；或者检测仪器为任一可检测径向长度的装置用于检测加工完成的碳化硅陶瓷管直径。
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