CN111482775A - 一种异形兜孔金属实体保持架加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种异形兜孔金属实体保持架加工方法，涉及一种保持架加工方法。目的是解决异形兜孔的金属实体保持架时刀具磨损快、加工精度低和生产效率低的问题。方法：成型、细车端面、粗磨外径、细车内径、打标记、在过渡盘工装上钻铣加工保持架兜孔、终磨外径、终车内径、车外台阶、倒角、车内槽、终车内径、插削油沟、去毛刺、酸洗、镀银、终检和包装。本发明利用与保持架兜孔形状相似的球头铣刀达到减少刀具磨损，延长刀具使用寿命，提高切削速度的目的，本发明方法提高了加工精度和表面质量，降低了兜孔表面粗糙度。本发明适用于异形兜孔加工。

Description

一种异形兜孔金属实体保持架加工方法
技术领域
本发明涉及一种保持架加工方法。
背景技术
高速精密轴承失效的主要原因之一是：保持架磨损后导致间隙增大，以及受到冲击载荷的作用时保持架运动的不稳定性加剧，轴承运转失效的特征都会反映到保持架上，因此保持架的结构特征一直是高速精密轴承设计中必须要考虑的重要因素之一。
图1～图4为一种航空轴承中的具有异形兜孔的金属实体保持架，图1为具有异形兜孔的金属实体保持架的径向剖视图，图2为图中a处放大图，图3为图1所示保持架的兜孔处剖面图，图3为图1所示保持架的过梁处剖面图，该兜孔为“灯笼”形，兜孔由位于外径侧的椭圆孔、中间的椭球孔和内径侧的椭圆孔构成，该保持架兜孔为“灯笼”形，可以储存润滑油或润滑脂并保证在短时间内不会流失，起到了对航空高速精密轴承良好润滑的重要作用，提高了轴承的使用寿命，但是这种形状的兜孔在制造工艺上有较大的难度：1、加工保持架“灯笼”兜孔的刀具是由工人利用磨刀样板手工磨成型，加工异形兜孔时刀具磨损较快，修磨刀具频率高；2、成型刀具的尺寸及形状直接影响兜孔的尺寸和兜孔的形状，由于刀具外形是手工磨削，因而导致保持架兜孔尺寸、精度及兜孔形状不稳定，废品率较高；3、兜孔表面粗糙度大，达不到工艺要求，产品合格率低，导致生产效率降低。
发明内容
本发明为了解决现有方法加工具有异形兜孔的金属实体保持架时刀具磨损快、加工精度低和生产效率低的问题，提出一种异形兜孔金属实体保持架加工方法。
本发明异形兜孔金属实体保持架加工方法按照以下步骤依次进行：
一、成型：加工得到保持架坯料；
二、细车加工保持架的两个端面；
三、粗磨加工保持架的外径；
四、细车加工保持架的内径；
五、在保持架上打标记；
六、钻铣加工保持架兜孔：将保持架固定在过渡盘工装上，过渡盘工装安装在四轴加工中心机床的分度头内；
①、用φ22mm钻头钻削φ22mm的贯通保持架的圆形孔,
②、用φ20mm铣刀采用圆弧插补的方法在圆形孔的基础上贯通铣削椭圆孔，φ20mm铣刀表面具有Ti-Al-X-N涂层；
③、利用φ20mm球头铣刀在椭圆孔的中部铣削保持架中间的椭球孔，球头铣刀表面具有Ti-Al-X-N涂层；
七、终磨外径：终磨加工保持架的外径；
八、终车内径：终车加工保持架的内径；
九、车保持架的外台阶并进行倒角处理；
十、车保持架的内槽；
十一、终车保持架的内径；
十二、插削保持架的油沟；
在车床上安装硬质合金车刀，将三爪卡盘安装在车床上，用三爪卡盘的定位叉夹紧保持架兜孔过梁，硬质合金车刀沿轴向往复运动进行分层插削，每层插削深度为0.2mm，连续插削4-5层；
十三、进行去毛刺、酸洗、镀银、终检和包装，即完成。
本发明具备以下有益效果：
本发明利用与保持架兜孔形状相似的球头铣刀，刀具表面具有Ti-Al-X-N涂层，Ti-Al-X-N是利用气相沉淀方法在高强度工具基体表面制备，厚度达到几微米，并且具有高硬度、高耐磨和难溶特性，从而达到减少刀具磨损、延长刀具使用寿命，提高切削速度的目的，利用该种涂层刀具加工工件时的材料切除率是手工制备的刀具的3-5倍，生产效率有明显提高。
本发明异形兜孔加工时，圆形孔钻头钻削完成，椭圆孔采用圆弧插补的方法铣削完成，中间椭球孔利用球头铣刀铣削完成，提高了保持架兜孔的加工精度和表面质量，并且能够降低兜孔表面粗糙度，加工所得兜孔形状符合产品图纸要求。
附图说明
图1为具有异形兜孔的金属实体保持架的径向剖视图；
图2为图中a处放大图；
图3为图1中保持架的兜孔处剖面图；
图4为图1中保持架的过梁处剖面图；
图5为实施例1中过渡盘工装结构示意图；
图6为实施例1中过渡盘的结构示意图；
图7为实施例1中过渡盘的仰视图；
图8为实施例1中心轴6的结构示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：本实施方式异形兜孔金属实体保持架加工方法按照以下步骤依次进行：
一、成型：加工得到保持架坯料；
二、细车加工保持架的两个端面；
三、粗磨加工保持架的外径；
四、细车加工保持架的内径；
五、在保持架上打标记；
六、钻铣加工保持架兜孔：将保持架固定在过渡盘工装上，过渡盘工装安装在四轴加工中心机床的分度头内；
①、用φ22mm钻头钻削φ22mm的贯通保持架的圆形孔,
②、用φ20mm铣刀采用圆弧插补的方法在圆形孔的基础上贯通铣削椭圆孔，φ20mm铣刀表面具有Ti-Al-X-N涂层；
③、利用φ20mm球头铣刀在椭圆孔的中部铣削保持架中间的椭球孔，φ20mm球头铣刀表面具有Ti-Al-X-N涂层；
七、终磨外径：终磨加工保持架的外径；
八、终车内径：终车加工保持架的内径；
九、车保持架的外台阶并进行倒角处理；
十、车保持架的内槽；
十一、终车保持架的内径；
十二、插削保持架的油沟；
在车床上安装硬质合金车刀，将三爪卡盘安装在车床上，用三爪卡盘的定位叉夹紧保持架兜孔过梁，硬质合金车刀沿轴向往复运动进行分层插削，每层插削深度为0.2mm，连续插削4-5层；
十三、进行去毛刺、酸洗、镀银、终检和包装，即完成。
本实施方式利用与保持架兜孔形状相似的球头铣刀进行椭球孔加工，刀具表面具有Ti-Al-X-N涂层，Ti-Al-X-N是利用气相沉淀方法在高强度工具基体表面制备，厚度达到几微米，并且具有高硬度、高耐磨和难溶特性，从而达到减少刀具磨损、延长刀具使用寿命，提高切削速度的目的，利用该种涂层刀具加工工件时的材料切除率是手工制备的刀具的3-5倍，生产效率有明显提高。
本实施方式异形兜孔加工时，圆形孔钻头钻削完成，椭圆孔采用圆弧插补的方法铣削完成，中间椭球孔利用球头铣刀铣削完成，提高了保持架兜孔的加工精度和表面质量，并且能够降低兜孔表面粗糙度，加工所得兜孔形状符合产品图纸要求。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤六①中加工参数为:n(主轴转速)＝700～800r/min，f(进给量)＝80～100mm。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤六②中加工参数为:椭圆孔的长轴＝23.04mm，短轴(轴向)＝22.27mm，加工参数：n＝800～1000r/min，f＝50～60mm。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤六③中加工参数为:椭球孔的长轴＝23.5mm，椭球孔的短轴(轴向)＝22.7mm，球面半径R＝18.5mm；加工参数：n＝800～1000r/min，f＝50～60mm。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤六所述过渡盘工装由过渡盘5和心轴6组成，过渡盘5插入机床的分度头内并固定，过渡盘5的下表面设有螺孔5-1；心轴6由下螺纹段6-1、连接段6-2和上螺纹段6-3组成，下螺纹段6-1、连接段6-2和上螺纹段6-3首尾依次连接成一体，心轴6的上螺纹段6-3旋紧在过渡盘5下表面的螺孔5-1内，心轴6上依次套设有内定位盘8、保持架坯料7和外定位盘9，内定位盘8设置在过渡盘5一侧，外定位盘9外侧的下螺纹段6-1设置有锁紧螺母。
实施例1：
结合图1～8说明，本实施例异形兜孔金属实体保持架加工方法按照以下步骤依次进行：
一、成型：加工得到保持架坯料；
二、细车加工保持架的两个端面；
三、粗磨加工保持架的外径；
四、细车加工保持架的内径；
五、在保持架上打标记；
六、钻铣加工保持架兜孔：将保持架固定在过渡盘工装上，过渡盘工装安装在四轴加工中心机床的分度头内；本实施例保持架材质为QAL10-3-1.5铝青铜，此种材质具有高的强度及耐摩擦性，有较高的抗氧化性和耐腐性性，根据保持架材质，加工兜孔时，钻孔使用专业加工铝青铜材质的钻头，标准铣刀及成型球头铣刀同样采用专业加工铝青铜材质的刀具。
①、用φ22mm钻头钻削φ22mm的贯通保持架的圆形孔,
②、用φ20mm铣刀采用圆弧插补的方法在圆形孔的基础上贯通铣削椭圆孔，φ20mm铣刀表面具有Ti-Al-X-N涂层；
③、利用φ20mm球头铣刀在椭圆孔的中部铣削保持架中间的椭球孔，φ20mm球头铣刀表面具有Ti-Al-X-N涂层；
步骤六①中加工参数为:n＝750r/min，f＝90mm；
步骤六②中加工参数为:椭圆孔的长轴＝23.04mm，短轴(轴向)＝22.27mm，加工参数：n＝900r/min，f＝55mm；
步骤六③中加工参数为:椭球孔的长轴＝23.5mm，椭球孔的短轴(轴向)＝22.7mm，球面半径R＝18.5mm；加工参数：n＝900r/min，f＝55mm；
步骤六所述过渡盘工装由过渡盘5和心轴6组成，过渡盘5插入机床的分度头内并固定，过渡盘5的下表面设有螺孔5-1；心轴6由下螺纹段6-1、连接段6-2和上螺纹段6-3组成，下螺纹段6-1、连接段6-2和上螺纹段6-3首尾依次连接成一体，心轴6的上螺纹段6-3旋紧在过渡盘5下表面的螺孔5-1内，心轴6上依次套设有内定位盘8、保持架坯料7和外定位盘9，内定位盘8设置在过渡盘5一侧，外定位盘9外侧的下螺纹段6-1设置有锁紧螺母；过渡盘5上的螺纹孔用于连接内定位盘8；
由于保持架外形尺寸较大，现有加工中心工装已无法满足该产品的使用要求，保持架外形尺寸已超出现有加工中心工装定位的范围，需从新设计大尺寸的过渡盘工装，过渡盘工装中过渡盘5起到定心作用，保持架坯料先固定在过渡盘工装上，过渡盘工装再安装在机床分度头上，过渡盘工装跟随机床分度头一同转动并带动心轴6上的保持架坯料一起转动，从而实现兜孔等分加工，解决大尺寸保持架兜孔在加工中心上超出加工范围的问题。
七、终磨外径：终磨加工保持架的外径；
八、终车内径：终车加工保持架的内径；
九、车保持架的外台阶并进行倒角处理；
十、车保持架的内槽；
十一、终车保持架的内径；
十二、插削保持架的油沟；
C620车床上安装硬质合金车刀，将三爪卡盘安装在C620车床上，用三爪卡盘的定位叉夹紧保持架兜孔过梁，硬质合金车刀沿轴向往复运动进行分层插削，每层插削深度为0.2mm，连续插削5层；利用车刀替代插刀达到插削的效果，能显著提高效率；
十三、进行去毛刺、酸洗、镀银、终检和包装，即完成。
实施例加工后的兜孔检测：1、尺寸控制：采用调心机检测兜孔尺寸；2、位置精度控制：采用轴承检测仪G904测量兜孔轴向位置度(S1-S2)、以及兜孔距离两端面的厚度差(S-S1和S-S2)，等分差Vbc使用数显游标卡尺测量，采用三坐标计量兜孔圆周方向位置度。3、表面质量控制：采用手持式表面粗糙度仪检测兜孔表面粗糙度。检测结果如表1所示。采用实施例1方法并结合四轴加工中心加工兜孔，显著提高了保持架兜孔的加工精度，兜孔各项精度指标较以前有很大提升。
本实施例利用与保持架兜孔形状相似的球头铣刀，并在数控加工中心上采用圆弧插补的方法加工兜孔，所采用的硬质合金成形刀具表面具有Ti-Al-X-N涂层，Ti-Al-X-N是利用气相沉淀方法在高强度工具基体表面制备，厚度达到几微米，并且具有高硬度、高耐磨和难溶特性，从而达到减少刀具磨损、延长刀具使用寿命，提高切削速度的目的，利用该种涂层刀具加工工件时的材料切除率是手工制备的刀具的3-5倍，生产效率有明显提高。
本实施例异形兜孔加工时，圆形孔钻头钻削完成，椭圆孔采用圆弧插补的方法铣削完成，中间椭球孔利用球头铣刀铣削完成，提高了保持架兜孔的加工精度和表面质量，并且能够降低兜孔表面粗糙度，加工所得兜孔形状符合产品图纸要求。
表1
Figure BDA0002483438130000061

Claims (5)

1.一种异形兜孔金属实体保持架加工方法，其特征在于：该方法按照以下步骤依次进行：
一、成型：加工得到保持架坯料；
二、细车加工保持架的两个端面；
三、粗磨加工保持架的外径；
四、细车加工保持架的内径；
五、在保持架上打标记；
六、钻铣加工保持架兜孔：将保持架固定在过渡盘工装上，过渡盘工装安装在四轴加工中心机床的分度头内；
①、用φ22mm钻头钻削φ22mm的贯通保持架的圆形孔；
②、用φ20mm铣刀采用圆弧插补的方法在圆形孔的基础上贯通铣削椭圆孔，φ20mm铣刀表面具有Ti-Al-X-N涂层；
③、利用φ20mm球头铣刀在椭圆孔的中部铣削保持架中间的椭球孔，φ20mm球头铣刀表面具有Ti-Al-X-N涂层；
七、终磨外径：终磨加工保持架的外径；
八、终车内径：终车加工保持架的内径；
九、车保持架的外台阶并进行倒角处理；
十、车保持架的内槽；
十一、终车保持架的内径；
十二、插削保持架的油沟；
在车床上安装硬质合金车刀，将三爪卡盘安装在车床上，用三爪卡盘的定位叉夹紧保持架兜孔过梁，硬质合金车刀沿轴向往复运动进行分层插削，每层插削深度为0.2mm，连续插削4-5层；
十三、进行去毛刺、酸洗、镀银、终检和包装，即完成。
2.根据权利要求1所述的异形兜孔金属实体保持架加工方法，其特征在于：步骤六①中加工参数为:n＝700～800r/min，f＝80～100mm。
3.根据权利要求1所述的异形兜孔金属实体保持架加工方法，其特征在于：步骤六②中加工参数为:椭圆孔的长轴＝23.04mm，短轴＝22.27mm，加工参数：n＝800～1000r/min，f＝50～60mm。
4.根据权利要求1所述的异形兜孔金属实体保持架加工方法，其特征在于：步骤六③中加工参数为:椭球孔的长轴＝23.5mm，椭球孔的短轴＝22.7mm，球面半径R＝18.5mm；加工参数：n＝800～1000r/min，f＝50～60mm。
5.根据权利要求1所述的异形兜孔金属实体保持架加工方法，其特征在于：步骤六所述过渡盘工装由过渡盘(5)和心轴(6)组成，过渡盘(5)插入机床的分度头内并固定，过渡盘(5)的下表面设有螺孔(5-1)；心轴(6)由下螺纹段(6-1)、连接段(6-2)和上螺纹段(6-3)组成，下螺纹段(6-1)、连接段(6-2)和上螺纹段(6-3)首尾依次连接成一体，心轴(6)的上螺纹段(6-3)旋紧在过渡盘(5)下表面的螺孔(5-1)内，心轴(6)上依次套设有内定位盘(8)、保持架坯料(7)和外定位盘(9)，内定位盘(8)设置在过渡盘(5)一侧，外定位盘(9)外侧的下螺纹段(6-1)设置有锁紧螺母。
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