CN111761383B - 多边形超长零件的加工方法及装夹装置 - Google Patents

多边形超长零件的加工方法及装夹装置 Download PDF

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CN111761383B CN202010696911.8A CN202010696911A CN111761383B CN 111761383 B CN111761383 B CN 111761383B CN 202010696911 A CN202010696911 A CN 202010696911A CN 111761383 B CN111761383 B CN 111761383B
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Abstract

一种多边形超长零件的加工方法及装夹装置，所述加工方法包括如下步骤：对本体的关键表面进行粗加工形成粗加工面；在本体的长度方向上进行深孔粗加工形成粗加工内孔；对本体进行尺寸稳定化热处理；对粗加工面进行半精加工形成半精加工面；对本体进行静置时效处理；对粗加工内孔进行深孔精加工形成精加工内孔；对半精加工面进行精加工形成精加工面，使产品成型。本申请适用于多边形超长零件的加工，当多边形超长零件的结构及尺寸变化时，可仅通过调整装夹装置的固定垫块、浮动垫块及一字吊梁，再对多边形超长零件的关键表面及内孔进行加工，使得产品成型。

Description

多边形超长零件的加工方法及装夹装置
技术领域
本发明涉及常规深孔加工及铣削技术领域，特别涉及一种多边形超长零件的加工方法及装夹装置。
背景技术
在将工件加工为多边形超长零件的过程中，以第四代核能系统中的八角管为例，在对工件进行加工时易变形，尤其是工件装夹定位时，因工件自身重量以及与垫块接触面之间的阻尼较大等原因，限制了工件在定位时的自由回弹，使工件呈现大刀弯趋势，直线校正读表值有3mm的偏差，无法满足工艺要求。如无专门应对措施，最终的加工结果无法满足设计要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多边形超长零件的加工方法及装夹装置，用于多边形超长零件的加工，通过对工件的关键表面的加工路线、去应力方式及时机的设置，以及装夹装置的设计，解决了工件在制造各环节中的变形控制问题，使得加工成型后的产品满足工艺尺寸要求。
为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案。
本发明提供一种多边形超长零件的加工方法，所述加工方法包括如下步骤：
(1)对本体的关键表面进行粗加工形成粗加工面；在本体的长度方向上进行深孔粗加工形成粗加工内孔；
(2)对所述本体进行尺寸稳定化热处理；
(3)对所述粗加工面进行半精加工形成半精加工面；
(4)对所述本体进行静置时效处理；
(5)对所述粗加工内孔进行深孔精加工形成精加工内孔；
(6)对所述半精加工面进行精加工形成精加工面，使产品成型。
进一步，所述多边形超长零件为深孔对称结构件，包括：一本体，所述本体具有一第一端及一第二端，所述本体的外周表面在沿垂直于所述本体的长度方向上的截面为一对称多边形结构，所述本体的内周表面为一内孔；其中，
所述外周表面具有相对的一第一侧边与一第二侧边，在所述第一侧边设置有两个第一安装面及一第一凹槽，在所述第二侧边设置有两个第二安装面及一第二凹槽；并且，所述两个第一安装面设置于同一平面内，所述两个第一安装面凸出于所述第一凹槽且关于所述第一凹槽对称设置；所述两个第二安装面设置于同一平面内，所述两个第二安装面凸出于所述第二凹槽且关于所述第二凹槽对称设置；且所述第一凹槽与所述第二凹槽对称设置，所述两个第一安装面与所述两个第二安装面对称设置；以及，所述第一凹槽、所述第二凹槽、所述两个第一安装面及所述两个第二安装面为关键表面。
进一步，所述第一安装面的精加工面的平面度为不大于0.1mm，所述第二安装面的精加工面的平面度为不大于0.1mm，所述第一安装面的精加工面与所述第二安装面的精加工面的对称度为不大于0.2mm，所述第一凹槽及所述第二凹槽的精加工面的直线度均为不大于0.1mm。
进一步，采用卧式镗铣床或车床对所述本体的关键表面进行粗加工、半精加工或精加工；以及采用深孔设备对所述本体进行深孔粗加工、深孔半精加工及深孔精加工。
进一步，在步骤(1)中，形成的所述关键表面的粗加工面的单边余量不小于7.5mm；以及形成的所述粗加工内孔的单边余量不小于5mm。
进一步，在步骤(2)中，采用井式热处理设备对所述本体进行热处理，热处理的温度范围为410℃至430℃。
进一步，在步骤(3)中，形成的所述关键表面的半精加工面的单边余量为2mm，所述第一安装面及所述第二安装面的半精加工面的平面度均不大于0.5mm，以及所述第一安装面的半精加工面与所述第二安装面的半精加工的对称度不大于0.5mm。
进一步，在步骤(6)中，还包括对所述本体进行静置时效处理的步骤；以及在步骤(4)和步骤(6)中，对所述本体进行静置时效处理的时间72小时以上。
本申请还提出一种如上所述的多边形超长零件的加工方法中的装夹装置，包括：多个垫座，所述多个垫座沿本体的长度方向均匀设置于一机床的台面上；固定垫块，所述固定垫块的一端设置有一凹槽，所述本体的两端分别容置于所述固定垫块的凹槽内，所述固定垫块的另一端与所述垫座连接；多个浮动垫块，所述多个浮动垫块设置于所述本体长度方向上的长度等分位置处，所述浮动垫块包括垫块基体和设置于所述垫块基体上的轴承，所述轴承背离所述垫块基体的一侧设置有一容纳槽，所述本体的外表面与所述容纳槽相配合，所述垫块基体与所述垫座连接。
进一步，所述装夹装置还包括一字吊梁，所述一字吊梁与所述本体连接，所述一字吊梁使得所述本体的长度方向处于水平方向。
本申请多边形超长零件的加工方法及装夹装置的有益效果是：
(1)适用于多边形超长零件的加工，当所述多边形超长零件的结构及尺寸变化时，可仅通过调整装夹装置的固定垫块、浮动垫块及一字吊梁，再对所述多边形超长零件的关键表面及内孔进行加工，使得产品成型，并满足产品的高精度要求。
(2)可利用现有设备进行装夹定位或者加工操作，本申请工艺装备制造成本低，加工方法应用广泛。
附图说明
图1是本发明本体精加工后的结构示意图。
图2是本发明本体精加工后的截面示意图。
图3是本发明装夹装置对本体的装夹示意图。
图4是本发明固定垫块的结构示意图。
图5是本发明浮动垫块的结构示意图。
图6是本发明本体与一字吊梁的装配示意图。
图中的标号分别为：
1、本体； 2、垫座；
3、固定垫块； 4、浮动垫块；
5、机床台面； 6、一字吊梁；
10、第一端； 11、第二端；
12、关键表面； 13、内孔；
14、第一侧边； 15、第二侧边；
121、粗加工面； 122、半精加工面；
123、精加工面； 131、粗加工内孔；
132、精加工内孔； 133、第一扩孔；
134、第二扩孔； 141、第一安装面；
142、第一凹槽； 151、第二安装面；
152、第二凹槽； 31、凹槽；
41、垫块基体； 42、轴承；
43、容纳槽； 61、孔；
62、第一吊绳； 63、第二吊绳。
具体实施方式
以下结合附图给出本发明多边形超长零件的加工方法及装夹装置的具体实施方式，但是应当指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。
请参见图1至图6，本发明公开了一种多边形超长零件的加工方法及装夹装置，所述装夹装置用于对加工过程中的多边形超长零件进行装夹定位，其中，所述多边形超长零件为一深孔对称结构件，如图1和图2所示的，所述多边形超长零件包括一本体1，所述本体1具有一第一端10及一第二端11，所述本体1的外周表面在沿垂直于所述本体1长度方向上的截面为一对称多边形结构，所述本体1具有多个两两对称的侧面，所述本体1的至少一对侧面上设置有关键表面12，所述本体1的内周表面为一内孔13。
在本实施例中，所述多边形超长零件以八角管为例，以所述本体1为加工对象，对所述多边形超长零件的加工方法及装夹装置进行描述。其中，所述多边形超长零件的加工设备选用与所述本体1的长度相匹配的深孔设备、车床及卧式镗铣床，所述多边形超长零件的装夹装置包括通用装夹装置，以及专用于对所述多边形超长零件进行装夹定位的装夹装置。在本实施例中，所述多边形超长零件为八角管。
请参见图3，本申请提供一种多边形超长零件的加工方法中的装夹装置，所述装夹装置包括：垫座2、固定垫块3、浮动垫块4，其中，所述多个垫座2沿所述本体1的长度方向均匀设置于一机床台面5上，所述机床台面5可以具体为所述深孔设备、所述车床及所述卧式镗铣床的水平工作面，通过所述机床台面5、所述固定垫块3和所述浮动垫块4对所述本体1进行装夹固定。
如图3和图5所示的，所述本体1的两端分别通过所述固定垫块3连接至所述垫座2上，其中，所述固定垫块3的一端设置有一凹槽31，所述本体1的两端分别容置于所述固定垫块3的所述凹槽31内，所述固定垫块3的另一端与所述垫座2进行平面接触。
如图3和图6所示的，所述多个浮动垫块4设置于所述本体1长度方向上的长度等分位置处，所述本体1通过所述多个浮动垫块4连接至所述垫座2上，其中，所述浮动垫块4包括垫块基体41和设置于所述垫块基体41上的轴承42，所述轴承42背离所述垫块基体41的一侧具有一容纳槽43，所述垫块基体41与所述轴承42进行活动连接，所述本体1的外表面收容于所述轴承42上的所述容纳槽43内，在本实施例中，所述轴承42为平面推力球轴承；以及所述浮动垫块4的垫块基体41与所述垫座2进行平面接触。
在本实施例中，对所述本体1进行加工定位时，所述本体1由于自重及所述本体1与所述固定垫块3的接触面阻尼较大等原因，限制了所述本体1的自由回弹，所述本体1呈现大刀状弯曲，所述本体1沿长度方向上的直线度偏差有3mm，无法满足工艺要求，若是强力装夹，在完成对所述本体1的加工后，会产生较大的反作用力释放，造成加工完成后的尺寸精度不符合工艺要求，在本实施例中，使用所述浮动垫块4代替通用装夹装置，能够使得所述本体1完成定位后不受自身重力及外力影响，达到自由状态。值得一提的是，在使用所述装夹装置对所述本体1进行定位前，需对所述浮动垫块4的高度进行检测，所述机床台面5上的所述浮动垫块4要求等高，所述浮动垫块4之间的高度偏差不大于0.05mm。
在本实施例中，所述垫座2的数目为五个，所述固定垫块3的数目为两个，所述浮动垫块4的数目为三个，所述浮动垫块4分别设置于所述本体1长度方向上的三等分点位置处。
需要说明的是，在其他实施例中，若所述本体1的外形尺寸发生变化，需要对所述固定垫块3及所述浮动垫块4的外形或高度尺寸进行调整，所述固定垫块3及所述浮动垫块4用于与所述本体1的外表面相配合。
请参见图6，所述装夹装置还包括一字吊梁6，所述一字吊梁6用于对所述本体1进行起吊及移动操作，在本实施例中，所述一字吊梁6与所述本体1连接，使得所述本体1的长度方向始终处于水平方向，具体为，在所述一字吊梁6上均匀设置有多个孔61及与所述孔61一一对应连接的多个第一吊绳62，所述多个第一吊绳62的另一端分别与所述本体1连接，所述一字吊梁6的两端分别与一第二吊绳63连接，所述第二吊绳63的另一端与吊机连接，通过所述第二吊绳63使得所述一字吊梁6及所述本体1始终处于水平状态。
值得注意的是，在使用所述一字吊梁6对所述本体1进行吊装前，采用等长的所述第一吊绳62捆扎所述本体1，并检查捆扎的可靠性；对所述本体1进行横向起吊时，使所述本体1距离地面高度约500mm，观察所述本体1是否达到平衡后，再对所述本体1进行起吊操作，在起吊过程中，每一所述第一吊绳62处于竖直状态，所述第一吊绳62的长度相等，所述一字吊梁6通过所述第一吊绳61使所述一字吊梁6的长度方向与所述本体1的长度方向相平行。所述多个第一吊绳62使得所述一字吊梁6吊装过程中，所述本体1均匀受力，防止不当的起吊方式导致所述本体1在其长度方向上发生变形。
在本实施例中，所述一字吊梁6为钢板焊接结构件，所述一字吊梁6的承载力至少为所述本体1的重量的3倍以上，由于所述多边形超长零件的自身重量不大于2吨，则所述一字吊梁6的自身重力不大于6吨；在其他实施例中，当所述多边形超长零件的重量大于2吨时，应对所述一字吊梁6进行重新设计以增加所述一字吊梁6的承载能力。
参见图1至图6，本发明还公开了一种多边形超长零件的加工方法，所述加工方法包括如下步骤：
(1)对本体1的外表面进行粗加工形成粗加工面121；对本体1的内孔13进行深孔粗加工形成粗加工内孔131；
(2)对所述本体1进行尺寸稳定化热处理；
(3)对所述粗加工面121进行半精加工形成半精加工面122；
(4)对所述本体1进行静置时效处理；
(5)对所述粗加工内孔131进行深孔精加工形成精加工内孔132；
(6)对所述半精加工面122进行精加工形成精加工面123，使产品成型。
结合本发明所述实施例中的多边形超长零件及装夹装置，所述加工方法具体如下：
(100)在所述步骤(1)中，对本体1的外表面进行粗加工形成粗加工面121；对本体1进行深孔粗加工形成粗加工内孔131；
如图1和图2所示的，所述本体1的外周表面具有相对的一第一侧边14与一第二侧边15，在所述第一侧边14上设置的两个第一安装面141及一第一凹槽142，且所述第一安装面141设置于同一平面内，所述两个第一安装面141凸出于所述第一凹槽142且关于所述第一凹槽142对称设置；以及在所述第二侧边15上设置的两个第二安装面151及一第二凹槽152，且所述两个第二安装面151设置于同一平面内，所述两个第二安装面151凸出于所述第二凹槽152且关于所述第二凹槽152对称设置；以及，所述第一凹槽142与所述第二凹槽152对称设置，所述两个第一安装面141与所述两个第二安装面151对称设置；以及，所述两个第一安装面141、所述第一凹槽142、所述两个第二安装面151、所述第二凹槽152为所述多边形超长零件的所述关键表面12。
在本步骤中，如图3所示的，对所述本体1的外表面进行粗加工形成粗加工面121；对本体1进行深孔粗加工形成粗加工内孔131，具体为，采用卧式镗铣床对所述本体1的外表面进行粗加工形成粗加工面121，其中，所述粗加工面121包括所述的两个第一安装面141、所述第一凹槽142、所述第二安装面151、所述第二凹槽152，所述粗加工面121的单边余量不小于7.5mm；以及采用深孔设备对所述本体1进行深孔粗加工形成粗加工内孔131，所述粗加工内孔131的单边余量不小于5mm，在本步骤中，作为优选实施方式，形成的所述粗加工内孔131的直径为139mm。
(200)对所述本体1进行尺寸稳定化热处理；
在本步骤中，选用井式热处理设备对所述本体1进行热处理，热处理的温度范围为410℃～430℃，以去除所述本体1的切削应力，使得步骤(100)后的所述本体1的所述粗加工面121及所述粗加工内孔131的尺寸保持稳定性。
(300)对所述粗加工面121进行半精加工形成半精加工面122；
在本步骤中，在对所述粗加工面121进行半精加工之前，使用所述多边形超长零件的加工方法中的装夹装置对所述本体1进行工位定位，具体为，采用所述一字吊梁6对所述多边形超长零件进行吊装操作，使得所述本体1的两端安装于所述固定垫块3上，并使得所述本体1在长度等分位置处安装于所述浮动垫块4上，所述浮动垫块4对所述本体1的校正直线度不大于0.25mm，所述装夹装置实现对所述多边形超长零件的装夹固定。
在本步骤中，采用卧式镗铣床对所述本体1的所述粗加工面121进行半精加工形成半精加工面122，所述半精加工面121的单边余量不小于2mm，即所述两个第一安装面141、所述第一凹槽142、所述两个第二安装面151、所述第二凹槽152的单边余量不小于2mm，所述两个第一安装面141、所述第一凹槽142、所述两个第二安装面151、所述第二凹槽152的平面度不大于0.5mm，所述两个第一安装面141的半精加工面与所述两个第二安装面151的对称度不大于0.5mm。
(400)对所述本体1进行静置时效处理；
在本步骤中，使所述装夹装置松开对所述多边形超长零件的装夹，使所述多边形超长零件进行静置时效处理，所述时效时间72小时以上。
(500)对所述粗加工内孔131进行深孔精加工形成精加工内孔132；
在本步骤中，采用所述一字吊梁6对所述多边形超长零件进行吊装操作，使得所述多边形超长零件放置于所述深孔设备上，采用所述深孔设备对所述本体1的所述粗加工内孔131进行精加工形成精加工内孔132，所述精加工内孔132的直径优选为154mm。
(600)对所述本体1的半精加工面122进行精加工形成精加工面123。
在本步骤中，采用卧式镗铣床对所述半精加工面122进行精加工形成精加工面123。
在对所述本体1进行精加工之前，先通过切削试验获得最佳参数的最佳刀路；以及，采用所述装夹装置对所述多边形超长零件进行工位定位时，采用所述一字吊梁6对所述本体1进行吊装操作，使得所述本体1的两端安装于所述固定垫块3上，并使得所述本体1在长度等分位置处安装于所述浮动垫块4上，所述装夹装置实现对所述多边形超长零件的装夹固定。
在本步骤中，进行精加工的过程中，遵循“少切削量，多翻转，对称加工”的原则进行加工，并且，为了避免切削应力对尺寸精度可能产生的影响，在所述本体1的尺寸接近目标尺寸之前，松开所述装夹装置对所述本体1的装夹定位，并对所述本体1进行静置时效处理，时效处理时间72小时以上。
在本步骤中，精加工形成的所述精加工面123，即所述两个第一安装面141及所述两个第二安装面151的精加工面的平面度均为不大于0.1mm；以所述多边形超长零件的第一端10的中心线作为第一基准A，并以所述多边形超长零件的第二端11的中心线作为第二基准B，所述第一安装面141的精加工面与所述第二安装面151的精加工面相对于所述第一基准A与所述第二基准B的公共基准A-B的对称度不大于0.2mm，所述第一凹槽142及所述第二凹槽152的精加工面的直线度均为不大于0.1mm。在本步骤中，通过验证，所述浮动垫块4对所述本体1的校正直线度不大于0.1mm，完全满足工艺要求。
值得一提的是，在所述本体1的所述第一端10还设置一第一扩孔133，所述第一扩孔133与所述内孔13相连通，在所述本体1的所述第二端11还设置一第二扩孔134，所述第二扩孔134与所述内孔13相连通，并且，所述内孔13、所述第一扩孔133及所述第二扩孔134的中心线重合；所述第一扩孔133及所述第二扩孔134能够方便所述装夹装置的工位定位或方便深孔加工过程中的刀具走线，以及用于容纳深孔加工过程中的所述深孔设备的刀具；在本实施例中，所述第一扩孔133的直径优选为170mm，以及所述第二扩孔134的直径优选为164mm。
在本步骤形成所述精加工面123后，所述多边形超长零件的产品成型，所述多边形超长零件的长度为8497mm至8501mm，重量为1.28吨，所述多边形超长零件的对边尺寸为220mm。
本申请多边形超长零件的加工方法及装夹装置的优点在于，本申请适用于多边形超长零件的加工，通过对本体1的关键表面12的加工路线、去应力方式及时机的设置，以及装夹装置即一字吊梁6、固定垫块3、浮动垫块4的设计，解决了所述本体1在制造各环节中的变形控制问题，使得加工完成后的所述本体1满足工艺尺寸要求。当所述本体1的结构和尺寸发生变化时，调整所述固定垫块3、所述浮动垫块4及所述一字吊梁6使得所述装夹装置对所述本体1进行工位定位，再对所述本体1进行加工，能够满足成型产品的高精度要求；本申请可利用现有设备，工艺装备制造成本低，加工方法应用广泛。
以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多边形超长零件的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括如下步骤：
(1)对本体的关键表面进行粗加工形成粗加工面；在本体的长度方向上进行深孔粗加工形成粗加工内孔；
(2)对所述本体进行尺寸稳定化热处理；
(3)对所述粗加工面进行半精加工形成半精加工面；
(4)对所述本体进行静置时效处理；
(5)对所述粗加工内孔进行深孔精加工形成精加工内孔；
(6)对所述半精加工面进行精加工形成精加工面，使产品成型；
所述多边形超长零件为深孔对称结构件，包括：一本体，所述本体具有一第一端及一第二端，所述本体的外周表面在沿垂直于所述本体的长度方向上的截面为一对称多边形结构，所述本体的内周表面为一内孔；其中，
所述外周表面具有相对的一第一侧边与一第二侧边，在所述第一侧边设置有两个第一安装面及一第一凹槽，在所述第二侧边设置有两个第二安装面及一第二凹槽；并且，
所述两个第一安装面设置于同一平面内，所述两个第一安装面凸出于所述第一凹槽且关于所述第一凹槽对称设置；所述两个第二安装面设置于同一平面内，所述两个第二安装面凸出于所述第二凹槽且关于所述第二凹槽对称设置；且所述第一凹槽与所述第二凹槽对称设置，所述两个第一安装面与所述两个第二安装面对称设置；以及，
所述第一凹槽、所述第二凹槽、所述两个第一安装面及所述两个第二安装面为关键表面。
2.根据权利要求1所述的多边形超长零件的加工方法，其特征在于，所述第一安装面的精加工面的平面度为不大于0.1mm，所述第二安装面的精加工面的平面度为不大于0.1mm，所述第一安装面的精加工面与所述第二安装面的精加工面的对称度为不大于0.2mm，所述第一凹槽及所述第二凹槽的精加工面的直线度均为不大于0.1mm。
3.根据权利要求2所述的多边形超长零件的加工方法，其特征在于，采用卧式镗铣床或车床对所述本体的关键表面进行粗加工、半精加工或精加工；以及采用深孔设备对所述本体进行深孔粗加工、深孔半精加工及深孔精加工。
4.根据权利要求3所述的多边形超长零件的加工方法，其特征在于，在步骤(1)中，形成的所述关键表面的粗加工面的单边余量不小于7.5mm；以及形成的所述粗加工内孔的单边余量不小于5mm。
5.根据权利要求4所述的多边形超长零件的加工方法，其特征在于，在步骤(2)中，采用井式热处理设备对所述本体进行热处理，热处理的温度范围为410℃至430℃。
6.根据权利要求5所述的多边形超长零件的加工方法，其特征在于，在步骤(3)中，形成的所述关键表面的半精加工面的单边余量为2mm，所述第一安装面及所述第二安装面的半精加工面的平面度均不大于0.5mm，以及所述第一安装面的半精加工面与所述第二安装面的半精加工的对称度不大于0.5mm。
7.根据权利要求6所述的多边形超长零件的加工方法，其特征在于，在步骤(6)中，还包括对所述本体进行静置时效处理的步骤；以及在步骤(4)和步骤(6)中，对所述本体进行静置时效处理的时间72小时以上。
8.一种如权利要求1至7中任一项的多边形超长零件的加工方法中的装夹装置，其特征在于，包括：
多个垫座，所述多个垫座沿本体的长度方向均匀设置于一机床的台面上；
固定垫块，所述固定垫块的一端设置有一凹槽，所述本体的两端分别容置于所述固定垫块的凹槽内，所述固定垫块的另一端与所述垫座连接；
多个浮动垫块，所述多个浮动垫块设置于所述本体长度方向上的长度等分位置处，所述浮动垫块包括垫块基体和设置于所述垫块基体上的轴承，所述轴承背离所述垫块基体的一侧设置有一容纳槽，所述本体的外表面与所述容纳槽相配合，所述垫块基体与所述垫座连接。
9.根据权利要求8所述的多边形超长零件的加工方法中的装夹装置，其特征在于，所述装夹装置还包括一字吊梁，所述一字吊梁与所述本体连接，所述一字吊梁使得所述本体的长度方向处于水平方向。
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