CN112059226B - 一种可调式液压膨胀芯轴及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于精密加工与测试技术领域，公开了一种可调式液压膨胀芯轴及方法。其中包括膨胀芯轴、补偿环、工件、密珠轴套、垫圈、十字垫圈、锁紧螺母、调整环、紧定螺钉、连接螺钉、加压螺钉、排气螺钉和回转主轴。膨胀芯轴上设有芯轴定位面、调整面、工件定位面、膨胀轴段、细牙螺纹、中心孔、加压螺钉孔和排气螺钉孔；本发明利用调整环和紧定螺钉调节膨胀芯轴的径向位置；利用补偿环确定工件的轴向位置并补偿工件定位面的端面跳动误差；膨胀轴段的膨胀使工件内孔无安装间隙；密珠轴套的微量过盈及误差均化效应提高工件的定位精度；同一规格的膨胀芯轴通过安装不同球径的密珠轴套实现不同孔径的工件的定位，具有良好的市场应用前景与推广价值。
Description
技术领域
本发明属于精密加工与测试技术领域，涉及一种可调式液压膨胀芯轴及方法。
背景技术
利用工件的回转运动对工件进行加工和测试是精密加工与测试技术领域常用的方法之一，在进行加工和测试时通常将工件安装在芯轴上，再将芯轴安装在机床或测量仪器上，但考虑到内孔和芯轴的圆度误差、圆柱度误差，工件的内孔和芯轴在安装时常存在间隙。膨胀芯轴通过膨胀来夹紧工件，加持力及夹紧精度极高，在均衡的压力下膨胀套筒可沿几何轴线均匀地膨胀或收缩；在夹紧的情况下，工件和膨胀芯轴之间理论上没有间隙，因此具有高精度的同心度并可以传递更高的扭矩；而且对于薄壁工件，可以控制工件所需的夹紧压力，从而确保部件免受变形的影响；而且液压膨胀芯轴在加工操作时会产生阻尼效果，可以充分吸收刀具震颤，以获得更好的表面光洁度并增加刀具的使用寿命。
实用新型【ZL201921628941.4】公开了一种具有外部螺纹拆卸结构的液压式膨胀芯轴，实用新型【ZL201920674392.8】公开了一种液压膨胀芯轴，实用新型【ZL201821257869.4】公开了一种机械式内胀芯轴。这些公开的专利均以中心孔为基准或利用卡盘、法兰对膨胀芯轴进行固定，虽然能实现安装工件内孔的无间隙定位，但是定位精度取决于膨胀芯轴中心孔的精度及对应顶尖的精度、芯轴自身制造精度及芯轴膨胀精度和工件内孔的精度，利用膨胀芯轴进行定位的精度仍有提高的余地。
发明内容
为提高利用芯轴进行工件定位的精度，本发明提供了一种可调式液压膨胀芯轴，包括：膨胀芯轴、补偿环、工件、密珠轴套、垫圈、十字垫圈、锁紧螺母、调整环、紧定螺钉、连接螺钉、加压螺钉、排气螺钉和回转主轴，膨胀芯轴上设有芯轴定位面、调整面、工件定位面、膨胀轴段、细牙螺纹、中心孔、加压螺钉孔和排气螺钉孔。
膨胀芯轴的芯轴定位面、工件定位面和膨胀轴段经过精密研抛；工件与膨胀轴段间可安装密珠轴套，以减小膨胀轴段的圆柱度误差对工件定位精度的影响，通过更换不同球径的密珠轴套可使一件的膨胀芯轴安装不同孔径的工件；通过膨胀芯轴的膨胀减小工件内孔的安装间隙。
在膨胀芯轴的非膨胀轴段加工有加压螺钉孔，通过在加压螺钉孔内安装加压螺钉来控制膨胀轴段的膨胀量；在膨胀芯轴两端设有中心孔，可作为膨胀芯轴的加工和测量基准，也可使该类型的膨胀芯轴用于顶尖定位；膨胀芯轴远离定位面的一端加工有细牙螺纹，用于安装锁紧螺母，并在该端的中心孔内加工有排气螺钉孔，安装排气螺钉来用于加装液压油时排气。
膨胀芯轴安装在调整环内，调整环通过连接螺钉与回转主轴相连接；调整环上安装紧定螺钉，紧定螺钉压紧在膨胀芯轴的调整面上，使膨胀芯轴的芯轴定位面与回转主轴紧密贴合；膨胀轴段的预膨胀量应能使工件安装后单边微量过盈 1～3μm，将膨胀轴段调至预膨胀量后测量工件中截面处膨胀轴段相对于回转主轴轴线的径向跳动，利用紧定螺钉调整膨胀芯轴的径向位置。
在膨胀芯轴上顺次安装补偿环、工件、垫圈、十字垫圈、锁紧螺母；补偿环的两端面经过精密研磨，补偿环端面A与膨胀芯轴的工件定位面接触，补偿环端面A与回转主轴轴线的法线有微小角度偏差，用于补偿膨胀芯轴工件定位面的端面跳动误差，补偿环端面B与回转主轴轴线具有一定的夹角，该角度为工件定位面A相对于回转主轴轴线的角度；垫圈端面A与回转主轴轴线垂直，垫圈端面B 经过精密研磨且与回转主轴轴线具有一定的夹角，该角度为工件定位面B相对于回转主轴轴线的角度。
采用锁紧螺母、十字垫圈和垫圈的组合定位的方式改善因锁紧螺母端面与工件定位面B不平行造成的定位偏载。
所述的调整面是在靠近膨胀芯轴定位面一端的锥面上加工出的平行于锥面母线的四个均布小平面。
本发明的有益效果在于，涉及一种可调式液压膨胀芯轴。本发明可利用调整环和紧定螺钉调节膨胀芯轴的径向位置，减小膨胀轴段相对于回转主轴轴线的径向跳动误差，进而对工件进行高精度径向定位；利用补偿环确定工件的轴向位置并减小膨胀芯轴的工件定位面相对于回转主轴轴线的端面跳动误差对工件定位精度的影响，进而对工件进行高精度轴向定位；膨胀轴段的膨胀可使工件内孔无安装间隙；密珠轴套的微量过盈及误差均化效应可提高工件的定位精度；对于同一规格的膨胀芯轴可通过安装不同球径的密珠轴套实现不同孔径的工件的定位，具有良好的市场应用前景与推广价值。
附图说明
图1膨胀芯轴用于工件定位面与轴线垂直的定位平面图。
图2膨胀芯轴用于工件定位面与轴线垂直的定位示意图。
图3膨胀芯轴用于工件定位面不与轴线垂直的定位平面图。
图4膨胀芯轴用于工件定位面不与轴线垂直的定位示意图。
图5一种可调式液压膨胀芯轴。
图6十字垫圈。
图7调整环。
图中：1膨胀芯轴；1-1芯轴定位面；1-2调整面；1-3加压螺钉孔；1-4工件定位面；1-5膨胀轴段；1-6细牙螺纹；1-7中心孔；1-8排气螺钉孔；2补偿环； 2-1补偿环端面A；2-2补偿环端面B；3工件；3-1工件定位面A；3-2工件定位面B；4密珠轴套；5垫圈；5-1垫圈端面A；5-2垫圈端面B；6十字垫圈；7锁紧螺母；8调整环；9紧定螺钉；10连接螺钉；11加压螺钉；12排气螺钉；13 回转主轴。
具体实施方式
下面阐述当工件定位面A3-1和工件定位面B3-2与回转主轴13轴线垂直时该发明的具体实施方法；
工件3的内孔和两定位面经过精密研磨，内孔的圆度误差不大于1μm，工件定位面A3-1和工件定位面B3-2与工件3轴线间的垂直度误差不大于1μm。
膨胀芯轴1的芯轴定位面1-1、工件定位面1-4和膨胀轴段1-5经过精密研磨，芯轴定位面1-1与膨胀芯轴1轴线间的垂直度误差不大于1μm，芯轴定位面1-1 与工件定位面1-4间的平行度误差不大于1μm，膨胀轴段1-5相对于膨胀芯轴1 轴线的径向跳动误差不大于1μm。
膨胀芯轴1的两端加工有中心孔1-7，可作为膨胀芯轴1的加工和测量基准，也可使该类型的膨胀芯轴1用于顶尖定位的定位方式；膨胀芯轴1的一端加工有细牙螺纹1-6，用于安装锁紧螺母7，并在该端的中心孔1-7内加工有排气螺钉孔 1-8，通过在排气螺钉孔1-8内安装排气螺钉12来用于加装液压油时排气。
膨胀芯轴1的预膨胀量应使工件3安装后单边微量过盈1～3μm，通过膨胀轴段1-5的膨胀消除工件3内孔的安装间隙；膨胀芯轴1的非膨胀轴段加工有加压螺钉孔1-3，并在加压螺钉孔1-3内安装加压螺钉11，通过加压螺钉11实现膨胀轴段1-5的膨胀。
该类型的膨胀芯轴1在使用时先将膨胀芯轴1通过调整环8安装在回转主轴 13上，膨胀芯轴1安装在调整环8内，调整环8上分别均布有四个连接沉头孔和四个紧定螺纹孔，连接沉头孔和紧定螺纹孔间间隔45°，分别用于安装连接螺钉 10和紧定螺钉9，四个紧定螺钉各间隔90°；调整环8通过连接螺钉10与回转主轴13相连接，调整环8上安装紧定螺钉9，紧定螺钉9压紧在膨胀芯轴1的调整面1-2上，使膨胀芯轴1的芯轴定位面1-1与回转主轴13紧密贴合；首先将膨胀轴端1-5膨胀至预膨胀量，再测量工件3安装中心平面处膨胀轴段1-5相对于回转主轴13轴线的径向跳动，分组调节两相对180°的紧定螺钉9使膨胀轴段1-5 的工件3安装中心平面处径向跳动误差小于1μm。
膨胀芯轴1的工件定位面1-4和工件3间安装补偿环2，补偿环2的两端面经精密研磨，平面度误差不大于0.5μm；首先测量膨胀芯轴1安装后工件定位面 1-4相对于回转主轴13轴线的端面跳动，再安装补偿环2，测量补偿环端面B2-2 相对于回转主轴13轴线的最小端面跳动时的安装相位，对补偿环2进行精密研磨，使补偿环端面B2-2相对于回转主轴13轴线的端面跳动误差不大于1μm。
工件3与膨胀轴段1-5间安装密珠轴套4，密珠轴套4所使用的的钢球为G5 级及以上钢球；通过密珠轴套4可减小膨胀轴段1-5的圆柱度误差对工件3定位精度的影响；通过更换不同球径的密珠轴套4可使一件膨胀芯轴1安装不同孔径的工件3，当工件3的内孔尺寸不足以安装密珠轴套4时，此时可直接用膨胀轴段1-5进行径向定位。
该类型的膨胀芯轴1在安装工件3时，首先在膨胀轴段1-5上安装工件3和密珠轴套4，并使膨胀轴段1-5的膨胀量达到预膨胀量的60％～80％，再将工件定位端面A紧靠在补偿环端面B上并顺次安装垫圈5、十字垫圈6和锁紧螺母7，拧紧锁紧螺母7后使膨胀轴段1-5的膨胀量达到预膨胀量。
采用锁紧螺母7、十字垫圈6和垫圈5的组合定位的方式改善因锁紧螺母7 端面与工件定位面B3-2不平行造成的定位偏载，为避免膨胀轴段1-5膨胀时十字垫圈6、垫圈5、补偿环2的内孔干涉膨胀，十字垫圈6、垫圈5、补偿环2的内孔应比膨胀轴段1-5的最大膨胀量大0.5mm；垫圈端面B5-2经精密研磨，平面度误差不大于0.5μm。
当工件定位面A3-1和工件定位面B3-2与回转主轴13轴线有一定的夹角时，首先测量膨胀芯轴1的工件定位面1-4相对于回转主轴13轴线的端面跳动误差，通过精密研磨使补偿环2两端面的平面度误差不大于0.5μm，补偿环端面A2-1 相对于与回转主轴13轴线的法线有微小的角度偏差，该偏差为工件定位面1-4 的端面跳动误差，通过该偏差补偿工件定位面1-4的端跳动，补偿环端面B2-2 相对于与回转主轴13轴线的夹角为工件定位面A3-1与回转主轴13轴线的夹角；垫圈端面B5-2经精密研磨，平面度误差不大于0.5μm，垫圈端面B5-2与回转主轴13轴线的夹角为工件定位面B3-2与回转主轴13轴线的夹角，其他使用方法与工件定位面A3-1和工件定位面B3-2与回转主轴13轴线垂直时相同。
Claims (4)
1.一种可调式液压膨胀芯轴，其特征在于，包括膨胀芯轴(1)、补偿环(2)、工件(3)、密珠轴套(4)、垫圈(5)、十字垫圈(6)、锁紧螺母(7)、调整环(8)、紧定螺钉(9)、连接螺钉(10)、加压螺钉(11)、排气螺钉(12)和回转主轴(13)；膨胀芯轴上设有芯轴定位面(1-1)、调整面(1-2)、加压螺钉孔(1-3)、工件定位面(1-4)、膨胀轴段(1-5)、细牙螺纹(1-6)、中心孔(1-7)和排气螺钉孔(1-8)；
膨胀芯轴(1)的非膨胀轴段设有加压螺钉孔(1-3)，通过在加压螺钉孔(1-3)内的加压螺钉(11)控制膨胀轴段(1-5)的膨胀量；膨胀芯轴(1)两端设有中心孔(1-7)，膨胀芯轴(1)的一端设有细牙螺纹(1-6)，用于安装锁紧螺母(7)，并在该端的中心孔(1-7)内加工有排气螺钉孔(1-8)，排气螺钉孔(1-8)内安装排气螺钉(12)；
膨胀芯轴(1)位于调整环(8)内，调整环(8)通过连接螺钉(10)与回转主轴(13)连接，调整环(8)上安装紧定螺钉(9)，紧定螺钉(9)压紧在膨胀芯轴(1)的调整面(1-2)上，使膨胀芯轴(1)的芯轴定位面(1-1)与回转主轴(13)紧密贴合；紧定螺钉(9)用于调整膨胀芯轴(1)的径向位置。
2.根据权利要求1所述的一种可调式液压膨胀芯轴，其特征在于，膨胀芯轴(1)上顺次安装补偿环(2)、工件(3)、密珠轴套(4)、垫圈(5)、十字垫圈(6)、锁紧螺母(7)；补偿环端面A(2-1)与工件定位面(1-4)接触，补偿环端面A(2-1)与回转主轴(13)轴线的法线有微小角度偏差，用于补偿工件定位面(1-4)的端面跳动误差；补偿环端面B(2-2)与回转主轴(13)轴线具有一定的夹角，该角度为工件定位面A(3-1)相对于回转主轴(13)轴线的角度；垫圈端面A(5-1)与回转主轴(13)轴线垂直，垫圈端面B(5-2)经过精密研磨且与回转主轴(13)轴线具有一定的夹角，该角度为工件定位面B(3-2)相对于回转主轴(13)轴线的角度。
3.根据权利要求1所述的一种可调式液压膨胀芯轴，其特征在于，所述的调整面是在靠近膨胀芯轴定位面一端的锥面上加工出的平行于锥面母线的四个均布小平面。
4.权利要求1-3任一所述的可调式液压膨胀芯轴的使用方法，其特征在于，该膨胀芯轴(1)在使用时，首先在膨胀轴段(1-5)上安装工件(3)和密珠轴套(4)，并通过加压螺钉(11)的加压首先使膨胀轴段(1-5)的膨胀量达到预膨胀量的60%~80%，再将工件定位面A(3-1)紧靠在补偿环端面B(2-2)上并顺次安装垫圈(5)、十字垫圈(6)和锁紧螺母(7)，拧紧锁紧螺母(7)后使膨胀量达到预膨胀量，膨胀轴段(1-5)的预膨胀量应能使工件(3)安装后单边微量过盈1~3μm；将膨胀轴段(1-5)调至预膨胀量后，测量工件(3)中截面处膨胀轴段(1-5)相对于回转主轴(13)的径向跳动；当工件(3)的内孔不足以安装密珠轴套(4)时，直接用膨胀轴段(1-5)定位。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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