CN112605738A - 有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削装夹方法及加工装置 - Google Patents

有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削装夹方法及加工装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于机械加工领域，涉及一种有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削装夹方法及加工装置包括芯轴以及依次套装在在芯轴上的衬套和螺母；衬套为双向凹形衬套，衬套为环形圆柱体结构，衬套两端面设置有凹槽，衬套纵断面呈工字形；衬套上设置排气孔；还包括套装在芯轴上且分别置于衬套两端的第一垫片和第二垫片；第一垫片结构和第二垫片尺寸、结构相同。本发明，采用特别设计的双向凹形衬套与零件内环槽的内壁、槽底及零件的右端面进行定位夹紧，用芯轴进行辅助定位，解决装夹受力不均、磨削变形，提高零件合格率、保证质量稳定可靠。

Description

有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削装夹方法及加工装置
技术领域
本发明属于机械加工领域，涉及一种有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削装夹方法及加工装置。
背景技术
有内环槽的薄壁非金属零件的外圆磨削，在加工时由于材料极易变形，设计尺寸公差小，加工变形严重，零件加工合格率低，质量难保证，影响生产进度。目前的装夹方式是以零件内孔及端面定位夹紧，加工装置由芯轴、钢制垫片、螺母组成。该装夹方式与加工装置存在问题如下：1)忽略了零件的材料特性和结构特点，由于材料极易变形，以孔定位，由于孔的钢性相对较差，零件又有内环槽，磨削力的挤压导致零件加工效率低、加工变形大、去除余量不均匀；2)垫片的选材和大小不合理，夹紧力不受限制，钢制垫片比零件硬度高出几十倍，在加上垫片直径大小对零件的夹紧变形影响较大，零件设计尺寸难保证，加工合格率很低，严重影响工厂的生产成本和生产进度。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削装夹方法及加工装置，可解决装夹受力不均、磨削变形，提高零件合格率、保证质量稳定可靠。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置，芯轴包括芯轴、衬套及螺母；所述芯轴整体呈T字形；所述衬套为环形圆柱体结构，所述衬套两端面设置有凹槽，所述衬套纵断面呈工字形；所述衬套和螺母依次套装在芯轴上；呈弓字形的待加工薄壁非金属零件成对设置在衬套上并处在芯轴和螺母之间；所述螺母与芯轴螺纹连接。
上述衬套上设置排气孔。
上述排气孔至少为2～6个。
上述有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置还包括套装在芯轴上且分别置于衬套两端的第一垫片和第二垫片；所述第一垫片尺寸、结构和第二垫片尺寸、结构相同，所述垫片材料是非金属材料。
一种有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置的装夹方法，包括以下步骤：
1)将待加工的薄壁非金属零件分别装夹在衬套两端处，且薄壁非金属零件槽底压紧在衬套端面凹槽内；
2)将第一垫片、套装在芯轴上，并进行轴向限位；
3)把装有薄壁非金属零件的衬套套装在芯轴上，且第一垫片位于装有薄壁非金属零件的衬套左侧；
4)再将第二垫片套装在芯轴上且位于装有薄壁非金属零件的衬套右侧；
5)将螺母套装在芯轴上，并用扭矩扳手夹紧整个加工装置；
6)将夹紧的加工装置装夹在磨床上完成薄壁非金属零件的外圆磨削。
上述衬套外径与待加工薄壁非金属零件的大径相等；所述衬套内壁直径小于待加工薄壁非金属零件内环槽小径至少1mm；所述衬套端面凹槽的深度大于待加工薄壁非金属零件环形槽深度至少2mm。
上述第一垫片和第二垫片外直径大于待加工薄壁非金属零件内环槽的大径且小于待加工薄壁非金属零件外径。
上述步骤5)夹紧时的夹紧力大小为0.5Nm。
本发明的有益效果是：
1)依据有内环槽的薄壁非金属零件材料易变形的特性和薄壁结构特点，充分利用了该类零件的强度较好部位，采用衬套以零件内环槽的内壁、槽底及零件的右端面进行定位夹紧，用芯轴进行辅助定位，使用扭矩扳手进行夹紧力控制，一方面有效防止夹紧力太小加工不安全，夹紧力太大零件变形严重，另一方面成功避开了零件强度较弱部位，将零件的装夹变形降到了最低。
2)本发明提供了一种针对有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削的加工装置，磨削装置包括衬套，芯轴、2个尺寸结构相同的垫片、螺母、辅助工具扭矩扳手和卡箍；衬套结构特点是有排气孔的双向凹形衬套，一次可装夹2个零件进行加工，排气孔或排气槽的设计可方便零件装卸，衬套凹形结构设计，相比普通衬套以零件内孔定位有效避开了薄壁零件内环槽对零件外圆磨削的影响，且降低了磨削力对零件加工影响，防止了零件磨削受力不均匀的现象，可有效提高零件加工合格率，同时提高磨削效率。
3)本发明装置中的垫片直径大小给出了有效范围，材料进行了限制，垫片直径DD大于零件内环槽的大径DHD，小于零件外径D，即DHD＜DD＜D，改善了零件夹紧变形方式，提高了零件加工几何精度，垫片材料可依据零件的材料不同选择硬度小于等于零件硬度的非金属材料。
4)本磨削装置对薄壁、易变形、带有环形槽的非金属零件的定位夹紧方式，衬套的双向凹形设计、垫片的选用具有一定的指导意义，且本发明结构简单，易于推广，具有较大的实用价值，对金属类有内环槽的薄壁零件外圆加工也有一定借鉴作用。
附图说明
图1是本发明所采用加工装置各个部件示意图；
图2是本发明所采用加工装置装配关系示意图；
图3是本发明所采用加工装置中双向凹形衬套结构示意图；
图4是本发明所采用加工装置装实例的待加工薄壁非金属零件示意；
其中：
1—芯轴；2—第一垫片；3—衬套；4—第二垫片；5—螺母；6—排气孔；7-待加工薄壁非金属零件。
具体实施方式
现结合附图以及实施例对本发明做详细的说明。
一种有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置，包括芯轴1以及依次套装在在芯轴1上的垫片(2)、衬套3、垫片(4)和螺母5；衬套3为双向凹形衬套。衬套3为环形圆柱体结构，衬套3两端面设置有凹槽，衬套3纵断面呈工字形。衬套3上设置排气孔6。排气孔6至少为2～6个。
有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置还包括套装在芯轴1上且分别置于衬套3两端的第一垫片2和第二垫片4；第一垫片2结构和第二垫片4尺寸、结构相同。
一种有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置的装夹方法，包括以下步骤：
1)将待加工的薄壁非金属零件分别装夹在衬套3两端，薄壁非金属零件槽底压紧在衬套3端面处；
2)将第一垫片2、套装在芯轴1上，并进行轴向限位；
3)把装有薄壁非金属零件的衬套3套装在芯轴1上，且第一垫片2位于装有薄壁非金属零件的衬套3左侧；
4)再将第二垫片4套装在芯轴1上且位于装有薄壁非金属零件的衬套3右侧；
5)将螺母5套装在芯轴1上，并夹紧整个加工装置；夹紧力大小为0.5Nm。
6)将夹紧的加工装置装夹在磨床上完成薄壁非金属零件的外圆磨削。
衬套3外径与待加工薄壁非金属零件的大径相等；衬套3内壁直径小于待加工薄壁非金属零件内环槽小径至少1mm；衬套3端面凹槽的深度大于待加工薄壁非金属零件环形槽深度至少2mm。垫片(2)和垫片(4)外直径大于待加工薄壁非金属零件内环槽的大径，第一垫片2外直径小于待加工薄壁非金属零件外径。
实施例1
参见图1及图2，本实施例中，芯轴1是带有螺纹和顶尖孔的钢制芯棒，其芯轴1包括中间光杆部位以及分别位于光杆部位两端的轴肩和螺纹部位，芯轴1轴肩进行轴向限位，芯轴光杆部位安装第一垫片、待加工薄壁非金属零件7、衬套3和第二垫片4，螺纹部位使用螺母5进行夹紧，实施时，用辅助工具力矩扳手进行夹紧力控制。
参见图3，本实施例中，衬套3是有排气孔的双向凹形衬套，衬套3整体结构为环形圆柱体结构，衬套3两端面设置有凹槽，凹槽沿衬套3的端面向内延伸，衬套3纵断面呈工字形。
本实施例中，衬套3外圆与零件环形槽大径配合，衬套3内壁直径小于待加工薄壁非金属零件7内环槽的小径至少1mm，衬套内圆(衬套孔)尺寸与芯轴1光杆部位的尺寸配合，衬套3的两端能安装2个待加工薄壁非金属零件7进行加工，提高加工效率，衬套3端面凹槽深度尺寸大于零件环形槽深度至少2mm，保证零件环形槽底与衬套3端面贴紧定位可靠，衬套3的排气孔数量至少2～6个，均布，排气孔也可设计为排气槽，方便零件装夹。
第一垫片2和第二垫片4，其材料可依据零件的材料不同选择硬度小于等于零件硬度的材料，第一垫片2结构尺寸和第二垫片4结构尺寸均相同，且两垫片的外直径大于零件内环槽的大径，小于零件外径。
衬套内孔与所述芯轴配合，螺母5依据芯轴上的螺纹大小选择标准螺母。
力矩矩扳手卖市场上使用范围内的力矩扳手。
本实施例提供的有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置的装夹方法，包括以下步骤：
1)取2个薄壁非金属零件分别装夹在衬套3两端，零件的槽底应压紧在衬套3端面的凹槽内；
2)将第一垫片2先装在芯轴1上的光杆部位，靠在芯轴1的轴肩处进行轴向限位；
3)把装好零件的衬套3套装在芯轴1上的光杆部位，且位于第一垫片2右侧；
4)取第二垫片4套装在芯轴1上的光杆部位，靠在装有零件的衬套3的右侧，进行轴向限位；
5)将螺母5套装在芯轴1的螺纹部位，螺母5位于第二垫片4的右侧；
6)使用扭矩扳手进行夹紧力控制，一方面有效防止夹紧力太小加工不安全，夹紧力太大零件变形严重，另一方面成功避开了零件强度较弱部位，将零件的装夹变形降到了最低；
7)将磨床通用卡箍安装在芯轴1的台阶上，用磨床顶尖夹紧安装好的芯轴1进行零件外圆磨削。
本实施例中，芯轴1的轴肩直径dJ＞D(D为零件外圆直径)，轴肩长度大于10mm，方便安装卡箍，安装衬套3的光杆部位直径与衬套的内孔相配合，光杆部位的长度为HG，HG＝2h+h1+2h2-2P，(垫片的厚度为h，衬套长度为h1，零件槽底厚度为h2，P为芯轴螺纹的螺距)；螺纹长度HL＞2L(L是螺母长度)，芯轴螺纹公称直径d＜芯轴光杆直径d1，顶尖孔按标准进行，芯轴总长度为Hz＞10+HG+HL。
本实施例中，衬套双向安装零件的部位结构一样、尺寸相同，衬套外圆直径是DC，零件内环槽大径直径是DHD，D＝DHD，衬套壁的内径是DCN，零件的内环形槽小径是DHX，DCN＞DHX，衬套3端面处应有倒圆(方便零件安装，保证定位可靠)，衬套凹槽深度是LCS，零件的环形槽深度是L，LCS＞L，衬套中间的格挡5～10mm。
本实施例中，衬套3外圆轴向上有2～6个排气槽或排气孔，排气槽或排气孔应均布设置，方便零件安装和拆卸。
本实施例中，垫片外圆直径是DD，DHD＜DD＜D(DHD是零件内环槽的大径，D是零件外圆直径)，垫片的厚度5～10mm。
本实施例中，当磨削完成后，从顶尖上取下芯轴，卸掉卡箍；拧下螺母5，移除第二垫片4；将装有零件的衬套3从芯轴1上卸下；将零件从衬套3上取下，得到磨削加工的零件。
本发明的技术原理是：依据有内环槽的薄壁非金属零件材料特性和结构特点，充分发挥该类零件的强度较好部位，采用特别设计的双向凹形衬套以零件内环槽的内壁、槽底及零件的右端面进行定位夹紧，用芯轴进行辅助定位，使用扭矩扳手进行夹紧力控制，防止夹紧力太小加工不安全，夹紧力太大零件变形严重。
实施例2
如图2所示，将待加工的有内环槽的薄壁非金属零件1(零件外圆直径为Φ35.5mm，内环槽大径为Φ30mm，内环槽小径为Φ21mm,孔径为Φ13.5mm，材料为橡胶)装入双向凹形衬套的一端，将零件2装入衬套另外一端，衬套外圆与零件环形槽大径配合，衬套的内壁直径小于待加工薄壁非金属零件7内环槽的小径至少1mm,衬套孔与芯轴配合，衬套的端面至槽底的深度尺寸大于零件环形槽深度至少2mm，保证零件环形槽底与衬套3端面贴紧定位可靠，衬套3的排气孔数量至少2～6个，位置均布，排气孔也可设计为排气槽，方便零件装夹；芯轴1是一端有凸台且带有螺纹和顶尖孔的钢制芯棒，芯轴轴肩进行轴向定位，芯轴光杆部位安装垫片2和4，待加工薄壁非金属零件7，衬套3，螺纹M12×1.5部位使用螺母5进行夹紧，用扭矩扳手(扭矩扳手规格0-1.5Nm)进行夹紧力控制，夹紧力的大小为0.5Nm；其中垫片材料可依据零件的材料不同选择硬度小于等于零件硬度的材料，垫片直径是Φ33mm，最后将磨床通用卡箍安装在芯轴1的台阶上，用磨床顶尖夹紧安装好的芯轴进行一种有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削。磨削完成后从顶尖上取下芯轴，卸掉卡箍；拧下螺母5，移除垫片4；将装有零件的衬套从芯轴上卸下；将零件从衬套上取下。经实际加工验证，用本装置加工出的橡胶皮碗外圆尺寸一致性好，合格率高，质量稳定可靠，加工效率高，有效缩短了产品的生产周期，解决了燃油泵系统中经常漏油的大问题。
本发明为了解决现有技术中零件材料极易变形，零件装夹受力不均匀，磨削变形严重，磨削合格率低，零件质量难保证，生产成本浪费严重，生产进度严重受影响的问题，进而提供了一种对易变形、带有环形槽的薄壁非金属零件外圆磨削装置及定位夹紧方式，该外圆磨削装置及装夹方法，可有效提高零件的合格率，保证零件的质量稳定可靠，该发明结构简单，易于推广，具有较大的实用价值，对金属类有内环槽薄壁的零件外圆加工也有一定借鉴作用。

Claims (8)

1.一种有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置，其特征在于：所述有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置包括芯轴(1)、衬套(3)以及螺母(5)；所述芯轴(1)整体呈T字形；所述衬套(3)为环形圆柱体结构，所述衬套(3)两端面设置有凹槽，所述衬套(3)纵断面呈工字形；所述衬套(3)和螺母(5)依次套装在芯轴(1)上；呈弓字形的待加工薄壁非金属零件(7)成对设置在衬套(3)上并处在芯轴(1)和螺母(5)之间；所述螺母(5)与芯轴(1)螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置，其特征在于：所述衬套(3)上设置排气孔(6)。
3.根据权利要求2所述的有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置，其特征在于：所述排气孔(6)至少为2～6个；多个排气孔(6)均布在衬套(3)上。
4.根据权利要求3所述的有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置，其特征在于：所述有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置还包括套装在芯轴(1)上且分别置于衬套(3)两端的第一垫片(2)和第二垫片(4)；所述第一垫片(2)的形状、尺寸及结构和第二垫片(4)形状、尺寸及结构完全相同。
5.一种如权利要求4所述的有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置的装夹方法，其特征在于：所述装夹方法包括以下步骤：
1)将待加工的薄壁非金属零件分别装夹在衬套(3)两端，薄壁非金属零件槽底压紧在衬套(3)端面处；
2)将第一垫片(2)、套装在芯轴(1)上，并进行轴向限位；
3)把装有薄壁非金属零件的衬套(3)套装在芯轴(1)上，且第一垫片(2)位于装有薄壁非金属零件的衬套(3)左侧；
4)再将第二垫片(4)套装在芯轴(1)上且位于装有薄壁非金属零件的衬套(3)右侧；
5)将螺母(5)套装在芯轴(1)上，并夹紧整个加工装置；
6)将夹紧的加工装置装夹在磨床上完成薄壁非金属零件的外圆磨削。
6.根据权利要求5所述的有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置的装夹方法，其特征在于：所述衬套(3)外径与待加工薄壁非金属零件的内径相等；所述衬套(3)内壁直径小于待加工薄壁非金属零件内环槽小径至少1mm；所述衬套(3)端面凹槽的深度大于待加工薄壁非金属零件环形槽深度至少2mm。
7.根据权利要求6所述的有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置的装夹方法，其特征在于：所述第一垫片(2)和第二垫片(4)的外缘直径大于待加工薄壁非金属零件内环槽的大径且小于待加工薄壁非金属零件外径。
8.根据权利要求7所述的有内环槽的薄壁非金属零件外圆磨削加工装置的装夹方法，其特征在于：所述步骤5)夹紧时的夹紧力是0.5Nm。
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