CN113020641A - 一种耐火材料产品加工夹具及基于其的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐火材料产品加工夹具及基于其的加工方法，包括卡盘，所述卡盘的底部端面为底座，所述卡盘的顶部端面为装夹面，所述卡盘的底座上固定连接有卡块，所述卡块上连接有连接杆，连接杆穿过卡盘的中心内腔，所述连接杆上还套设有堵头；在毛坯套设在连接杆上时，毛坯的一端顶压在卡盘的装夹面上，毛坯的另一端顶压在堵头上。本发明一次装夹，完成产品的外形加工，卡盘、堵头和连接杆三个部件同时决定毛坯的同轴度，这样产品内外圆柱面同轴度一致性良好，上下端部外径一致性好，定位精度高，加工精度高，满足产品使用要求。

Description

一种耐火材料产品加工夹具及基于其的加工方法

技术领域

本发明属于耐火材料装夹技术领域，具体属于一种耐火材料产品加工夹具及基于其的加工方法。

背景技术

耐火材料产品形状、材质差异大，而且硬而脆，这就给加工带来了新的挑战，针对不同材质、不同形状的产品，采用不同的辅助工装夹具，这样才能针对性的加工出各种形状，材质的耐火材料产品，而且加工出来的产品的形位公差满足生产需要；

传统的耐火材料夹具用三爪将毛坯(外方内圆)一端固定，先加工耐火材料的上半部分，等上半部分加工完毕后，调转工件，再加工另外一半，由于卡爪高度尺寸有限，在加工过程中，夹持力小，耐火材料容易发生位移，而且两次装夹产品同轴度无法保证一致，或者使用倒压板的方式进行加工。即使切削参数给的非常小，由于是耐火材料硬而脆，壁厚只有3mm，毛坯容易和刀具干涉，产品加工到一半余量以后，产品上进刀，工件还是会发生偏移，压板容易将产品压裂，因此目前的耐火材料装夹工具装夹不稳定，加工精度差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种耐火材料产品加工夹具及基于其的加工方法，解决目前耐火材料装夹工具装夹不稳定，加工精度差问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐火材料产品加工夹具，包括卡盘，所述卡盘的底部端面为底座，所述卡盘的顶部端面为装夹面，所述卡盘的底座上固定连接有卡块，所述卡块上连接有连接杆，连接杆穿过卡盘的中心内腔，所述连接杆上还套设有堵头；

在毛坯套设在连接杆上时，毛坯的一端顶压在卡盘的装夹面上，毛坯的另一端顶压在堵头上。

进一步的，所述连接杆为螺杆，螺杆上螺纹连接有螺母，螺母用于推动堵头紧固毛坯。

进一步的，所述卡块为T型块，卡块预埋设在机床工作台放置卡盘的T型槽内。

进一步的，所述堵头为台阶圆堵头，台阶圆堵头的小直径圆柱和大直径圆柱分别为第一圆柱和第二圆柱，第一圆柱的直径较毛坯内径小0.05mm，第二圆柱的直径较毛坯的外半径大1mm，

台阶圆堵头的中心孔径比连接杆的单边大1mm。

进一步的，所述台阶圆堵头采用尼龙材料。

进一步的，所述卡盘采用三爪卡盘，三爪卡盘上设有三个指向卡盘圆心的卡爪，卡爪的反爪伸入毛坯的内腔中。

进一步的，所述卡块采用M16型。

本发明还提供一种耐火材料产品加工方法，采用上述的一种耐火材料产品加工夹具，包括以下过程：

卡盘采用三爪卡盘，毛坯套设在卡爪的反爪上，三爪卡盘的反爪扩张对毛坯件底部进行支撑，连接杆穿过毛坯的内腔，伸入卡盘的中心内腔和卡块连接，堵头套设在连接杆上，连接杆上螺纹连接螺母，通过螺母推动堵头紧固毛坯；

通过刀具对毛坯进行加工，粗加工步距为0.1mm，精加工步距为0.05mm，在精加工的最后两圈加工中，步距改变为0.02mm；

精加工完成后，再通过光刀程序对毛坯进行三次加工。

进一步的，所述粗加工、精加工以及光刀程序均采用圆弧进刀方式。

进一步的，所述刀具采用金刚石刀具。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供一种耐火材料产品加工夹具，针对目前耐火材料毛坯的薄壁长筒结构，通过卡盘和台阶堵头的配合将毛坯进行紧固，两端同时固定，毛坯不会轻易发生移位，一次装夹，完成产品的外形加工，卡盘、堵头和连接杆三个部件同时决定毛坯的同轴度，这样产品内外圆柱面同轴度一致性良好，上下端部外径一致性好，定位精度高，加工精度高，满足产品使用要求。

进一步的，本发明中堵头采用台阶圆堵头，第一圆柱的直径较毛坯内径小0.05mm，第二圆柱的直径较毛坯的外半径大1mm，第一圆柱的直径较毛坯内径小0.05mm,既方便产品装夹，又可以很好的起到定位支撑作用，由于是切向进刀，如果第一圆柱的直径过小，和毛坯内径之间空隙较大，在加工到产品尺寸时，由于壁厚较薄，而且空隙较大，产品容易产生裂纹。第二圆柱的直径较毛坯的外半径大1mm，可以最大限度的加大夹持力，加工过程中产品稳定可靠，但是半径不能相差太大，金刚石刀具颗粒的空隙，容易被尼龙的加工粉末堵塞，切削液不能及时冲刷掉尼龙粉末，刀具切削力会改变，从而增加加工风险。

更进一步的，台阶圆堵头采用尼龙材料，在保证不损伤毛坯内表面的条件下，完成对毛坯的稳定夹持。

进一步的，卡盘的反爪支撑毛坯，堵头将毛坯稳定的顶压在卡盘上，堵头提供向卡盘方向的压力，卡盘的反爪提供向毛坯外壁扩张的支撑力，保证毛坯的受力均匀，夹持力稳定可靠，使毛坯固定牢靠，不会在发生现有技术中压板断裂的现象。卡爪的三爪自定心，不但使毛坯底部装夹牢固，而且可以有效地保证产品的同轴度，顶部的尼龙堵头，有一定的弹性变形，不但可以压紧毛坯上表面，而且不会损伤产品的内壁。同时这样的装夹方式，一次性可以完成产品的最终尺寸加工，不存在工件二次装夹，内外圆柱面同轴度一致性不好的情况发生。

本发明还提供一种耐火材料产品加工方法，充分考虑了耐火材料毛坯本身特性、强度和硬度，满足产品的合理加工，通过卡盘的反爪推动支撑，同时堵头挤压，将耐火材料稳定紧固，通过调整粗加工和精加工步距，同时在精加工工序后进行光刀工序，便于操作人员操作，优化加工工艺，减少步距数值，加工出来的耐火材料满足同轴度要求，产品上端和下端的壁厚尺寸一致均匀，满足使用要求。

进一步的，粗加工、精加工以及光刀程序均采用圆弧进刀方式，避免了刀具对瓷套产生的侧面扭力而使瓷套发生微量移动，影响加工精度。

附图说明

图1为本发明的装配结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为瓷套的结构示意图；

图4为图3的俯视结构示意图；

附图中：1-卡盘，2-卡爪，3-毛坯，4-堵头，5-连接杆，6-螺母，7-卡块，8-成型瓷套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

本发明提供一种耐火材料产品加工夹具，针对目前加工的耐火材料毛坯3，其为外方内圆结构，该产品在生产线上使用频繁，外形结构类似于圆环，薄壁(外径88mm，内径82mm，厚度只有3mm)长度为100mm、130mm、230mm三种规格(产品型号不同，应用的长度不一样)。薄壁长筒件的加工，在数控设备上，装夹方式、加工工艺都要做相应调整，才能加工出质量合格，符合要求的产品；

如图1和图2所示，在本实施例中，耐火材料为瓷套，经过对比分析工件毛坯3(外方内圆)，决定瓷套底部采用三爪自定位卡盘，反爪支撑牢固，卡盘1固定在机床工作台上，在卡爪2中间机床工作台T型槽处，预放置一个T型块，用一根长螺杆，底部和T型块连接固定，用尼龙材质，加工一个台阶轴，将一部分沉入毛坯中间孔径里面作为支撑、定位，另外一部分和瓷套上表面紧密贴合。同时在尼龙套的中间加工一个直径大于螺杆直径的通孔，便于螺杆通过，上面通过螺母6锁紧螺杆，这样在加工中，瓷套不容易发生移位，内外孔径同轴度一致性好，满足产品使用要求，如图3和图4为本发明经过加工后的成型瓷套8。

具体的，本发明提供的耐火材料产品加工夹具包括卡盘1，卡盘1的底部端面为底座，所述卡盘1的顶部端面为装夹面，所述卡盘1的底座上固定连接有卡块7，所述卡块7上连接有连接杆5，连接杆5穿过卡盘1的中心内腔，所述连接杆5上还套设有堵头4；在毛坯3套设在连接杆5上时，毛坯3的一端顶压在卡盘1的装夹面上，毛坯3的另一端顶压在堵头4上。

在本实施例中，卡盘1采用三爪卡盘，三爪卡盘的装夹面上设有三个相交于卡盘1圆心的卡爪2，将毛坯3套设在卡爪2的反爪上，向外均匀转动卡爪2，使瓷套底部固定牢靠，其中，卡盘1需要固定在数控铣床工作台上，在卡盘1固定在工作台上时需要预埋一个卡块7，本实施例中的卡块7采用T型块，直接将T型块安装在卡盘1底部的T型槽内，将连接杆5和卡块7进行连接；

在本实施例中，连接杆5为螺杆，螺杆和T型块螺纹连接，螺杆采用M16螺杆，T型块采用M16型卡块，堵头4套设在螺杆上后，通过螺母6旋入螺杆，完成对毛坯3的紧固，优选的，螺母6采用M16型螺母；

在本实施例中，堵头4为台阶圆堵头，台阶圆堵头的的小直径圆柱和大直径圆柱分别为第一圆柱和第二圆柱，第一圆柱的直径较毛坯3内径小0.05mm，第二圆柱的直径较毛坯3的外半径大1mm，台阶圆堵头的中心孔径比连接杆5的单边大1mm，堵头4的中间加工一个直径18mm的通孔，堵头4插入毛坯3内腔的深度为35mm，堵头4的总长度为60mm，根据生产现场情况，在不损伤瓷套内表面的条件下，堵头4材质选用尼龙；

本发明的制备过程如下：

首先对耐火材料瓷套的外形进行产品可行性分析，圆环形状、壁薄，装夹方法不当，容易和刀具干涉，如果倒压板或者掉头加工，产品毛坯在加工中容易产生裂纹，不能满足生产需要。所以只能两端同时固定，一次装夹，完成产品的外形加工，这样产品内外圆柱面同轴度一致性良好，上下端部外径一致性好。根据瓷套的外形及尺寸，设计出一个组合工装，绘画草图，然后进行电脑三维软件模拟造型，再和瓷套模拟装配加工，观察装配效果图。

根据生产现场情况，我们在不损伤瓷套内表面的条件下，经过选材对比，最后采用尼龙，设计制作一个台阶圆堵头。一端直径小于瓷套内径0.05mm,深度35mm，外径比瓷套外径半径大1mm，总长度为60mm。将三爪卡盘用三个压板固定在数控铣床工作台上，在卡爪中心工作台处，预埋一个M16T型块，将瓷套下部固定在卡爪上，插入一个长度满足要求的M16螺杆，底部和T型块连接，把尼龙堵头插入瓷套毛坯的上部孔内，然后用M16螺母和M16螺杆锁紧尼龙堵头，确保瓷套安装可靠。

金刚石刀具开始加工，分为粗、精和光刀工序，采用圆弧进刀方式，避免了刀具对瓷套产生的侧面扭力而使瓷套发生微量移动，影响加工精度。

本发明还提供一种耐火材料产品加工方法，具体步骤如下：

将卡盘1安装在数控铣床工作台上，在安装在数控铣床工作台上前，将T型块预埋在卡盘的T型槽内，然后将螺杆伸入卡盘的中心内腔中和T型块进行连接，将瓷套套设在螺杆上，通过三个卡爪2的反爪将瓷套支撑在卡盘1上，然后将堵头4的小直径圆柱伸入瓷套的内腔中，通过螺母6和螺杆的螺纹连接，将堵头4压紧在瓷套上，完成对瓷套的紧固，在加工完后，能够将螺母6和堵头4拆卸下来，将加工完成的成型瓷套8拆卸下来，然后按照上述步骤在螺杆上安装新的瓷套能够继续完成下一个新的瓷套的加工；

在加工过程中，工件无松动，在进刀过程中，由于采用了圆弧进刀方式，所以对工件的侧面扭力很小，不会对工件产生移动。合理的切削三要素，粗加工步距0.1mm，精加工步距0.05mm,在最后两圈加工中，步距变为0.02mm，程序结束后，再使用光刀程序，对圆柱体的上、下面尺寸再做三次精加工。产品加工完成后，测量薄壁各处的壁厚和瓷套上下部外径，尺寸一致性良好，满足使用要求，说明该组合夹具满足装夹要求，该加工方法适合此类材质的薄壁加工，收到了预期的效果。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种耐火材料产品加工夹具，其特征在于，包括卡盘(1)，所述卡盘(1)的底部端面为底座，所述卡盘(1)的顶部端面为装夹面，所述卡盘(1)的底座上固定连接有卡块(7)，所述卡块(7)上连接有连接杆(5)，连接杆(5)穿过卡盘(1)的中心内腔，所述连接杆(5)上还套设有堵头(4)；

在毛坯(3)套设在连接杆(5)上时，毛坯(3)的一端顶压在卡盘(1)的装夹面上，毛坯(3)的另一端顶压在堵头(4)上。

2.根据权利要求1所述的一种耐火材料产品加工夹具，其特征在于，所述连接杆(5)为螺杆，螺杆上螺纹连接有螺母(6)，螺母(6)用于推动堵头(4)紧固毛坯(3)。

3.根据权利要求1所述的一种耐火材料产品加工夹具，其特征在于，所述卡块(7)为T型块，卡块(7)预埋设在机床工作台放置卡盘(1)的T型槽内。

4.根据权利要求1所述的一种耐火材料产品加工夹具，其特征在于，所述堵头(4)为台阶圆堵头，台阶圆堵头的小直径圆柱和大直径圆柱分别为第一圆柱和第二圆柱，第一圆柱的直径较毛坯内径小0.05mm，第二圆柱的直径较毛坯的外半径大1mm，

台阶圆堵头的中心孔径比连接杆(5)的单边大1mm。

5.根据权利要求4所述的一种耐火材料产品加工夹具，其特征在于，所述台阶圆堵头采用尼龙材料。

6.根据权利要求1所述的一种耐火材料产品加工夹具，其特征在于，所述卡盘(1)采用三爪卡盘，三爪卡盘上设有三个指向卡盘(1)圆心的卡爪(2)，卡爪(2)的反爪伸入毛坯(3)的内腔中。

7.根据权利要求1所述的一种耐火材料产品加工夹具，其特征在于，所述卡块(7)采用M16型。

8.一种耐火材料产品加工方法，其特征在于，采用权利要求1-7任意一项所述的一种耐火材料产品加工夹具，包括以下过程：

卡盘(1)采用三爪卡盘，毛坯(3)套设在卡爪(2)的反爪上，三爪卡盘的反爪扩张对毛坯件底部进行支撑，连接杆(5)穿过毛坯(3)的内腔，伸入卡盘(1)的中心内腔和卡块(7)连接，堵头(4)套设在连接杆(5)上，连接杆(5)上螺纹连接螺母(6)，通过螺母(6)推动堵头紧固毛坯(3)；

通过刀具对毛坯(3)进行加工，粗加工步距为0.1mm，精加工步距为0.05mm，在精加工的最后两圈加工中，步距改变为0.02mm；

精加工完成后，再通过光刀程序对毛坯(3)进行三次加工。

9.根据权利要求8所述的一种耐火材料产品加工方法，其特征在于，所述粗加工、精加工以及光刀程序均采用圆弧进刀方式。

10.根据权利要求8所述的一种耐火材料产品加工方法，其特征在于，所述刀具采用金刚石刀具。

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