CN113967846B - 大型不锈钢薄板环形零件精加工方法及用于该方法的工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型不锈钢薄板环形零件精加工方法及用于该方法的工装，本发明工装利用底座安装工件，改变了常规的装夹方式，在加工不同部位时，分别设计不同的压板配合底座装夹工件的不同部位，从而消除加工不同部位刀具产生的挤压力，最后更改加工中的走刀轨迹，消除切削热影响，保证产品的平面度。具有操作方法简单，可利用数控立式车床操作、有效解决切削热及夹装问题带来的变形、加工精度高，满足加工内孔、平面和端面开孔的要求，可靠性好、精度高、设备投资和成本低。

Description

大型不锈钢薄板环形零件精加工方法及用于该方法的工装

技术领域

本发明涉及一种板材的加工领域，具体的说是一种大型不锈钢薄板环形零件精加工方法及用于该方法的工装。

背景技术

薄板零件是指厚度与直径比例超过1:50的零件。在船舶制造业中，由于不锈钢薄板零件质量轻，用料少，结构紧凑、耐腐蚀性能好等特点被广泛使用。

在实际生产中，不锈钢因材料特殊，加工起来容易产生切削热，导致工件变形。

对于大型薄板环形零件(直径大于1500mm，厚度小于20mm)其需要加工成具有外圆、内孔，以及端面的开孔的结构，在进行精加工时，因为其轴向尺寸小，装夹起来极易变形。

大型不锈钢薄板环形件具有以上两个难点，特别是在很多企业没有大型磨床和平面铣床，只有数控立式车床的情况下加工大型不锈钢薄板环形零件成了机械加工中的棘手问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种操作方法简单，可利用数控立式车床操作、有效解决切削热及夹装问题带来的变形、加工精度高，满足加工内孔、平面和端面开孔的要求，可靠性好、精度高、设备投资和成本低的大型不锈钢薄板环形零件精加工方法。

本发明还提供一种专用于上述加工方法的工装。

本发明大型不锈钢薄板环形零件精加工工装，包括底座，所述底座的内孔为上大下小的阶梯形孔，包括上段的大孔和下段的小孔，所述上段的大孔直径大于薄板环形零件的外圆直径，下段的小孔直径大于薄板环形零件的内孔直径；所述底座外形为上大小下的阶梯形圆柱体，包括上段的大圆柱体和下段的小圆柱体，所述大圆柱体的外圆面上均匀布置有多个第一螺孔。

所述底座的小孔底面设有底板，所述底板沿圆周方向环形、均匀设有多个第二螺孔；还包括有L形压板，所述L形压板的两端均设有螺孔。

所述大圆柱体的顶部端面还均匀设有多个第三螺孔；还包括有I型压板和Z型压板，所述I型压板的一端设有螺孔，所述Z型压板的两端及中段均设有螺孔。

所述大圆柱的柱体上均匀开有多个缺口，所述缺口的下端与大孔的底面平齐。

所述大孔的直径大于环形零件的外圆直径0.1-0.2mm。

本发明大型不锈钢薄板环形零件精加工方法，使用上述的工装，按以下加工步骤顺序进行：

1)将待加工的圆形薄板工件装配到底座上，使圆形薄板工件的底面与大孔底面贴合，圆形薄板工件直径与底座的大孔直径留有的间隙0.1-0.2mm；

2)将装配有圆形薄板工件的底座夹持到数控立式车床上，数控立式车床的卡爪夹持住底座的小圆柱体；

3)将第一螺纹压杆穿过大圆柱体外圆面上的第一螺孔压紧在所述圆形薄板工件的外圆面上，以固定圆形薄板工件，控制刀具车出圆形薄板工件的内孔，完成圆形薄板工件的内孔加工，得到环形薄板工件。

4)完成内孔加工后，安装L型压板，用第一螺栓穿过L型压板下段的螺孔以及所述底板上的螺孔与底板固定，再用第二螺纹压杆水平穿过L形压板上段的螺孔压紧在所述环形薄板工件的内孔表面；

5)控制刀具车所述环形薄板工件的上端面，车削方法为：a)先从外圆向内孔方向走刀一次，再由内孔向外圆走刀一次；重复步骤a)至少一次直至满足工艺余量要求；

6)然后松开第一螺纹压杆、拆下L型压板，将所述环形薄板工件180度翻面，重新拧紧第一螺纹压杆、安装L型压板，重复步骤5)，然后松开所述环形薄板工件，进行自然时效5-10天；

7)再次装配第一螺纹压杆和L型压板，在底座上夹紧所述环形薄板工件，重复步骤5)和步骤6)进行平面精加工，得到薄板环形精整工件。

还包括有以下步骤：

拆卸第一螺纹压杆和L型压板，在所述薄板环形精整工件顶面装配I形压板，并通过第二螺栓穿过I形压板的螺孔以及大圆柱体的顶部端面的螺孔与大圆柱体固定；同时装配Z形压板，第三螺纹压杆垂直穿过Z形压板前端的螺孔压紧在所述薄板环形精整工件的顶面，第四螺丝压杆水平穿过Z形压板中段的螺孔压紧在所述薄板环形精整工件的内孔表面，所述第一螺栓穿过Z型压板后端的螺孔以及所述底板上的第二螺孔与底板固定，控制刀具在薄板环形精整工件端面上钻孔，完成端面孔的加工过程，得到薄板环形零件。

在第一次进行步骤5)和步骤6)时，控制刀具每次切削0.2mm余量，切削参数：主轴转速n＝7～10r/min，进给速度f＝0.3～0.5mm/r。

在步骤7)中，重复步骤5)和步骤6)进行平面精加工时，刀具每次切削0.1mm余量，切削参数：主轴转速n＝8～12r/min，进给速度f＝0.2～0.4mm/r。

薄板环形件内孔的加工难点在于要满足薄板件的平面度的高精度要求，需要控制加工过程中的变形，达到平面度0.05mm。本发明设计了底座人为的增加薄板工件的厚度，将常规装夹方式下，对薄板件的径向压力转换为周向，使机床卡爪不直接作用在工件上，同时与工件配合的大圆柱体上设置多个缺口，释放加工应力。另外，本发明在加工不同部位时，分别设计不同的压板配合底座装夹工件的不同部位，从而消除加工不同部位刀具产生的挤压力，最后更改加工中的走刀轨迹，消除切削热影响，保证产品的平面度。

有益效果：

1)本发明采用使用专用工装配合数控立式车床进行操作，车床卡爪作用力不再直接作用在工件上，而是作用在工装上，再利用工装夹装工件，从而有效的消除装夹引起的工件变形；

2)在加工工件不同部位时，利用不同的压板压装工件的不同部位，从而使工件受力均匀，消除加工变形；

3)在配合工装的前提下，采取正反进刀的车削加工方法，同时循环下量，以消除切削热引起的工件变形。

4)本发明操作方法简单、可利用数控立式车床操作、有效解决切削热及夹装问题带来的变形、加工精度高(满足平面度0.05mm高精度要求)，满足加工内孔、平面和端面开孔的要求，可靠性好、精度高、设备投资和成本低，适用于直径大于1500mm，厚度小于20mm的大型不锈钢薄板环形零件精加工。

附图说明

图1为本发明底座的立体图。

图2为本发明加工后得到的薄板环形零件的立体图。

图3为本发明工装与实物安装立体示意图。

图4为本发明加工内孔时安装结构平面示意图。

图5为本发明加工平面时安装结构平面示意图。

图6为本发明端面钻孔时安装结构平面示意图。

其中，1-薄板环形零件、1.1-内孔、1.2-开孔、2-底座、2.1-大孔、2.2-小孔、2.3-大圆柱体、2.4-小圆柱体、2.5-第一螺孔、2.6-第二螺孔、2.7-第三螺孔、2.8-缺口、2.9-底板、3-L型压板、4-Z型压板、5-I型压板、6-第一螺纹压杆、7-第二螺纹压杆、8-第三螺纹压杆、9-第一螺栓、10-第二螺栓、11-第三螺栓、12-第四螺纹压杆。

A1-圆形薄板工件、B1-环形薄板工件、C1-薄板环形精整工件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明工装作进一步解释说明：

参见图1-图6，本发明大型不锈钢薄板环形零件精加工工装，包括底座2，所述底座2的内孔为上大下小的阶梯形孔，包括上段的大孔2.1和下段的小孔2.2，所述上段的大孔2.1直径大于环形零件1的外圆直径，下段的小孔2.2直径大于环形零件1的内孔直径；所述底座2外形为上大小下的阶梯形圆柱体，包括上段的大圆柱体2.3和下段的小圆柱栓2.4；数控立车的卡爪可夹持在小圆柱体2.4上，而不直接作用于工件，工件可处于自由状态，从而彻底解决装夹引起的工件变形。所述大圆柱体2.3的外圆面上均匀布置有多个第一螺孔2.5(本实施例中设置有8个)；所述大圆柱体2.3的柱体上均匀开有多个缺口2.8(本实施例中设置有8个)，所述缺口2.8的下端与大孔2.1的底面平齐，利用缺口2.8可以方便的观察并测量加工过程中薄板环形零件1的厚度变化，还可以释放一定压力。所述大孔2.1的直径大于环形零件1的外圆直径0.1-0.2mm，以留有一定间隙，满足工件发热的膨胀量。

所述底座2的小孔2.2底面设有底板2.9，所述底板2.9沿圆周方向环形、均匀设有多个第二螺孔2.6；还包括有L形压板3，所述L形压板3的两端均设有螺孔。

所述大圆柱体2.3的顶部端面还均匀设有多个第三螺孔2.7；还包括有I型压板5和Z型压板4，所述I型压板5的一端设有螺孔，所述Z型压板4的两端及中段均设有螺孔。

本发明大型不锈钢薄板环形零件精加工方法，使用上述的工装，按以下加工步骤顺序进行：

1)参见图4，将待加工的圆形薄板工件A1装配到底座2上，使圆形薄板工件A1的底面与大孔2.1底面完全贴合，圆形薄板工件A1直径与底座2的大孔2.1直径留有的间隙0.1-0.2mm，以满足工件发热的膨胀量；

2)将装配有圆形薄板工件A1的底座2夹持到数控立式车床上，数控立式车床的卡爪夹持住底座2的小圆柱体2.4，不直接夹持在工件上。工件可以处于自由状态可以减少装夹引起的变形；

3)将第一螺纹压杆6穿过大圆柱体2.3外圆面上的第一螺孔2.5压紧在所述圆形薄板工件A1的外圆面上，以固定圆形薄板工件A1，接触面可以设置弹性垫片，此处工件的受力情况为：多个第一螺纹压杆6对外圆的压力(如图3)以及正在加工的刀具对内孔1.1的挤压力。此时可以调整第一螺纹压杆6的压力，使之与刀具的挤压力大致相等，这样工件受到均衡压力，不会出现变形。再控制刀具车出圆形薄板工件A1的内孔1.1，完成圆形薄板工件A1的内孔1.1加工，得到环形薄板工件B1。

4)参见图4，完成内孔1.1加工后，安装L型压板3，用第一螺栓9穿过L型压板3下段的螺孔以及所述底板2.9上的螺孔与底板2.9固定，再用第二螺纹压杆水7平穿过L形压板3上段的螺孔压紧在所述环形薄板工件B1的内孔表面，此时工件的受力情况为：多个第一螺纹压杆6对外圆的压力(如图4)以及多个第二螺纹压杆7对内孔1.1的压力，从而保持工件平衡；

5)控制刀具车所述环形薄板工件B1的上端面，车削方法为：a)先从外圆向内孔1.1方向走刀一次，再由内孔1.1向外圆走刀一次；重复步骤a)至少一次直至满足工艺余量要求；其中，控制刀具每次切削0.2mm余量，切削参数：主轴转速n＝7～10r/min，进给速度f＝0.3～0.5mm/r

6)然后松开第一螺纹压杆6、拆下L型压板3，将所述环形薄板工件B1进行180度翻面，重新拧紧第一螺纹压杆6、安装L型压板3，重复步骤5)，然后松开所述环形薄板工件B1，进行自然时效5-10天；

7)再次装配第一螺纹压杆6和L型压板3，在底座2上夹紧所述环形薄板工件B1，重复步骤5)和步骤6)进行平面精加工，得到满足工艺尺寸厚度要求的薄板环形精整工件C1。其中，在重复上述步骤5)和步骤6)进行平面精加工时：刀具每次切削0.1mm余量，切削参数：主轴转速n＝8～12r/min，进给速度f＝0.2～0.4mm/r。

8)拆卸第一螺纹压杆6和L型压板3，在所述薄板环形精整工件C1顶面装配I形压板5，并通过第二螺栓10穿过I形压板5的螺孔以及大圆柱体2.3的顶部端面的第三螺孔2.7与大圆柱体2.3固定；同时装配Z形压板4，第三螺纹压杆8垂直穿过Z形压板4前端的螺孔压紧在所述薄板环形精整工件C1的顶面，第四螺栓压杆12水平穿过Z形压板4中段的螺孔压紧在所述薄板环形精整工件C1的内孔1.1表面，所述第一螺栓9穿过Z型压板4后端的螺孔以及所述底板2.9上的第二螺孔2.6与底板2.9固定。通过Z型压板4配合I型压板5，使工件两边均匀受力，避免工件翘起变形，破坏工件已经加工好的平面度。最后控制刀具在薄板环形精整工件C1端面上钻孔，完成端面孔的加工过程，得到薄板环形零件1。

本发明工装具有良好的装夹性能，同时提供足够装夹力保证工件和工装之间不会发生位移。本发明加工方法方便、可靠能有效的减少薄板环形件在加工过程中由于装夹、金属切削热及切削内应力产生的变形同时消除加工误差。本发明对高精度薄板环形件的加工效率高，质量稳定，本发明加工方法可以加工直径超过φ1500mm,厚度小于20mm的薄板环形件，平面度可以达0.05mm。

Claims (6)

1.一种大型不锈钢薄板环形零件精加工方法，其特征在于，使用工装，所述工装包括底座，所述底座的内孔为上大下小的阶梯形孔，包括上段的大孔和下段的小孔，所述上段的大孔直径大于薄板环形零件的外圆直径，下段的小孔直径大于薄板环形零件的内孔直径；所述底座外形为上大小下的阶梯形圆柱体，包括上段的大圆柱体和下段的小圆柱体，所述大圆柱体的外圆面上均匀布置有多个第一螺孔；所述底座的小孔底面设有底板，所述底板沿圆周方向环形、均匀设有多个第二螺孔；还包括有L形压板，所述L形压板的两端均设有螺孔；所述大圆柱体的顶部端面还均匀设有多个第三螺孔；还包括有I型压板和Z型压板，所述I型压板的一端设有螺孔，所述Z型压板的两端及中段均设有螺孔；

采用上述工装按以下加工步骤顺序进行：

1）将待加工的圆形薄板工件装配到底座上，使圆形薄板工件的底面与大孔底面贴合，圆形薄板工件直径与底座的大孔直径留有的间隙0.1-0.2mm；

2）将装配有圆形薄板工件的底座夹持到数控立式车床上，数控立式车床的卡爪夹持住底座的小圆柱体；

3）将第一螺纹压杆穿过大圆柱体外圆面上的第一螺孔压紧在所述圆形薄板工件的外圆面上，以固定圆形薄板工件，控制刀具车出圆形薄板工件的内孔，完成圆形薄板工件的内孔加工，得到环形薄板工件；

4）完成内孔加工后，安装L型压板，用第一螺栓穿过L型压板下段的螺孔以及所述底板上的第二螺孔与底板固定，再用第二螺纹压杆水平穿过L形压板上段的螺孔压紧在所述环形薄板工件的内孔表面；

5）控制刀具车所述环形薄板工件的上端面，车削方法为：a)先从外圆向内孔方向走刀一次，再由内孔向外圆走刀一次；重复步骤a)至少一次直至满足工艺余量要求；

6）然后松开第一螺纹压杆、拆下L型压板，将所述环形薄板工件180度翻面，重新拧紧第一螺纹压杆、安装L型压板，重复步骤5），然后松开所述环形薄板工件，进行自然时效5-10天；

7）再次装配第一螺纹压杆和L型压板，在底座上夹紧所述环形薄板工件，重复步骤5）和步骤6）进行平面精加工，得到薄板环形精整工件；

8）拆卸第一螺纹压杆和L型压板，在所述薄板环形精整工件顶面装配I形压板，并通过第二螺栓穿过I形压板的螺孔以及大圆柱体的顶部端面的第一螺孔与大圆柱体固定；同时装配Z形压板，第三螺纹压杆垂直穿过Z形压板前端的螺孔压紧在所述薄板环形精整工件的顶面，第四螺丝压杆水平穿过Z形压板中段的螺孔压紧在所述薄板环形精整工件的内孔表面，所述第一螺栓穿过Z型压板后端的螺孔以及所述底板上的第二螺孔与底板固定，控制刀具在薄板环形精整工件端面上钻孔，完成端面孔的加工过程，得到薄板环形零件。

2.如权利要求1所述的大型不锈钢薄板环形零件精加工方法，其特征在于，在第一次进行步骤5）和步骤6）时，控制刀具每次切削0.2mm余量，切削参数：主轴转速n=7～10r/min，进给速度f=0.3～0.5mm/r。

3.如权利要求1所述的大型不锈钢薄板环形零件精加工方法，其特征在于，在步骤7）中，重复步骤5）和步骤6）进行平面精加工时，刀具每次切削0.1mm余量，切削参数：主轴转速n=8～12r/min，进给速度f=0.2～0.4mm/r。

4.一种用于权利要求1-3任一项所述大型不锈钢薄板环形零件精加工方法的工装，其特征在于，包括底座，所述底座的内孔为上大下小的阶梯形孔，包括上段的大孔和下段的小孔，所述上段的大孔直径大于薄板环形零件的外圆直径，下段的小孔直径大于薄板环形零件的内孔直径；所述底座外形为上大小下的阶梯形圆柱体，包括上段的大圆柱体和下段的小圆柱体，所述大圆柱体的外圆面上均匀布置有多个第一螺孔；所述底座的小孔底面设有底板，所述底板沿圆周方向环形、均匀设有多个第二螺孔；还包括有L形压板，所述L形压板的两端均设有螺孔；所述大圆柱体的顶部端面还均匀设有多个第三螺孔；还包括有I型压板和Z型压板，所述I型压板的一端设有螺孔，所述Z型压板的两端及中段均设有螺孔。

5.如权利要求4所述的工装，其特征在于，所述大圆柱体的柱体上均匀开有多个缺口，所述缺口的下端与大孔的底面平齐。

6.如权利要求4所述的工装，其特征在于，所述大孔的直径大于薄板环形零件的外圆直径0.1-0.2mm。