CN114211266A - 一种高精度薄壁管件外圆加工装置及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度薄壁管件外圆加工装置及加工方法，其中，加工装置包括定位芯轴、定位套、螺母和薄壁管件，所述定位芯轴设置在薄壁管件内，所述定位芯轴与定位套配合，所述定位芯轴与所述螺母配合。该装置设计新颖，结构稳定、耐用，定位准确，操作方便，加工工艺上的优化很好的解决了高精度薄壁管件外圆加工过程中遇到的易变形、刚性差、尺寸难控制等问题，大大的提高了生产效率，与现有的加工工艺相比，生产效率提升3倍以上，产品质量稳定，报废率显著降低。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种高精度薄壁管件外圆加工装置及加工方法。
背景技术
薄壁管件右横轴总长232mm，理论壁厚1.3mm，长厚比约178.5，采用材料为淬透性较好的渗碳钢，表面硬度高，耐磨性好，属于典型的难加工高精度薄壁管件；具体加工要求是：外圆圆柱度0.1mm，外圆表面粗糙度Ra1.6，尺寸公差0.02mm，同时还要求薄壁管件两端的内圆孔尺寸公差0.02mm，同心度Φ0.04mm；对于细长类薄壁管件而言，加工精度极高，加工难度极大。
在实际加工中，一般采取的工艺方案是先粗车外圆留量0.5mm左右，然后进行热处理，再精车外圆抛光至要求。现零件加工存在以下问题：零件壁厚比较小，长厚比比较大，考虑到变形等问题一般不采用三抓卡盘进行装夹，车削时通常采用两端用分体式顶尖进行装夹，分体式顶尖刚性差，热处理前外圆留量不易过大，因热处理前外圆留量小，热处理后变形大，加工找正困难；精车外圆，用简易分体式顶尖，顶住两端中心孔，机床尾座直线度不好调节，加工精度不高；因壁比较薄，精车外圆需要特别锋利的刀片，锋利刀片易磨损，造成扎刀现象，最终依靠砂纸进行抛光保证最终尺寸。故实际加工中零件经常超差，需要多次返工，产品质量不稳定，加工效率低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高精度薄壁管件外圆加工装置及加工方法，实现高精度薄壁管件外圆的高质、高效、稳定加工。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种高精度薄壁管件外圆加工装置，包括定位芯轴、定位套、螺母和薄壁管件，所述定位芯轴设置在薄壁管件内，所述定位芯轴与定位套配合，所述定位芯轴与所述螺母配合。
优选的，所述定位芯轴、定位套、螺母和薄壁管件材料为淬火后的30CrMnSiA。
优选的，所述定位芯轴两端设有中心孔，所述定位芯轴包括五段，其中：一段直径小于薄壁管件内径且跳动量不大于0.01的外圆，接着一段直径大于薄壁管件内径小于薄壁管件外径的外圆，再接着一段与定位芯轴中心孔跳动不大于0.01的60°倒角锥面，再接着一段跳动不大于0.01且直径小于薄壁管件内径的外圆，最后一段是供螺母紧固用的外螺纹。
优选的，所述定位套内孔与所述定位芯轴外圆配合间隙不大于0.01，所述定位套外圆直径大于薄壁管件内径小于薄壁管件外径。
优选的，所述螺母上设有扁面，所述螺母外径大于定位套内孔且小于定位套外径。
一种高精度薄壁管件外圆加工方法，包括以下步骤：
S1、将薄壁管件原材料进行热处理，热处理后薄壁管件两端孔口倒角60°作为中心孔；
S2、将薄壁管件装在定位芯轴上，同时将定位套装在定位芯轴上，通过螺母紧固，利用装置上的锥面和薄壁管件中心孔实现薄壁管件的装夹定位；
S3、车工采取顶住加工装置两端中心孔的方式，车薄壁管件外圆留磨0.1-0.15mm，顶住两端中心孔，机芯夹带动；
S4、精磨外圆至最终的尺寸和形位公差。
优选的，所述步骤S1中，将薄壁管件原材料进行热处理的温度设置为80-120℃。
相比现有技术，本发明的有益技术效果在于：
传统的加工方法加工得到的薄壁管件报废率高，尤其是前期热处理后变形问题，通常会出现批量报废的情况；返修率高、加工周期长。该装置设计新颖，结构稳定、耐用，定位准确，操作方便，加工工艺上的优化很好的解决了高精度薄壁管件外圆加工过程中遇到的易变形、刚性差、尺寸难控制等问题，大大的提高了生产效率，与现有的加工工艺相比，生产效率提升3倍以上，产品质量稳定，报废率显著降低。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明一实施例的高精度薄壁管件外圆加工装置结构示意图；
图2是本发明一实施例的高精度薄壁管件外圆加工装置的使用示意图；
图3是本发明一实施例的定位芯轴结构示意图；
图4是本发明一实施例的定位套结构示意图；
图5是本发明一实施例的螺母结构示意图。
其中，1-定位芯轴、2-定位套、3-螺母、4薄壁管件。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-5所示，一种高精度薄壁管件外圆加工装置，包括定位芯轴、定位套、螺母和薄壁管件，定位芯轴设置在薄壁管件内，定位芯轴与定位套配合，定位芯轴与螺母配合。定位芯轴尺寸主要依靠薄壁管件内、外圆及长度确定，定位套内孔要与定位芯轴小间隙配合，其外圆要大于薄壁管件内孔且小于薄壁管件外孔，既能固定薄壁管件又不干涉磨削外圆时砂轮的横向进给，倒角与薄壁管件配制，螺母内螺纹尺寸要根定位芯轴上的外螺纹配合。
高精度薄壁管件外圆加工装置是一种通过中心孔为基准，定位芯轴及定位套定位，螺母固定的高精度薄壁管件外圆加工装置。它包括定位芯轴、定位套、螺母，为提高刚性，材料全部选用淬火后的30CrMnSiA，定位芯轴两端打中心孔，一段直径小于薄壁管件内径且跳动量不大于0.01的外圆，接着是一段直径大于薄壁管件内径小于薄壁管件外径的外圆，再接着是一段与定位芯轴中心孔跳动不大于0.01的60°倒角锥面，再接着是一段跳动不大于0.01且直径小于薄壁管件内径的外圆，最后一段时紧固用的外螺纹，定位套内孔与定位芯轴外圆配合且间隙不大于0.01，外圆直径大于薄壁管件内径小于薄壁管件外径的外圆，锥面是与内孔动量不大于0.01跳动不大于0.01的60°倒角锥面，螺母上有扁面便于拆卸且螺纹与定位芯轴配制，外径大于定位套内孔且小于定位套外径。
针对分体式顶尖刚性差及直线度不好调节等问题，设计一种刚性好，基准统一，直线度好的高精度薄壁管件外圆加工装置，在加工装置得到强化的同时针对热处理后变形等问题，在加工方法上增加热处理前加工余量，用于减少变形，考虑到零件为淬火后的合金钢，加工过程中刀具磨损快，外圆最终尺寸成型由车削加抛光变更为磨削，磨削时因材料为淬透性较好的渗碳钢，表面硬度高，耐磨性好，热处理后车削留磨量不宜过大。故改进后高精度薄壁管件的加工工艺为：直接将薄壁管件原材料进行热处理，温度设置为80-120℃，可有效减小薄壁管件的变形量，特别的设置为105℃。热处理后薄壁管件两端孔口倒角60°作为中心孔，用加工装置顶住薄壁管件两端中心孔，车薄壁管件外圆，外圆留精磨量不大于0.1-0.15mm，同时要求外圆与中心孔跳动不大于0.1mm，圆柱度不大于0.1mm，用加工装置顶住中心孔内部，再磨外圆至最终的尺寸和形位公差。
采用本发明所提出的加工方法，前期热处理预留的加工余量与现有的加工方式相比，增加1mm，可有效减小热处理变形量。
传统加工过程中，由于热处理预留余量较小，热处理变形量大；热处理后进行车工，车工时，两端分体顶尖，顶尖基准不统一，车削后直线度差；同时分体顶尖刚性差，车削过程中极易出现跳动量大的问题，还需要对车削后的表面进行抛光处理；抛光过程多采用人工抛光至最终的尺寸和形位公差；抛光过程中因个人技能水平高低不同，得到产品的一致性较差；抛光过程中添加的辅助材料可能对产品带来破坏。
本发明所提出的加工工艺，由于预留余量充裕，后期配合的加工装置基准统一，刚性好，可直接对薄壁管件外圆面实施磨削处理至最终的尺寸和形位公差；所采用的加工装置可有效保证薄壁管件两端的内圆孔尺寸公差及同心度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种高精度薄壁管件外圆加工装置，其特征在于，包括定位芯轴(1)、定位套(2)、螺母(3)和薄壁管件(4)，所述定位芯轴(1)设置在薄壁管件(4)内，所述定位芯轴(1)与定位套(2)配合，所述定位芯轴(1)与所述螺母(3)配合。
2.如权利要求1所述的高精度薄壁管件外圆加工装置，其特征在于：所述定位芯轴(1)、定位套(2)、螺母(3)和薄壁管件(4)材料为淬火后的30CrMnSiA。
3.如权利要求1所述的高精度薄壁管件外圆加工装置，其特征在于：所述定位芯轴(1)两端设有中心孔，所述定位芯轴(1)包括五段，其中：一段直径小于薄壁管件(4)内径且跳动量不大于0.01的外圆，接着一段直径大于薄壁管件(4)内径小于薄壁管件(4)外径的外圆，再接着一段与定位芯轴(1)中心孔跳动不大于0.01的60°倒角锥面，再接着一段跳动不大于0.01且直径小于薄壁管件(4)内径的外圆，最后一段是供螺母(3)紧固用的外螺纹。
4.如权利要求1所述的高精度薄壁管件外圆加工装置，其特征在于：所述定位套(2)内孔与所述定位芯轴(1)外圆配合间隙不大于0.01，所述定位套(2)外圆直径大于薄壁管件(4)内径小于薄壁管件(4)外径。
5.如权利要求1-4任一项所述的高精度薄壁管件外圆加工装置，其特征在于：所述螺母(3)上设有扁面，所述螺母(3)外径大于定位套(2)内孔且小于定位套(2)外径。
6.一种高精度薄壁管件外圆加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将薄壁管件原材料进行热处理，热处理后薄壁管件两端孔口倒角60°作为中心孔；
S2、将薄壁管件装在定位芯轴上，同时将定位套装在定位芯轴上，通过螺母紧固，利用装置上的锥面和薄壁管件中心孔实现薄壁管件的装夹定位；
S3、车工采取顶住加工装置两端中心孔的方式，车薄壁管件外圆留磨0.1-0.15mm，顶住两端中心孔，机芯夹带动；
S4、精磨外圆至最终的尺寸和形位公差。
7.如权利要求6所述的高精度薄壁管件外圆加工方法，其特征在于：所述步骤S1中，将薄壁管件原材料进行热处理的温度设置为80-120℃。
8.如权利要求7所述的高精度薄壁管件外圆加工方法，其特征在于：热处理的温度设置105℃。
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