CN115007919B - 一种用于卡瓦支撑套的加工装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于卡瓦支撑套的加工装置，包括：芯轴，芯轴的表面设有定位台阶，芯轴的第一端构造成用于装夹在机床卡盘上的圆柱体形，芯轴的第二端设有沿轴向向外延伸的导向圆柱；圆盘形的快装挡板，快装挡板设有中心导向孔，快装挡板还设有多个沿周向延伸的弧形槽，弧形槽的周向两端分别构造成快装孔和紧固孔；以及用于紧固安装快装挡板的紧固件；其中，在芯轴的第二端端面上还设有能与弧形槽对应的紧固螺纹孔，待加工的卡瓦支撑套能够从第二端套设在芯轴上并抵靠定位台阶，快装挡板的中心导向孔能够与导向圆柱适配，紧固件能够穿过弧形槽而安装到紧固螺纹孔中，从而对卡瓦支撑套进行夹紧。本发明还提供一种用于卡瓦支撑套的加工方法。

Description

一种用于卡瓦支撑套的加工装置及加工方法

技术领域

本发明属于石油井下工具机械加工制造技术领域，具体涉及一种用于卡瓦支撑套的加工装置。本发明还涉及一种用于卡瓦支撑套的加工方法。

背景技术

随着科技的发展，数控机床尤其是四轴及五轴联动的车铣复合加工中心在机械加工中应用越来越广泛，特别是在加工具有斜面异性特征的零件时，应用更加广泛。斜面特征体具有一定倾角，在装夹时需考虑刀具干涉、质量难以控制等生产技术难题。在加工一些具有斜面特征体零件时必须有一套完善的加工工艺和合理的装夹装置，这样才能保证加工出合格的产品零件，提高零件加工精度。

卡瓦支撑套是固井工具悬挂器的关键零件之一，是一种带有平均分布6个75度斜面特征的零件，且工件长度为130mm。加工时，需要从端面开口一直向里铣削52mm，在长度为36mm处开始向内延伸一个75度斜面，并且根脚都是R3的倒角。卡瓦支撑套的斜面与卡瓦斜面装配时有一定的角度配合关系，其斜面部分在应用时起到承压向上滑动的作用。因此，为了使卡瓦支撑套能够满足应用要求，对卡瓦支撑套的加工精度的要求较高。

目前，卡瓦支撑套采用传统方法加工斜面特征件时，采用三爪卡盘固定住不加工端，铣削时刀轴与斜面一致，这导致加工时刀轴容易与卡盘及卡盘上的护板干涉。为解决该问题往往采用球头刀具，刀轴垂直工件，0.2mm小吃刀量斜线插补铣出75度斜面。然而这种采用球头刀具的加工方法加工出来的零件质量一般、效率低、刀具寿命低，且浪费严重。此外，现有的卡瓦支撑套加工方法装卸效率低下，拆卸困难，操作不便，且定位准确性差，装夹牢固性差。

发明内容

针对至少一些如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种用于卡瓦支撑套的加工装置，该加工装置在铣削加工时能够有效避免刀具与卡盘或护板干涉，能够有效提高待加工零件的定位准确性、装夹刚性好，提高装夹牢固性，非常有利于提高零件加工质量和提高装卸效率。

本发发明还提供一种用于卡瓦支撑套的加工方法。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于卡瓦支撑套的加工装置，包括：芯轴，所述芯轴的表面设有沿径向向外延伸的定位台阶，所述芯轴的第一端构造成用于装夹在机床的卡盘上的圆柱体形，所述芯轴的第二端设有沿轴向向外延伸的导向圆柱；圆盘形的快装挡板，所述快装挡板设有中心导向孔，所述快装挡板还设有多个沿周向延伸的弧形槽，所述弧形槽的周向两端分别构造成快装孔和紧固孔；以及用于紧固安装所述快装挡板的紧固件；其中，在所述芯轴的第二端端面上还设有能与所述弧形槽对应的紧固螺纹孔，待加工的卡瓦支撑套能够从第二端套设在所述芯轴上并抵靠所述定位台阶，所述快装挡板的中心导向孔能够与所述导向圆柱适配，所述紧固件能够穿过所述弧形槽而安装到所述紧固螺纹孔中，从而对所述卡瓦支撑套进行夹紧。

在一个实施例中，所述导向圆柱设置成沿所述芯轴的中心轴线延伸，且所述导向圆柱的直径小于所述芯轴的直径。

在一个实施例中，所述定位台阶构造成多个在周向上均布的径向凸起，在相邻的所述径向凸起之间设有沿轴向延伸的进退刀槽，所述进退刀槽延伸至所述芯轴的第二端端面。

在一个实施例中，所述进退刀槽的周向宽度设置成处于35-40mm的范围内。

在一个实施例中，多个所述弧形槽设置在以所述快装挡板的中心为圆心的同一个圆上，且所述多个所述弧形槽在周向上均匀分布。

在一个实施例中，所述弧形槽的夹角β设置成不小于20°。

在一个实施例中，所述紧固孔构造为沉头孔，所述快装孔的直径设置成大于所述紧固孔的直径，且所述弧形槽的槽宽设置成不小于所述紧固件的直径，安装过程中，所述紧固件先穿过所述快装孔安装到所述紧固螺纹孔中，通过转动所述快装挡板而使所述紧固件通过弧形槽进入所述紧固孔，进而通过拧紧所述紧固件而使所述快装挡板夹紧所述卡瓦支撑套。

在一个实施例中，在所述快装挡板的轴向外端面上设有用于转动所述快装挡板的手柄。

在一个实施例中，所述芯轴和所述快装挡板均采用圆钢制成。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于卡瓦支撑套的加工方法，包括以下步骤：

提供如上所述的用于卡瓦支撑套的加工装置；

将所述芯轴的第一端装夹在机床的卡盘上；

将待加工的卡瓦支撑套套装在所述芯轴上，并使所述卡瓦支撑套抵靠在所述定位台阶上而形成轴向定位；

安装所述快装挡板，将所述快装挡板的中心导向孔安装在所述导向圆柱上，并使所述弧形槽的快装孔与紧固螺纹孔对准，将所述紧固件穿过快装孔而安装到紧固螺纹孔中并初步拧紧；

转动所述快装挡板，使所述紧固件通过所述弧形槽而进入所述紧固孔，拧紧所述紧固件以使所述快装挡板夹紧所述卡瓦支撑套；

启动机床，对待加工的所述卡瓦支撑套进行加工处理。

与现有技术相比，本申请的优点之处在于：

使用根据本发明的用于卡瓦支撑套的加工装置，在铣削加工时能够有效避免刀具与卡盘或护板干涉，通过定位台阶和快装挡板能够有效提高待加工卡瓦支撑套的定位准确性和装夹刚性，提高装夹牢固性，保证待加工卡瓦支撑套的稳定性，非常有利于提高卡瓦支撑套的加工质量。并且，快装挡板装卸简单方便，非常有利于提高卡瓦支撑套的装卸效率，能快速实现对卡瓦支撑套的生产加工。该加工装置装卸简易，操作方便，加工时可以快速装卸工件，省时省力，能够显著提高加工效率和降低生产成本。此外，该加工装置还可以配合尾座顶尖使用，能够进一步提高装夹强度。加工装置通用性强，能够根据不同待加工零件的斜面特征体的不同状况，制定相应直径、角度、长度等参数不同的工装装置。根据本发明的用于卡瓦支撑套的加工方法操作简单方便，能够实现待加工零件的快速装卸，且定位准确，非常有利于增强产品加工质量和提高加工效率。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的用于卡瓦支撑套的加工装置处于装配状态下的结构。

图2显示了图1所示加工装置中的芯轴的结构。

图3显示了图1所示加工装置中的快装挡板的结构。

图4是图1所示加工装置中的快装挡板的正视图。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

在本申请中，需要说明的是，为了方便理解，本申请中使用的方向性用语或限定词“左”、“右”等均是针对所参照的附图2而言。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。

图1显示了根据本发明的用于卡瓦支撑套的加工装置100处于装配状态下的结构。如图1所示，加工装置100包括芯轴1、快装挡板2和紧固件3。芯轴1用于装夹到机床的卡盘上，待加工的零件套装在芯轴1上，快装挡板2通过紧固件3紧固安装在芯轴1的端部，用于对待加工的零件进行紧固安装和定位。加工装置100拆卸方便快捷，且对待加工的零件定位准确，非常有利于提高卡瓦支撑套4的加工质量和加工效率。待加工的零件可以为经过精车后的卡瓦支撑套4。当然也可以为待加工的零件为其他零部件。

图2显示了芯轴1的结构。如图2所示，芯轴1的第一端（图2中的左端）构造成圆柱体形，从而使芯轴1的第一端的外周表面形成为圆柱夹持部位，用于夹持到机床的三爪或四爪卡盘上。芯轴1的第二端（图2中的右端）也构造成圆柱体形，从而使芯轴1的第二端的外周表面形成为圆柱定位面，用于定位套装待加工的卡瓦支撑套4。

为了保证芯轴1具有良好的刚度性能，芯轴1例如可以采用圆钢材料或采用管材制成。

根据本发明，在芯轴1的外周表面设有定位台阶11。定位台阶11优选设置在靠近芯轴1的轴向中部的区域，用于对待加工的卡瓦支撑套4进行轴向定位。在一个实施例中，定位台阶11造成多个在周向上均布的径向凸起111。径向凸起111的周向宽度设置成不小于10mm。在安装待加工的卡瓦支撑套4时，使卡瓦支撑套4的端面与定位台阶11接触，从而实现对卡瓦支撑套4的轴向定位。

在一个实施例中，为了便于装夹芯轴1，芯轴1的第一端的圆柱夹持部的轴向长度设置成不小于80mm。芯轴1的第二端的圆柱定位面的外径设置成与精车后的卡瓦支撑套4的内孔的直径相同，且芯轴1的第二端端面至定位台阶11的右端面的距离设置成比待加工的卡瓦支撑套4的长度小。例如，芯轴1的第二端的圆柱定位面的轴向长度设置成比待加工的卡瓦支撑套4的长度小10mm。这样能够保证待加工的卡瓦支撑套4的定位精度和压紧间隙，从而有利于提高对待加工零件定位的准确性和零件加工质量。

根据本发明的一个实施例，在相邻的径向凸起111的周向之间设有沿轴向延伸的进退刀槽14，进退刀槽14延伸至芯轴1的第二端端面。进退刀槽14的周向宽度设置成处于35-40mm的范围内。进退刀槽14能够有效防止铣削加工时发生干涉。

如图2所示，在芯轴1的第二端端面设有沿轴向向外延伸的导向圆柱12，导向圆柱12设置成沿芯轴1的中心轴线延伸，并且导向圆柱12的直径小于芯轴1的直径。在一个实施例中，导向圆柱12周向延伸长度可以设置成50mm。导向圆柱12用于与快装挡板2配合，以实现对快装挡板2的定位。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，在芯轴1的第二端端面还设有多个紧固螺纹孔13，用于对应安装紧固件3以紧固安装快装挡板2。优选地，多个紧固螺纹孔13在芯轴1的第二端端面上沿周向均匀分布。紧固件3例如可以采用型号为M16的紧固螺栓，且紧固螺纹孔13设置成M16的螺纹孔。

如图3所示，快装挡板2构造为圆盘形。快装挡板2设有贯穿其的中心导向孔21，中心导向孔21的直径设置成与芯轴1的导向圆柱12的直径相等，中心导向孔21能够与芯轴1的导向圆柱12配合，从而实现对快装挡板2的定位。为了保证快装挡板2能够对待加工的卡瓦支撑套4形成有效的轴向限定，快装挡板2的外径设置成大于芯轴1的第二端的外径，并小于待加工的卡瓦支撑套4的外径。

为了保证快装挡板2具有良好的刚度性能，快装挡板2例如可以采用圆钢材料加工制成而成。快装挡板2的厚度设置成处于15-20mm的范围内。

根据本发明，如图3所示，快装挡板2还设有多个沿周向延伸的弧形槽22。弧形槽22的周向两端分别构造成快装孔221和紧固孔222。多个弧形槽22设置在以快装挡板2的中心为圆心的同一个圆上，并且多个弧形槽22在周向上均匀分布，这有效保证了快装挡板2能够顺利装配。弧形槽22的夹角β（见图4）设置成不小于20°。在图3所示实施例中，快装挡板2设有三个沿周向均布的弧形槽22。通过设置弧形槽22使得快装挡板2能够实现快速安装和快速拆卸。例如，在安装待加工的卡瓦支撑套4时，先将紧固件3穿过弧形槽22的快装孔221而安装到紧固螺纹孔13中，并通过转动快装挡板2使紧固件3进入紧固孔222，然后拧紧紧固件3，从而对待加工的卡瓦支撑套4进行夹紧。在拆卸时，只需要将紧固件3拧松，并旋转快装挡板2使紧固件3进入快装孔221，然后依次将快装挡板2和内嵌卡瓦支撑套4卸下，这非常有利于提高卡瓦支撑套4的拆装效率。

根据本发明的一个实施例，紧固孔222构造为沉头孔。快装孔221的直径设置成大于紧固孔222的直径，并且弧形槽22的槽宽设置成不小于紧固件3的直径。优选地，沉头孔深设置为1mm，用于快装挡板2的定位与夹紧。快装孔221的直径设置为26mm。弧形槽22的槽宽设置为16mm。这样能够保证快装挡板2在装配时能够使紧固件3顺利从快装孔221转动至紧固孔222。

在安装过程中，紧固件3先穿过快装孔221并安装到紧固螺纹孔13中，通过转动快装挡板2而使紧固件3通过弧形槽22进入紧固孔222，进而通过拧紧紧固件3而使快装挡板2夹紧待加工的卡瓦支撑套4。由此，待加工的卡瓦支撑套4的一端抵靠定位台阶11，另一端在紧固件3的紧固作用下与快装挡板2紧靠，从而对待加工的卡瓦支撑套4形成定位。

为了方便转动快装挡板2，如图3所示，在快装挡板2的轴向外端面上设有用于转动快装挡板2的手柄23。手柄23例如可以设置有2个，且径向对称分布。手柄23优选设置在弧形槽22的周向之间。手柄23非常有利于用于装卸快装挡板2，使得根据本发明的加工装置100装卸简易，操作方便。

本发明还提供了一种用于卡瓦支撑套的加工方法，下面具体介绍该加工方法。

首先，提供根据本发明的用于卡瓦支撑套的加工装置100。

之后，将芯轴1的第一端的圆柱夹持部位装夹在机床的三爪或四爪卡盘（未示出）上，从而使机床卡盘对芯轴1形成固定装夹。

芯轴1装夹完成后，将待加工的卡瓦支撑套4从芯轴1的第二端套装在芯轴1上，并使卡瓦支撑套4的左端面抵靠在定位台阶11上而形成轴向定位。

之后，安装快装挡板2，使快装挡板2的中心导向孔21适配套装在芯轴1的第二端的导向圆柱12上，而对快装挡板2形成定位。然后，使弧形槽22的快装孔221与紧固螺纹孔13对准，将紧固件3穿过快装孔221而安装到紧固螺纹孔13中，并保持不完全拧紧而形成初步拧紧。

之后，通过手柄23转动快装挡板2，使紧固件3通过弧形槽22而从快装孔221进入紧固孔222，进而拧紧紧固件3以将快装挡板2紧固安装在芯轴1的第二端，从而使快装挡板2夹紧待加工的卡瓦支撑套4。由此，通过快装挡板2和定位台阶11实现对待加工的卡瓦支撑套4的定位与夹紧。

完成待加工的卡瓦支撑套4的定位安装后，启动机床，对待加工的卡瓦支撑套4进行加工处理。

加工完毕后，将紧固件3拧松，并旋转快装挡板2使得紧固件3进入快装孔221内，进而可将快装挡板2和加工完成的卡瓦支撑套4依次卸下，从而达到快速装卸工件的目的。由此，完成卡瓦支撑套4的加工处理。

使用根据本发明的用于卡瓦支撑套的加工装置100，在铣削加工时能够有效避免刀具与卡盘或护板干涉，通过定位台阶和快装挡板2能够有效提高待加工卡瓦支撑套的定位准确性和装夹刚性，提高装夹牢固性，保证待加工卡瓦支撑套的稳定性，非常有利于提高卡瓦支撑套的加工质量。并且，快装挡板2装卸简单方便，非常有利于提高卡瓦支撑套的装卸效率，能快速实现对卡瓦支撑套的生产加工。该加工装置100装卸简易，操作方便，加工时可以快速装卸工件，省时省力，能够显著提高加工效率和降低生产成本。此外，该加工装置100还可以配合尾座顶尖使用，能够进一步提高装夹强度。加工装置100通用性强，能够根据不同待加工零件的斜面特征体的不同状况，制定相应直径、角度、长度等参数不同的工装装置。根据本发明的用于卡瓦支撑套的加工方法操作简单方便，能够实现待加工零件的快速装卸，且定位准确，非常有利于增强产品加工质量和提高加工效率。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于卡瓦支撑套的加工装置，包括：

芯轴（1），所述芯轴的表面设有沿径向向外延伸的定位台阶（11），所述芯轴的第一端构造成用于装夹在机床的卡盘上的圆柱体形，所述芯轴的第二端设有沿轴向向外延伸的导向圆柱（12）；所述定位台阶构造成多个在周向上均布的径向凸起（111），在相邻的所述径向凸起之间设有沿轴向延伸的进退刀槽（14），所述进退刀槽延伸至所述芯轴的第二端端面；

圆盘形的快装挡板（2），所述快装挡板设有中心导向孔（21），所述快装挡板还设有多个沿周向延伸的弧形槽（22），所述弧形槽的周向两端分别构造成快装孔（221）和紧固孔（222）；以及

用于紧固安装所述快装挡板的紧固件（3）；

其中，在所述芯轴的第二端端面上还设有能与所述弧形槽对应的紧固螺纹孔（13），待加工的卡瓦支撑套（4）能够从第二端套设在所述芯轴上并抵靠所述定位台阶，所述快装挡板的中心导向孔能够与所述导向圆柱适配，所述紧固件能够穿过所述弧形槽而安装到所述紧固螺纹孔中，从而对所述卡瓦支撑套进行夹紧；

多个所述弧形槽设置在以所述快装挡板的中心为圆心的同一个圆上，且所述多个所述弧形槽在周向上均匀分布；所述弧形槽的夹角β设置成不小于20°；

所述紧固孔构造为沉头孔，所述快装孔的直径设置成大于所述紧固孔的直径，且所述弧形槽的槽宽设置成不小于所述紧固件的直径，

安装过程中，所述紧固件先穿过所述快装孔安装到所述紧固螺纹孔中，通过转动所述快装挡板而使所述紧固件通过弧形槽进入所述紧固孔，进而通过拧紧所述紧固件而使所述快装挡板夹紧所述卡瓦支撑套；

在所述快装挡板的轴向外端面上设有用于转动所述快装挡板的手柄（23）。

2.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述导向圆柱设置成沿所述芯轴的中心轴线延伸，且所述导向圆柱的直径小于所述芯轴的直径。

3.根据权利要求2所述的加工装置，其特征在于，所述进退刀槽的周向宽度设置成处于35-40mm的范围内。

4.根据权利要求3所述的加工装置，其特征在于，所述芯轴和所述快装挡板均采用圆钢制成。

5.一种用于卡瓦支撑套的加工方法，包括以下步骤：

提供根据权利要求1到4中任一项所述的用于卡瓦支撑套的加工装置；

将所述芯轴的第一端装夹在机床的卡盘上；

将待加工的卡瓦支撑套套装在所述芯轴上，并使所述卡瓦支撑套抵靠在所述定位台阶上而形成轴向定位；

安装所述快装挡板，将所述快装挡板的中心导向孔安装在所述导向圆柱上，并使所述弧形槽的快装孔与紧固螺纹孔对准，将所述紧固件穿过快装孔而安装到紧固螺纹孔中并初步拧紧；

转动所述快装挡板，使所述紧固件通过所述弧形槽而进入所述紧固孔，拧紧所述紧固件以使所述快装挡板夹紧所述卡瓦支撑套；

启动机床，对待加工的所述卡瓦支撑套进行加工处理。