CN104924137B - 用于薄壁环柱形零件精加工的夹具组件及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于薄壁环柱形零件精加工的夹具组件，所述薄壁环柱形零件的外径为内径的1.05～1.25倍，且其轴向高度小于其外径；所述夹具组件包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具用于夹持所述零件的轴向两端且用于对零件的外圆面进行精度加工，第一夹具夹装位置的外圆不与零件的内圆接触，所述第二夹具用于夹持所述零件的外圆面且用于对零件的内圆面进行精度加工。本发明还相应提供一种薄壁环柱形零件的加工方法。使用本发明提供的夹具和方法可显著提高薄壁环柱形零件精车后的圆度和同轴度精度。

Description

用于薄壁环柱形零件精加工的夹具组件及加工方法

技术领域

本发明涉及提高零件精度的机械加工技术领域，特别涉及一种用于薄壁环柱形零件精加工的夹具组件及加工方法。

背景技术

在重型卡车的驱动桥中，有很多车型都有轮边减速机构，目前的轮边减速机构中少不了内齿圈齿轮零件。该零件齿坯的结构为薄壁环柱形零件，加工过程中，其内外圆度和同轴度精度非常难保证，采用常规的工艺方法如刚性的点接触法无法达到产品图的要求。因此发明一种新的夹具组件和加工方法，提高薄壁环柱形零件的机械加工精度，是做出高端(齿坯)产品的基础，将有很好的应用前景。

专利CN201120135767.7提出一种薄壁套类零件防止圆度变形的夹具，包括前端部分和后端部分，前端部分包括工装联接盘、定位盘、定位心轴，后端部分包括上压盖、主轴、顶尖套、轴承限位盘、轴承间隔套、轴承。所述主轴前端为上压盖，所述轴承有两个，分别为轴承I和轴承II，设置在主轴上。通过使用该实用新型，在车外圆工序中防止薄壁套类零件产生圆度变形，保证了薄壁套类零件加工时内孔和外圆的尺寸及圆度要求、内外圆之间的同轴度要求、孔轴线与端面的垂直度要求，该实用新型结构简单，方便使用。

该夹具的使用方法为：1、将前端部分的工装联接盘通过卡盘联接在车床上，依次安装定位盘与定位心轴。2、将后端部分的上压盖、主轴、顶尖套、轴承限位盘、轴承间隔套、轴承安装在车床后尾座上；3、将被加工的薄壁套类零件放在定位心轴上，车床后尾座驱动后端部分中的上压盖将零件压紧；4、将零件压紧后，车床对零件进行车外圆加工，从而保证零件外圆圆度要求。

虽然该类夹具中已经考虑到在零件的轴向两端对零件施加压力以加工零件的外圆面，但该方案中将薄壁套类零件套在其定位心轴3上，薄壁套类零件与定位心轴3之间不可避免地产生径向的相互作用力。此外，该方案中并不涉及零件内圆面的加工，也即该方案中并不涉及对内圆精度误差进行改进。

另有专利CN201020202347.1公开一种薄壁圆筒零件加工夹具，旨在克服现有技术薄壁圆筒加工夹具结构复杂的不足，提供一种结构简单、精度高，装夹薄壁圆筒零件夹持力特别均衡的夹具，要义是，夹具由设有靠肩的芯轴构成，靠肩的外径小于薄壁圆筒零件的外径，芯轴的外径与薄壁圆筒零件的内孔直径按0～0.02mm过盈配合精度配置，芯轴外周至少设有一道凹槽，所述靠肩上沿周向设有至少两处均布的间隔槽；所述芯轴用硬度低于工件材料硬度的材料制成。该实用新型夹具结构简单、精度高，制作容易；用于装夹薄壁圆筒零件夹持力特别均衡，零件加工后变形特别小，经检测同轴度偏差小于0.02mm，圆度以及圆柱度均小于0.025mm；受检零件的形状误差都符合设计要求。

其中，具体操作方法是：1.采用普通车床进行加工，薄壁圆筒零件的外径留有切削余量；2.先加工薄壁圆筒零件内孔，然后按0～0.02mm过盈配合精度配车芯轴，芯轴后端设有靠肩；3.均分铣切靠肩的间隔槽；4.将薄壁圆筒零件压装于芯轴上，最后车削薄壁圆筒零件外圆。

但该方案中更是指明芯轴的外径与薄壁圆筒零件的内孔直径按0～0.02mm过盈配合精度配置，也即二者间的配合为一种紧配合，且在方法中显示零件外圆加工时薄壁圆筒零件是压装于芯轴上。另外，该零件的加工方法为先加工零件的内圆、再加工零件外圆的加工方式，且该方案中并未涉及采用何种方法保证内圆的加工精度。

因此，本领域还需要一种用于薄壁环柱形零件精加工的夹具组件及加工方法，使得零件的内、外圆圆度及其同轴度均能确保一个最小的精度误差。

发明内容

因此本发明的目的是提高薄壁环柱形零件的圆度和同轴度精度，提升薄壁环柱形零件(如齿圈坯)的制造水平。

因此，本发明首先提供一种用于薄壁环柱形零件精加工的夹具组件，所述薄壁环柱形零件的外径为内径的1.05～1.25倍，且其轴向高度小于其外径；所述夹具组件包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具用于夹持所述零件的轴向两端且用于对零件的外圆面进行精度加工，第一夹具夹装位置的外圆不与零件的内圆接触，所述第二夹具用于夹持所述零件的外圆面且用于对零件的内圆面进行精度加工。

本发明中，所述薄壁环柱形零件也可称为薄壁圆筒零件或薄壁套类零件，本发明中的薄壁环柱形零件在精加工前已经经过初加工，因而其已经具备一定的圆度和同轴度，尤其是其轴向两端面的平行度已经加工至适宜精度，例如≤0.2mm，更优选≤0.1mm。

在一种具体的实施方式中，所述第一夹具包括夹具本体、将夹具本体连接在数控车床主轴的法兰盘上的螺栓、对零件进行精度加工时位于夹具本体自由端端部外侧的压板、以及用于将所述压板压紧和松开的拉杆；所述夹具本体的自由端的外径小于所述零件的内径，且二者差值d≥0.05mm；所述拉杆通过连接在机床上的油缸中活塞杆的伸缩而轴向运动使得压板松开或压紧零件的一端，所述压板上含有宽度大于所述拉杆外径的、在压板内和压板外周间相通的缺口用于所述压板的取放。

本发明提供一种结构简单的第一夹具，第一夹具中使用连接在机床上的油缸驱动拉杆轴向运动，配合特定结构的压板的设计，使得零件的装卸非常轻松。本发明中确保夹具本体的自由端的外径小于所述零件的内径，且二者差值d≥0.05mm，使得零件能轻松装入第一夹具的自由端且不会产生明显的晃动。所述缺口例如为弧形通槽。本发明中，使用所述夹具夹持零件后，可以对零件进行车削和磨削等工序，首先使得薄壁环柱形零件的外圆圆度的精度得到大幅提高。优选地，所述d＝d1+d2，且所述d1为零件内圆面的精度误差值，所述d2为再留存的余量间隙，且d2为0.05～0.20mm。如此设计可确保第一夹具相应的精度加工过程中夹具本体不会对零件施加任何径向上的作用力，进而确保外圆圆度的精度。进一步优选地，所述d2为0.10～0.20mm。

在一种具体的实施方式中，所述第二夹具包括沿所述零件外周向均匀设置的三个宽软卡爪，且所述宽软卡爪含有与所述零件外圆面匹配的内凹弧面。

本发明中，所述宽软卡爪的“宽”的意思是其内凹弧面上与零件外圆匹配的圆弧线的长度较长，使得所述三个宽软卡爪对零件的外圆面呈半包裹至全包裹状态，所述宽软卡爪的“软”的意思是指第二夹具使用的材料为相对的软质材料，使得能够在机床上将其内凹弧面进行精确的加工。本发明中，通过第二夹具和第一夹具的组合设计，不仅使得薄壁环柱形零件的外圆圆度的精度得到大幅提高，且其内圆圆度的精度大幅提高，同时零件的同轴度的精度大幅提高。

优选地，所述宽软卡爪的内凹弧面上与零件外圆匹配的圆弧线的长度的三倍为所述零件外圆周长的75％～90％。

在一种具体的实施方式中，所述宽软卡爪中内凹弧面部分沿轴向的高度为所述零件轴向高度的60％～80％。

在一种具体的实施方式中，所述宽软卡爪的内凹弧面的直径比已经经过第一夹具进行加工的零件外圆直径大0～0.02mm。

本发明还提供一种薄壁环柱形零件精加工的加工方法，包括先后使用如上所述的第一夹具和第二夹具加工。

在一种具体的实施方式中，对所述薄壁环柱形零件进行精加工之前，所述薄壁环柱形零件的轴向两端面的平行度误差≤0.1mm。

在一种具体的实施方式中，所述薄壁环柱形零件进行精加工之后的零件外圆圆度误差≤0.05mm，同轴度误差≤0.07mm，优选零件外圆圆度误差≤0.02mm，同轴度误差≤0.035mm。

附图说明

图1为第一夹具结构示意图及其与零件的配合精加工示意图，

图2为第二夹具结构示意图及其与零件的配合精加工示意图，

其中，01-薄壁环柱形零件，1-夹具本体，11-夹具本体自由端，2-螺栓，3-压板，31-缺口，4-拉杆，5-宽软卡爪。

具体实施方式

本发明通过以下实施例进行详细说明，但本发明并不仅限于下述实施例。本发明可用于薄壁环柱形零件的车削和磨削等精加工过程，以下实施例中以车削工序为例来说明本发明。

本发明首先提供一种用于薄壁环柱形零件精加工的夹具组件，包括第一夹具和第二夹具。所述第一夹具包括夹具本体1、将夹具本体连接在数控车床主轴的法兰盘上的螺栓2、对零件进行精度加工时位于夹具本体自由端11端部外侧的压板3、以及用于将所述压板压紧和松开的拉杆4；所述夹具本体的自由端的外径小于所述零件的内径，且二者差值d≥0.05mm；所述拉杆通过连接在机床上的油缸中活塞杆的伸缩而轴向运动使得压板松开或压紧零件的一端，所述压板上含有宽度大于所述拉杆外径的、在压板内和压板外周间相通的缺口31用于所述压板的取放。所述第二夹具包括沿所述零件外周向均匀设置的三个宽软卡爪5，且所述宽软卡爪含有与所述零件外圆面匹配的内凹弧面，所述宽软卡爪的内凹弧面上与零件外圆匹配的圆弧线的长度的三倍为所述零件外圆周长的75％～90％。

本发明中，零件坯料要求先经正火或调质处理，硬度156～230HB，单件零件硬度散差不大于8HB，金相达到国标4级。粗车工序必须保证零件两端面平行度误差不超过0.1mm。

精车分两次车削，在第一道精车(精车零件外圆)时，以零件端面和零件内孔定位，但只压紧零件的端面而不使零件产生任何径向力，第一道精车分两刀加工零件的外圆。见图1，第一道精车的关键点在于零件内孔与第一夹具外圆间必须留有间隙，间隙量以轻松装入又没有明显晃动为准。留有间隙的作用是保证零件在轴向夹紧过程中没有变形或变形量最小，在车削完成松开时零件变形就很小。另外，第一道精车过程中，零件外圆尺寸一定要一致(轴向上的零件外径保持一致)，它是第二道精车时夹持的基准。

在完成第一道精车后，启动油缸使得图1中的拉杆往右运动5mm，将所述压板沿其缺口的轨迹将其取出，再卸下所述零件。

见图2，在第二道精车(精车零件内孔)时，采用精度很好的液压自定心卡盘，三个连接在卡盘上的宽软卡爪，以零件轴向的一个端面和外圆定位，(三个卡爪同步径向运动)夹紧零件的外圆，分两刀加工零件的内孔。第二道精车中的关键点在于：1、先对宽软卡爪进行精车，使得宽软卡爪的内凹圆弧面半径和零件外圆半径保持一致性，二者半径的差值最优控制在0.01mm以内；2、宽软卡爪夹持零件时对零件的包裹量，圆周上共为75％～90％，轴向高度上以60％～80％为佳。零件精车后内孔圆度以及内孔与外圆的同轴度误差均非常小。

本领域技术人员理解地，在第一道精车和第二道精车过程中，所述夹具携带零件做圆周运动，而车刀在径向上固定，但轴向以一定的速度进给。

实施例1和对比例1

准备试验零件20件，材料牌号40Cr，经锻造后正火处理，硬度180～230HB，单件零件硬度散差8HB以内，金相达国标4级，粗车后零件尺寸为198.5mm×171.5mm×56mm(外径×内径×轴向高度)，粗车后两端面平行度误差小于0.08mm。

实验零件分2组各10件，分别采用常规工艺(对比例1)和本发明工艺(实施例1)，精车加工后尺寸均为(外径×内径×轴向高度)。其中，实施例1中采用本发明中上述第一夹具和第二夹具进行车削，而对比例1中采用常规的点接触法进行车削，即先用三爪卡盘中的三个卡爪均匀分布顶住零件内孔而对零件外圆面进行精加工，再用三爪卡盘中的三个卡爪均匀分布顶住零件外圆而对零件内圆面进行精加工。另外，实施例1和对比例1的切削参数相同，见表1，且表1中相应的数控车床为台湾丽伟杭州厂生产的型号为T-8的车床，而车削用的刀杆和刀片等刀具为株洲钻石公司提供。

表1

表2中列出了实施例1和对比例1中方法所得的零件的精度结果，表2中的数据是采用三坐标仪检测得到。

表2

从表2可见，以精加工后外径×内径×轴向高度为的零件为例，常规工艺加工的内、外圆度误差均在0.1mm以上，同轴度误差在0.08mm以上。而采用本发明工艺加工后，外圆圆度误差可控制在0.02mm以内，内孔相对外圆的同轴度误差可控制在0.035mm以内(且高精度的外圆圆度和高精度的同轴度就必然说明本发明提供的零件的内圆圆度也是高精度)。

本发明的关键思路在于改变了常规夹持零件的方法，采用更科学的零件夹持方法，减少了零件的夹持变形，本发明的改进不需投入过多的成本，即可收到很好的效果，本发明提供的方法和夹具使得薄壁环柱形零件的圆度和同轴度精度分别提高4级和提高2级左右。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.用于薄壁环柱形零件精加工的夹具组件，所述薄壁环柱形零件(01)的外径为内径的1.05～1.25倍，且其轴向高度小于其外径；对所述薄壁环柱形零件进行精加工之前，所述薄壁环柱形零件的轴向两端面的平行度误差≤0.2mm；所述夹具组件包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具用于夹持所述零件的轴向两端且用于对零件的外圆面进行精度加工，第一夹具夹装位置的外圆不与零件的内圆接触，所述第二夹具用于夹持所述零件的外圆面且用于对零件的内圆面进行精度加工；所述第一夹具包括夹具本体(1)、将夹具本体连接在数控车床主轴的法兰盘上的螺栓(2)、对零件进行精度加工时位于夹具本体自由端(11)端部外侧的压板(3)、以及用于将所述压板压紧和松开的拉杆(4)；所述夹具本体的自由端的外径小于所述零件的内径，且二者差值d≥0.05mm；所述d＝d1+d2，且所述d1为零件内圆面的精度误差值，所述d2为再留存的余量间隙，且d2为0.05～0.20mm。

2.根据权利要求1所述的夹具组件，其特征在于，所述拉杆通过连接在机床上的油缸中活塞杆的伸缩而轴向运动使得压板松开或压紧零件的一端，所述压板上含有宽度大于所述拉杆外径的、在压板内和压板外周间相通的缺口(31)用于所述压板的取放。

3.根据权利要求1所述的夹具组件，其特征在于，d2为0.10～0.20mm。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的夹具组件，其特征在于，所述第二夹具包括沿所述零件外周向均匀设置的三个宽软卡爪(5)，且所述宽软卡爪含有与所述零件外圆面匹配的内凹弧面。

5.根据权利要求4所述的夹具组件，其特征在于，所述宽软卡爪的内凹弧面上与零件外圆匹配的圆弧线的长度的三倍为所述零件外圆周长的75％～90％。

6.根据权利要求4所述的夹具组件，其特征在于，所述宽软卡爪中内凹弧面部分沿轴向的高度为所述零件轴向高度的60％～80％。

7.根据权利要求4所述的夹具组件，其特征在于，所述宽软卡爪的内凹弧面的直径比已经经过第一夹具进行加工的零件外圆直径大0～0.02mm。

8.一种薄壁环柱形零件精加工的加工方法，包括先后使用如权利要求1～7中任意一项所述的第一夹具和第二夹具加工。

9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，对所述薄壁环柱形零件进行精加工之前，所述薄壁环柱形零件的轴向两端面的平行度误差≤0.1mm。

10.根据权利要求8或9所述方法，其特征在于，所述薄壁环柱形零件进行精加工之后的零件外圆圆度误差≤0.02mm，同轴度误差≤0.035mm。