CN116252160A - 一种套筒类产品加工工装及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种套筒类产品加工工装及加工方法，包括：底座、芯轴、压盖三部分组成。3个部分零件材料均为黄铜，不会划伤产品。底座起工装芯轴部分的连接、支撑作用，同时也起连接产品的作用。底座上有三处安装孔，对应着与产品的三处定位孔配合，底座径向台阶圆和其中两处孔圆心连线平行，另一处孔装有定位销限制套筒沿轴向的旋转自由度。芯轴由台阶圆和两端螺纹组成，两端螺纹分别用于和工装底座、压盖连接，两端的台阶轴和套筒内孔紧配合，起支撑作用。中间段直径较小，可作为减重孔时排屑用。压盖通过螺母固定在最顶端，限制套筒沿轴向的自由度，开槽朝向套筒径向槽位置，避免加工时压盖与刀具的干涉。

Description

一种套筒类产品加工工装及加工方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种套筒类产品加工工装及加工方法。

背景技术

套筒是某型号火箭发动机上的关键零件，是舱体和推力室的连接件。其结构如图1所示，其材料为固溶态不锈钢1Cr18N19T1，现有加工流程为：粗车上下两端内外形、精车上下两端内外形、铣一端法兰并钻孔、铣另一端法兰并钻孔、铣径向6处减重孔、铣轴向槽，中间穿插钳工去毛刺工序。现有的加工流程有以下5项缺点：

1.材料为固溶态不锈钢，材料难加工，且材料去除量大，刀具磨损快。

2.分多道工序进行，加工周期长，重复装夹带来误差。

3.轴向槽大豁口加工后应力释放，零件发生变形。

4.材料去除余量大，加工后翻边毛刺大，难以去除。

5.铣上端法兰支耳时，下端圆柱厚度仅4mm，装夹困难。且上下法兰支耳上的安装孔需要对正，分头加工难以定位。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种套筒类产品加工工装及加工方法，利用一套工装一次装夹完成法兰支耳、安装孔、减重孔及轴向槽的加工。解决了重复定位误差大、准备时间长的问题。采用“以锯代铣”的切削方式进行轴向槽粗加工，解决了切削效率低、刀具磨损快的缺点；有效提高生产效率并确保产品质量，从而完成本发明。

本发明提供了的技术方案如下：

第一方面，

一种套筒类产品加工工装，套筒类产品包括：上法兰、下法兰和套筒部分；加工工装包括：底座、芯轴、压盖和螺母；

芯轴的底部固定连接底座；

套筒部分套装在芯轴的外部；

下法兰连接底座；

压盖套装在芯轴上，并和上法兰插接；

芯轴的端部螺纹连接螺母，从而固定套筒类产品和芯轴之间的轴向位置。

优选地，压盖加工有开口槽；开口槽的开口方向与套筒部分的轴向槽位置对应。

优选地，芯轴的底部加工有螺纹轴，芯轴通过螺纹轴连接固定连接底座。

优选地，芯轴上加工有环形向外的凸缘作为第一台阶和第二台阶；

第一台阶、第二台阶均与套筒部分内孔过盈配合。

优选地，第一台阶和第二台阶之间的圆柱端外径小于套筒部分内孔，作为铣加工减重孔时排屑用。

优选地，底座端面加工有多个安装孔，安装孔通过标准件连接下法兰上的定位孔。

优选地，其中一个安装孔装有定位销，用于限制套筒部分沿轴向的旋转自由度。

第二方面，

一种利用如第一方面所述的加工工装进行套筒类产品的加工方法，包括：

用三爪卡盘装夹底座；

在底座上安装芯轴；

将套筒部分套装在芯轴的外部，并将下法兰连接底座；

压盖套装在芯轴上，并和上法兰插接；使开口槽的开口方向与套筒部分的轴向槽位置对应；

安装螺母，从而固定套筒类产品和芯轴之间的轴向位置；

对上法兰和下法兰进行加工，翻转机床依次对套筒部分上的减重孔和轴向槽进行加工。

优选地，对轴向槽进行加工，具体为：

使用钻头在轴向槽末端预钻孔；

用立铣刀在预钻孔位置铣出方槽状豁口；

沿边界线1和边界线线2分别进刀进行锯切形成轴向槽，边界线1和边界线线2与方槽状豁口两边相连；

去除切削后中间材料，用立铣刀精加工轴向槽完成轴向槽的加工。

优选地，进行锯切时，采用逆铣方式使毛刺外翻。

与现有技术相比，本发明的优点主要体现在以下几个方面：

1)本发明设计专用工装，一次装夹完成不锈钢套筒产品法兰支耳、安装孔、减重孔及轴向槽的加工。工装可以限制零件轴向窜动和转动，装夹稳定可靠。工装具有找正功能，保证上下法兰安装孔位置度。

2)本发明充分利用五轴机床功能，以前三道工序内容合并为一道工序加工，防止重复装夹、找正带来的误差，且降低了准备时间和周转时间，提高生产效率。

3)本发明独创了在产品轴向槽根部预钻孔，再加工13x13XR3方槽，采用“以锯代铣”的切削方式进行轴向槽粗加工，类似线切割的加工方式，较小的切削力有效防止产品变形。避免传统的分层切削效率低、刀具磨损快的缺点，提升加工效率。

4)本发明针对1Cr18Ni9Ti固溶材料薄壁件的加工，本方法已在试样阶段一批产品的加工中进行应用，加工后零件尺寸、形位公差均符合设计要求。控制产品变形量在0.08mm范围内，取代了传统的分层铣削方式，刀具磨损更换数量由6件/把，节省到50件/把。减少劳动强度，加工效率提升4倍以上。此方法已固化到工艺规程，为加工类似产品提供借鉴。

附图说明

图1为套同类产品结构示意图；

图2为芯轴示意图；

图3为底座示意图；

图4为压盖示意图；

图5为本发明装配图；

图6为底座示意图；

图7为底座剖视图；

图8为产品需加工的部位示意图；

图9为锯片铣刀示意图；

图10为轴向槽的示意图；

图11为本发明装配示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种套筒类产品的加工工装及加工方法，根据套筒类产品的结构特点设计加工工装，如图11所示，该加工工装包括：底座、芯轴、压盖三部分组成。3个部分零件材料均为黄铜，不会划伤产品。底座起工装芯轴部分的连接、支撑作用，同时也起连接产品的作用。底座上有三处安装孔，对应着与产品的三处定位孔配合，底座径向台阶圆和其中两处孔圆心连线平行，另一处孔装有定位销限制套筒沿轴向的旋转自由度。芯轴由台阶圆和两端螺纹组成，两端螺纹分别用于和工装底座、压盖连接，两端的台阶轴和套筒内孔紧配合，起支撑作用。中间段直径较小，可作为减重孔时排屑用。压盖通过螺母固定在最顶端，限制套筒沿轴向的自由度，开槽朝向套筒径向槽位置，避免加工时压盖与刀具的干涉。

使用时先用三爪卡盘装夹工装底座，再安装工装芯轴部分，接着将套筒产品穿过芯轴，定位产品法兰支耳上的三处孔于底座上，最后安装压盖紧固。安装好后找正工装底座径向台阶圆即可加工。

具体的，套筒产品如图1所示由上法兰14-1、下法兰14-2、套筒部分15、减重孔16和轴向槽17。本发明一种套筒类产品加工工装，如图5所示加工工装包括：底座1、芯轴2、压盖3和螺母4。

所述底座1如图6所示为台阶圆回转体结构，轴心位置加工有螺纹孔18，底座1大端的圆盘上有三处安装孔，第一安装孔19、第二安装孔20、第三安装孔21，对应着与产品的三处定位孔配合，如图7所示底座1轴线B和第一安装孔19的轴线A、平行同时与第二安装孔20、第三安装孔21的轴线平行，第三安装孔21装有定位销限制套筒沿轴向的旋转自由度。

所述芯轴如图2所示由两端台阶圆和外螺纹组成，第一外螺纹22、第二外螺纹23，两端螺纹分别用于和底座1、压盖3连接，两端的台阶圆如图2所示第一台阶24、第二台阶25和套筒部分15内孔过盈配合，起支撑作用。第一台阶24、第二台阶25之间的直径小于套筒部分15内孔的孔径，可作为铣加工减重孔时排屑用。

所述压盖3如图4所示是一个盘类结构，上面有一处开口槽28，如图5所示通过螺母4与芯轴2配合将压盖3固定在产品最顶端，压盖3的小端部分29朝着产品方向安装与产品内孔间隙配合，限制套筒部分15沿轴向的自由度，开口槽28的开口方向朝向套筒部分15轴向槽17位置，避免加工时压盖与刀具的干涉。

所述底座1上大端圆盘的半径不小于产品上法兰14-1半径。

一种套筒产品的加工方法，安装找正工装底座小平面(如图3所示)，最后安装压盖紧固件即可加工。先车加工回转体套筒本体，再进行铣加工如图1所示的上法兰14-1、下法兰14-2、减重孔16，以及轴向槽17。具体包括以下步骤：

步骤1，用三爪卡盘装夹底座1，底座1大端圆盘面朝上；

步骤2，在底座1上通过第一外螺纹22安装芯轴2；

步骤3，将下法兰14-2对着底座1大端圆盘部分穿过芯轴2，产品下法兰14-2上的三处孔分别与底座1的三处安装孔一一对应，找出与第三安装孔21对应的下法兰14-2底端面上的定位孔并安装定位销；因产品上、下两端已用工装固定，限制了其5个自由度，所以只用一个定位销再限制其产品绕工装轴向转动即可。

步骤4，安装压盖3，压盖3的小端部分29朝着产品方向，开槽28朝向轴向槽17位置。安装螺母4，将压盖3紧固在产品上。

加工过程，在米克朗五轴加工中心UCP800设备上进行加工。先对产品上法兰14-1、下法兰14-2进行加工，随后翻转机床A轴机床工作台“摇篮”部分并旋转C轴，依次对图1所示减重孔16及其他五处减重孔16和轴向槽17进行加工。

其中轴向槽17的加工中如图8、10所示，先使用钻头在轴向槽17末端预钻孔

随后用立铣刀在预钻孔位置铣出13×13、4-R3方槽状豁口。以便于后续用锯片铣刀如图9所示，采用“以锯代铣”的方式沿图10中边界线1、线2分别进刀进行锯切，与13×13方形槽上边线的左右两边R3相接。因材料为不锈钢，塑性较好，锯切后在13×13方形槽上边线的两个R3处仍然留有一定的残余金属未完全切断，所以需要用手工操作去除切削后中间材料，比如用钳子夹住应该去除的多余部分将未完全切断的部分拽掉。锯片铣刀加工时采用逆铣方式使毛刺外翻，减小去除毛刺的难度。最后用立铣刀精加工轴向槽17。

“以锯代铣”为本发明的技术独创，因为锯片铣刀一般是用来切断棒料或者加工槽类形状的零件，本加工方法借用线切割的形式，进行线条式进刀路线切割产品，去除多余量，此方法的优点在于减小去除不锈钢材料毛刺的难度，切割时能减少刀具磨损程度，切削力较小，取代了传统的分层铣削方式减少劳动强度。

本发明改进为类似套筒类零件的高效、高质量加工提供了参考思路，可在类似产品的生产中进行推广。本发明成果应用前后单件产品加工数据如下：

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种套筒类产品加工工装，套筒类产品包括：上法兰(14-1)、下法兰(14-2)和套筒部分(15)；其特征在于，加工工装包括：底座(1)、芯轴(2)、压盖(3)和螺母(4)；

芯轴(2)的底部固定连接底座(1)；

套筒部分(15)套装在芯轴(2)的外部；

下法兰(14-2)连接底座(1)；

压盖(3)套装在芯轴(2)上，并和上法兰(14-1)插接；

芯轴(2)的端部螺纹连接螺母(4)，从而固定套筒类产品和芯轴(2)之间的轴向位置。

2.根据权利要求1所述的一种套筒类产品加工工装，其特征在于，压盖(3)加工有开口槽(28)；开口槽(28)的开口方向与套筒部分(15)的轴向槽(17)位置对应。

3.根据权利要求1所述的一种套筒类产品加工工装，其特征在于，芯轴(2)的底部加工有螺纹轴，芯轴(2)通过螺纹轴连接固定连接底座(1)。

4.根据权利要求1所述的一种套筒类产品加工工装，其特征在于，芯轴(2)上加工有环形向外的凸缘作为第一台阶(24)和第二台阶(25)；

第一台阶(24)、第二台阶(25)均与套筒部分(15)内孔过盈配合。

5.根据权利要求4所述的一种套筒类产品加工工装，其特征在于，第一台阶(24)和第二台阶(25)之间的圆柱端外径小于套筒部分(15)内孔，作为铣加工减重孔(16)时排屑用。

6.根据权利要求1所述的一种套筒类产品加工工装，其特征在于，底座(1)端面加工有多个安装孔，安装孔通过标准件连接下法兰(14-2)上的定位孔。

7.根据权利要求6所述的一种套筒类产品加工工装，其特征在于，其中一个安装孔装有定位销，用于限制套筒部分(15)沿轴向的旋转自由度。

8.一种利用如权利要求1～7任意之一所述的加工工装进行套筒类产品的加工方法，其特征在于，包括：

用三爪卡盘装夹底座(1)；

在底座(1)上安装芯轴(2)；

将套筒部分(15)套装在芯轴(2)的外部，并将下法兰(14-2)连接底座(1)；

压盖(3)套装在芯轴(2)上，并和上法兰(14-1)插接；使开口槽(28)的开口方向与套筒部分(15)的轴向槽(17)位置对应；

安装螺母(4)，从而固定套筒类产品和芯轴(2)之间的轴向位置；

对上法兰(14-1)和下法兰(14-2)进行加工，翻转机床依次对套筒部分(15)上的减重孔(16)和轴向槽(17)进行加工。

9.根据权利要求8所述的一种进行套筒类产品的加工方法，其特征在于，对轴向槽(17)进行加工，具体为：

使用钻头在轴向槽(17)末端预钻孔；

用立铣刀在预钻孔位置铣出方槽状豁口；

沿边界线1和边界线线2分别进刀进行锯切形成轴向槽(17)，边界线1和边界线线2与方槽状豁口两边相连；

去除切削后中间材料，用立铣刀精加工轴向槽(17)完成轴向槽(17)的加工。

10.根据权利要求9所述的一种进行套筒类产品的加工方法，其特征在于，进行锯切时，采用逆铣方式使毛刺外翻。

Images