CN106312573B - 一种倒内锥孔加工装置以及加工检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倒内锥孔加工装置及其加工检测方法，其包括组合夹具、定制刀具、研磨锥棒、定制量具、检验锥棒，组合夹具包括压板、拉杆、螺母、配重块、V型定位块、支撑块、圆形基础板，拉杆和V型定位块固定在圆形基础板，V型定位块用于夹持固定工件，拉杆和压板具有多个，压板上具有开孔，以穿插在拉杆上，压板用于压紧配重块、工件以及支撑块，螺母螺接在拉杆上以用于压紧压板，定制刀具用于镗孔，研磨锥棒锥面上均匀涂抹研磨膏，用于研磨倒内锥孔，定制量具用于测量倒内锥孔，检验锥棒用于检测倒内锥孔。本发明还提供了倒内锥孔加工的方法。本发明解决了倒内锥孔加工尺寸精度难于保证、表面粗糙、产品合格率低、成本高的问题。

Description

一种倒内锥孔加工装置以及加工检测方法

技术领域

本发明属于孔的机械加工及检测领域，具体涉及一种高精度倒内锥孔的机械加工及检测方法。

背景技术

锥孔因具有较好的定位及配合精度，通常在一些特殊零件中采用。但是，对于锥孔尤其是倒内锥孔在机械加工中一直存在技术难度，例如，一种位于管侧壁的小孔径、尺寸精度要求较高的倒内锥孔，因受加工空间限制，常用的加工工艺方法、加工刀具、检测量具无法满足锥孔加工要求，使得零件加工尺寸精度差，产品合格率低。

现有的一种倒内锥孔的加工方法为：制作成型铣刀，用铣床进行仿形铣加工。这种加工方法存在下述问题：1)对于小孔径，因刀具细长，刀具强度较差，刀具损耗较快，刀具成本高；2)在加工过程中不便于进行尺寸检测；3)加工锥孔尺寸精度差、表面粗糙度低。倒内锥孔另一种加工方法为：制作电火花电极，用电火花设备进行电腐蚀加工。这种加工方法存在下述问题：1)电火花加工效率低下；2)在加工过程中不便于进行尺寸检测；3)电火花电极损耗快，加工尺寸精度难于控制，表面粗糙度低。

因此，需要开发一种新型的内锥孔加工方法，要求其加工效率高、加工尺寸精度高、粗糙度低、加工成本低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种倒内锥孔加工装置和加工检测方法，设计定制刀具、组合夹具、研磨锥棒、定制量具以及检验锥棒，解决倒内锥孔这种特殊结构形式的锥孔零件加工尺寸精度难于保证，表面粗糙，产品合格率低，成本高的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种倒内锥孔加工装置，其包括组合夹具、定制刀具、研磨锥棒、定制量具、检验锥棒，其中，

所述组合夹具包括压板、拉杆、螺母、配重块、V型定位块、支撑块、圆形基础板，所述拉杆和所述V型定位块固定在圆形基础板，所述V型定位块用于夹持固定工件，

所述拉杆具有多个，压板也具有多个，所述压板上具有开孔，以穿插在所述拉杆上，所述压板用于压紧所述配重块、所述工件以及所述支撑块，

所述螺母螺接在所述拉杆上以用于螺旋固定在拉杆上时压紧固定所述压板，进而实现压紧固定所述配重块、所述工件以及所述支撑块，

所述配重块和所述支撑块位置可调，以根据需要灵活调整位置，所述配重块用于调整组合夹具固定工件后整体的质心，所述支撑块用于装夹工件时起到支撑作用，

所述定制刀具用于镗孔，

所述研磨锥棒用于装入所述定制刀具镗加工获得的倒内锥孔中，所述研磨锥棒锥面上均匀涂抹研磨膏，以用于旋转研磨倒内锥孔内壁，

定制量具用于测量所述倒内锥孔，

检验锥棒用于检测所述倒内锥孔，以判断其是否符合要求。

进一步的，所述定制刀具为倒钩形，其刀头为钩状，其刀体为圆杆状，其中圆杆状的刀体又分为横截面较大的大圆杆段和横截面较小的小圆杆段，

定制刀具利用使用过废旧整体硬质合金立铣刀通过工具磨加工而成，其参数为包括：

前角γ₀：15°≤γ₀≤20°；

后角a₀：14°≤a₀≤18°；

刀尖圆弧半径：0.15mm≤r_e≤0.25mm。

进一步的，所述研磨锥棒为倒锥形，为材质为球磨铸铁。

进一步的，所述定制量具采用标准卡尺改制，将卡口根部切成凹槽状，以能在检测倒内锥孔小端直径时让位，避免发生干涉现象，从而能好对倒内锥孔小端直径进行检测。

进一步的，所述检验锥棒为正锥形，检验锥棒材质为合金工具钢，其表面经过淬火处理。

按照本发明的另一个方面，还提供一种采用如上装置进行倒内锥孔加工检测的方法，其包括如下步骤，

S1：制备定制刀具，所述定制刀具利用废旧硬质合金铣刀进行改制，定制刀具参数包括：

前角γ₀：15°≤γ₀≤20°；

后角a₀：14°≤a₀≤18°；

刀尖圆弧半径r_e：0.15mm≤r_e≤0.25mm，

S2：采用组合夹具装夹工件，并通过配重块调配好动平衡，在数控车床进行倒内锥孔加工，

S3：数控车床三爪夹紧组合夹具的圆形基础板的外圆板，数控编程镗加工倒内锥孔，切削加工参数为：

切削速度v：50m/min≤v≤60m/min

切削深度a_p：0.2mm≤a_p≤0.3mm

进给量f：0.05mm/r≤f≤0.1mm/r，

S4：采用定制量具测量所述倒内锥孔，

S5：在研磨锥棒锥面上均匀涂抹研磨膏，将研磨锥棒装入工件倒内锥孔内，钻床钻夹头夹紧研磨锥棒直柄，调整好工件方位并固定，钻床主轴旋转速度设定为50r/min～60r/min，对工件倒内锥孔进行精密研磨，

S6：在检验锥棒圆锥母线方向涂上多条厚度为0.1μm～0.3μm的着色粉，再与研磨后倒内锥孔锥面紧密接触，手握检验锥棒手柄，转动20°～ 30°后取下，若检验锥棒着色均匀说明倒内锥孔锥度合格。

进一步的，步骤S6中，在检验锥棒圆锥母线方向涂覆三条厚度为0.1 μm～0.3μm的红丹粉，以进行锥度检测。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明的组合夹具采用圆形基础板，结合V型定位块及压板、拉杆、螺母将工件固紧，制作定制刀具，利用数控车削加工倒内锥孔，采用定制量具对倒内锥孔小端直径进行直接测量，利用研磨锥棒进一步精密研磨倒内锥孔，采用检验锥棒对研磨后倒内锥孔进行着色检测。本发明刀具结构设计及材质选用巧妙合理，选择合适切削参数，并配合研磨方式，较好解决精密小倒内锥孔加工尺寸精度问题；通过采用定制量具与专用锥度检验量规，较好解决小倒内锥孔直接测量与综合检测。

附图说明

图1为本发明实施例中倒内锥孔加工装置的组合夹具的结构示意图；

图2为本发明需要加工锥孔工件的结构示意图；

图3(a)为本发明实施例中倒内锥孔加工装置的定制刀具结构示意图；

图3(b)为图3(a)中定制刀具的标记为“I”处的放大图；

图3(c)为图3(a)中A-A面剖面图；

图3(d)为图3(a)中B-B面剖面图；

图4为本发明实施例中倒内锥孔加工装置的研磨棒结构示意图；

图5(a)为本发明实施例中倒内锥孔加工装置的定制量具结构示意图；

图5(b)为图5(a)中圆圈标记处的放大图；

图6为本发明实施例中倒内锥孔加工装置的检验锥棒结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

压板1、拉杆2、螺母3、配重块4、工件5、V型定位块6、支撑块7、圆形基础板8、定制刀具9、研磨锥棒10、定制量具11、检验锥棒12、5.1 倒内锥孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明实施例中倒内锥孔加工装置的组合夹具的结构示意图，由图可知，倒内锥孔加工装置包括压板1、拉杆2、螺母3、配重块4、V 型定位块6、支撑块7以及圆形基础板8。

如图1中所示，组合夹具中圆形基础板8上安装V型定位块6、配重块4和支撑块7，V型定位块6用于夹持固定工件5，拉杆2固定在圆形基础板8上，拉杆2具有多个，压板1也具有多个，所述压板1上具有开孔，以穿插在所述拉杆2上，所述压板1用于压紧所述配重块4、所述工件5以及所述支撑块7，所述螺母3螺接在所述拉杆2上以用于螺旋固定在拉杆2 上时压紧固定所述压板1，进而实现压紧固定所述配重块4、所述工件5以及所述支撑块7，所述配重块4和所述支撑块7位置可调，以根据需要灵活调整位置，所述配重块4用于调整组合夹具固定工件5后整体的质心，所述支撑块7用于装夹工件5时起到支撑作用。在实际装夹过程中，调整好待加工倒内锥孔5.1，使其轴心与圆形基础板8中心重合，将压板1贴紧工件5，旋紧螺母3压紧压板从而将工件5固紧。

其中，所述的配重块是通过三维建模设计，根据组合夹具装配工件后质心偏移值，制做特定外形尺寸及重量要求的配重块，保证装配后整体质心在圆形基础板圆盘轴心上，这样的设计，使得工件高速旋转加工时具有较好动平衡，运行平稳。此外，还可以保证配重块一侧面贴紧工件一端面，对工件进行轴向定位。

图2为本发明需要加工锥孔工件的结构示意图，由图可知，其本体为管状，在管状外壁上具有伸出的两个倒内锥孔5.1。该倒内锥孔分为圆孔段和锥孔段，锥孔段在外，圆孔段靠近管状本体。

图3(a)为本发明实施例中倒内锥孔加工装置的定制刀具结构示意图；图3(b)为图3(a)中定制刀具的标记为“I”处的放大图，由图可知，其刀尖具有圆弧；图3(c)为图3(a)中A-A面剖面图；图3(d)为图3 (a)中B-B面剖面图，由图可知，定制刀具9采用“倒钩形”特殊结构，其刀头为钩状，其刀体为圆杆状，其中圆杆状的刀体又分为横截面较大的大圆杆段和横截面较小的小圆杆段。定制刀具9形状、尺寸能较好满足工件倒内锥孔镗加工要求，定制刀具是一个非标自制刀具，就地取材，利用使用过废旧整体硬质合金立铣刀通过工具磨加工而成，成本较低。由于定制刀具9利用废旧硬质合金铣刀进行改制，其参数不同于普通刀具，其包括：

前角γ₀：15°≤γ₀≤20°；

后角a₀：14°≤a₀≤18°；

刀尖圆弧半径：0.15mm≤r_e≤0.25mm。

图4为本发明实施例中倒内锥孔加工装置的研磨棒结构示意图，为进一步提高倒内锥孔5.1尺寸精度，本发明专利根据倒内锥孔5.1结构特点及尺寸要求，提供如图4所示研磨锥棒10，研磨锥棒10采用铸铁棒加工而成。采用了研磨锥棒10结合研磨膏进一步精密研磨倒内锥孔5.1，提高锥面配合精度及表面粗糙度。

在本发明的一个实施例中，研磨锥棒材料采用球磨铸铁，具有较高强度、较好韧性，加工后表面有微小空洞，可较好容积研磨膏，研磨效果好；研磨锥棒根据倒内锥孔形状尺寸及满足加工要求，设计成倒锥形结构，外锥面通过机械精密加工后，具有较高精度，倒内锥孔通过研磨锥棒结合研磨膏研磨后有较高锥度尺寸精度及表面粗糙度。

图5(a)为本发明实施例中倒内锥孔加工装置的定制量具结构示意图；图5(b)为图5(a)中圆圈标记处的放大图，为满足倒内锥孔5.1内径尺寸检测要求，本发明专利根据倒内锥孔5.1结构特点及尺寸要求，提供如图 5所示定制量具11，定制量具11采用标准卡尺进行适当改制，满足对倒内锥孔小端直径进行直接测量。具体的，所述的定制量具是采用标准游标卡尺进行适应性改制，将卡口根部切成凹槽状，检测倒内锥孔小端直径时可让位，避免发生干涉现象，能较好对倒内锥孔小端直径进行检测，此改制不降低游标卡尺原精度值。

图6为本发明实施例中倒内锥孔加工装置的检验锥棒结构示意图，由图可知，为满足倒内锥孔5.1锥度尺寸检测要求，本发明专利根据倒内锥孔 5.1尺寸要求，提供如图6所示检验锥棒12，利用红丹粉对研磨后倒内锥孔 5.1进行着色检测，检验锥棒着色能均匀的擦去，实现对倒内锥小孔的锥度进行检测。

在本发明的一个实施例中，所述的检验锥棒12材料采用合金工具钢，表面淬火，具有较高硬度、耐磨性，检验锥棒根据倒内锥孔形状尺寸及满足检测要求，设计成正锥形结构，外锥面通过机械精密加工后，具有较高精度，倒内锥孔通过检验锥棒采用着色检验，对锥面精度进行合格判断检验。

采用本发明的倒内锥孔加工装置装夹工件5的过程如下：

采用组合夹具圆形基础板8装夹，组合夹具圆形基础板8上安装V型定位块6、配重块4，工件5固定在V型定位块6上，调整好待加工倒内锥孔5.1，使其轴心与圆形基础板8中心重合，将配重块4贴紧工件5，用压板1、拉杆2、螺母3将工件5固紧。

通过配重块4调配好动平衡，在数控车床进行倒内锥孔加工。在加工时，数控车床三爪夹紧组合夹具圆形基础板8外圆，数控编程镗加工倒内锥孔5.1。

采用本发明的倒内锥孔加工装置进行倒内锥孔加工以及检测的方法包括如下步骤：

S1：根据倒内锥孔结构特点及尺寸要求，制作定制刀具，定制刀具利用废旧硬质合金铣刀进行改制，定制刀具参数包括：

前角γ₀：15°≤γ₀≤20°；

后角a₀：14°≤a₀≤18°；

刀尖圆弧半径：0.15mm≤r_e≤0.25mm。

S2：采用组合夹具装夹，并通过配重块调配好动平衡，在数控车床进行倒内锥孔加工。组合夹具圆形基础板上安装V型定位块、配重块，工件固定在V型定位块上，调整好待加工倒内锥孔，使其轴心与圆形基础板中心重合，将配重块贴紧工件，用压板、拉杆、螺母将工件固紧。

S3：数控车床三爪夹紧组合夹具圆形基础板外圆，数控编程镗加工倒内锥孔。切削加工参数为：

切削速度：50m/min≤v≤60m/min；

切削深度：0.2mm≤a_p≤0.3mm；

进给量：0.05mm/r≤f≤0.1mm/r。

S4：根据倒内锥孔结构特点及尺寸要求，制作定制量具，定制量具采用标准游标卡尺进行适应改制，将游标卡尺内量爪根部切割成开口状(凹槽状)，避免对倒内锥孔小端直径测量发生干涉，便于对倒内锥孔小端直径进行直接测量。

S5：根据倒内锥孔结构特点及尺寸要求，制作研磨锥棒，研磨锥棒采用球磨铸铁棒加工而成。在研磨锥棒锥面上均匀涂抹研磨膏，研磨锥棒装入工件倒内锥孔内，钻床钻夹头夹紧研磨锥棒直柄，调整好工件方位并固定，钻床主轴旋转速度设定为50r/min～60r/min，对工件倒内锥孔进行精密研磨，进一步提高倒内锥孔锥度精度与表面粗糙度。

S6：根据倒内锥孔尺寸要求，制作检验锥棒，在检验锥棒圆锥母线方向涂上三条厚度为0.1μm～0.3μm的红丹粉，再与研磨后倒内锥孔锥面紧密接触，手握检验锥棒手柄，转动20°～30°后取下，若检验锥棒着色均匀说明倒内锥孔锥度合格。

采用数控车床以本发明方法进行倒内锥孔加工的工艺过程如下：

1)工件装夹找正；

2)用钻头预钻孔；

3)用标准内圆车刀镗孔；

4)用标准内圆车刀车外锥面；

5)用定制刀具9车倒内锥孔5.1，用定制量具11进行小端尺寸直接测量；

6)用研磨锥棒10结合研磨膏进一步精密研磨倒内锥孔5.1锥面；

7)用检验锥棒12通过着色检测，检验锥棒着色能均匀的擦去，对锥面精度进行检测；

8)工件调头翻面装夹找正，加工另一倒内锥孔；

9)用钻头预钻孔；

10)用标准内圆车刀镗孔；

11)用标准内圆车刀车外锥面；

12)用定制刀具9车倒内锥孔5.1，用定制量具11进行小端尺寸直接测量；

13)用研磨锥棒10结合研磨膏进一步精密研磨倒内锥孔5.1锥面；

14)用检验锥棒12通过着色检测，检验锥棒着色能均匀的擦去，对锥面精度进行检测。

至此，完成两个倒内锥孔的加工。

本发明的组合夹具采用圆形基础板，结合V型定位块及压板、拉杆、螺母将工件固紧，制作定制刀具，利用数控车削加工倒内锥孔，采用定制量具对倒内锥孔小端直径进行直接测量，利用研磨锥棒进一步精密研磨倒内锥孔，采用检验锥棒对研磨后倒内锥孔进行着色检测。本发明刀具结构设计及材质选用巧妙合理，选择合适切削参数，并配合研磨方式，较好解决精密小倒内锥孔加工尺寸精度问题；通过采用定制量具与专用锥度检验量规，较好解决小倒内锥孔直接测量与综合检测。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种倒内锥孔加工装置，其特征在于，其包括组合夹具、定制刀具(9)、研磨锥棒(10)、定制量具(11)、检验锥棒(12)，其中，

所述组合夹具包括压板(1)、拉杆(2)、螺母(3)、配重块(4)、V型定位块(6)、支撑块(7)、圆形基础板(8)，所述拉杆(2)和所述V型定位块(6)固定在圆形基础板(6)，所述V型定位块(6)用于夹持固定工件(5)，

所述拉杆(2)具有多个，压板(1)也具有多个，所述压板(1)上具有开孔，以穿插在所述拉杆(2)上，所述压板(1)用于压紧所述配重块(4)、所述工件(5)以及所述支撑块(7)，

所述螺母(3)螺接在所述拉杆(2)上以用于螺旋固定在拉杆(2)上时压紧固定所述压板(1)，进而实现压紧固定所述配重块(4)、所述工件(5)以及所述支撑块(7)，

所述配重块(4)和所述支撑块(7)位置可调，以根据需要灵活调整位置，所述配重块(4)用于调整组合夹具固定工件(5)后整体的质心，所述支撑块(7)用于装夹工件(5)时起到支撑作用，

所述定制刀具(9)用于镗孔，

所述研磨锥棒(10)用于装入所述定制刀具(8)镗加工获得的倒内锥孔中，所述研磨锥棒(10)锥面上均匀涂抹研磨膏，以用于旋转研磨倒内锥孔内壁，

定制量具(11)用于测量所述倒内锥孔，

检验锥棒(12)用于检测所述倒内锥孔，以判断其是否符合要求，

所述定制刀具(9)为倒钩形，其刀头为钩状，其刀体为圆杆状，其中圆杆状的刀体又分为横截面较大的大圆杆段和横截面较小的小圆杆段，

定制刀具(9)利用使用过废旧整体硬质合金立铣刀通过工具磨加工而成，其参数为包括：

前角γ₀：15°≤γ₀≤20°；

后角a₀：14°≤a₀≤18°；

刀尖圆弧半径：0.15mm≤r_e≤0.25mm，

所述定制量具(11)采用标准卡尺改制，将卡口根部切成凹槽状，以能在检测倒内锥孔小端直径时让位，避免发生干涉现象，从而能好对倒内锥孔小端直径进行检测。

2.如权利要求1所述的一种倒内锥孔加工装置，其特征在于，所述研磨锥棒(10)为倒锥形，材质为球磨铸铁。

3.如权利要求2所述的一种倒内锥孔加工装置，其特征在于，所述检验锥棒(12)为正锥形，检验锥棒(12)材质为合金工具钢，其表面经过淬火处理。

4.一种采用如权利要求1-3之一所述装置进行倒内锥孔加工检测的方法，其特征在于，其包括如下步骤，

S1：制备定制刀具(9)，所述定制刀具利用废旧硬质合金铣刀进行改制，定制刀具参数包括：

前角γ₀：15°≤γ₀≤20°；

后角a₀：14°≤a₀≤18°；

刀尖圆弧半径r_e：0.15mm≤r_e≤0.25mm，

S2：采用组合夹具装夹工件(5)，并通过配重块调配好动平衡，在数控车床进行倒内锥孔加工，

S3：数控车床三爪夹紧组合夹具的圆形基础板的外圆板，数控编程镗加工倒内锥孔，切削加工参数为：

切削速度v：50m/min≤v≤60m/min

切削深度a_p：0.2mm≤a_p≤0.3mm

进给量f：0.05mm/r≤f≤0.1mm/r，

S4：采用定制量具(11)测量所述倒内锥孔，

S5：在研磨锥棒(10)锥面上均匀涂抹研磨膏，将研磨锥棒装入工件倒内锥孔内，钻床钻夹头夹紧研磨锥棒直柄，调整好工件方位并固定，钻床主轴旋转速度设定为50r/min～60r/min，对工件倒内锥孔进行精密研磨，

S6：在检验锥棒(12)圆锥母线方向涂上多条厚度为0.1μm～0.3μm的着色粉，再与研磨后倒内锥孔锥面紧密接触，手握检验锥棒手柄，转动20°～30°后取下，若检验锥棒着色均匀说明倒内锥孔锥度合格。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S6中，在检验锥棒圆锥母线方向涂覆三条厚度为0.1μm～0.3μm的红丹粉，以进行锥度检测。