CN107755720B - 一种车削加工回转封闭区域中圆柱体的组合刀具及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车削加工回转封闭区域中圆柱体的组合刀具，所述组合刀具由分离式车刀座和嵌入在分离式车刀座内的特制车刀组成；同时，还公开了一种利用上述组合刀具进行回转体零件圆柱体结构加工的方法；能够解决回转体零件上圆柱体结构的加工问题，相对于现有技术，能够利用本发明的结构从根本上规避回转体在旋转过程中刀具与零件之间出现碰撞打刀的问题，使回转体结构零件能够像传统轴类零件一样在普通车床上加工。

Description

一种车削加工回转封闭区域中圆柱体的组合刀具及加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工装置及方法领域，尤其涉及车床加工非轴类或者孔类零件上具有的回转体结构加工的刀具及加工方法领域，具体的说，是一种车削加工回转封闭区域中圆柱体的组合刀具及利用该组合刀具进行加工圆柱体的加工方法。

背景技术

在飞机、车辆、机床等产业中有一种特型零件，该类零件为了保证两端的同轴度，避免安装时现场调节，设计了连接两端圆柱的连接结构，同时任然保持了两端圆柱部分的高精度尺寸。而由于连接结构在机床上回转时会与传统车刀的切入方向发生碰撞干涉，因此传统的车削加工方法无法完成。目前该特征的加工方法大多为，采用五轴数控机床或者三轴数控机床加动力头的方式，成本高。回转体零件采用数控加工的方式加工从坯料到成品零件，其切削的量非常大，加工成本非常巨大。

相关现有技术：中国发明专利，申请号为：201410781961.0，公告号CN 104525975B公开了一种利用普通立式车床仿形加工曲面回转体工件的装置及方法，具体公开了该装置包括在立式车床的侧刀架滑枕上安装有下座体，下座体上面设置有上座体；上座体的螺纹孔与下座体的大接耳之间还连接有调节螺杆；上座体的小接耳中安装有推杆，推杆依靠导向板导向，推杆大头后端面与上座体的小接耳之间的光杆上套接有碟簧组；上座体还安装有向上伸出的小轴；在小轴与推杆之间夹持有模板；模板向上通过吊板固定安装在横梁上。本发明还公开了一种利用普通立式车床仿形加工曲面回转体工件的方法，依赖于上述的装置实施。本发明的装置及方法，结构简单，简单易行，利用普通立式车床低成本地实现对曲面回转体工件的加工。虽然该发明专利公开的装置及方法也能够解决一般采用多轴数控加工的零件在普通机床上进行加工，但与本申请要解决的回转体零件加工圆柱体的刀具和方法有较大区别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车削加工回转封闭区域中圆柱体的组合刀具，用于实现加工回转体零件中的同轴圆柱体结构，有效避免现有车床上的刀具因为会与回转体其他部分发生碰撞而不能加工的技术问题；同时本发明还提供一种车削加工回转封闭区域中圆柱体的加工方法，目的在于利用上述特制的组合刀具来解决回转体零件中封闭区域圆柱体加工的可行性问题。利用本发明的特制组合刀具和方法能够从根本结构和原理上规避现有

本发明通过下述技术方案实现：

一种车削加工回转封闭区域中圆柱体的组合刀具，所述组合刀具由分离式车刀座和嵌入在分离式车刀座内的特制车刀组成；

所述分离式车刀座外形为柱状且沿长度方向开设有用于容纳所述特制车刀的贯穿的T型槽，所述T型槽底边两端及纵边上分别设置有与分离式车刀座长度方向平行的螺纹孔，所述三个螺纹孔的截面位置呈等边三角形或等腰三角形，且每一个螺纹孔内上下两端均设置有用于固定夹持所述特制车刀的螺杆组件；

所述螺杆组件包括安装在位于T型槽纵边上螺纹孔内的压紧螺杆C和压紧螺杆F，分别安装在T型槽底边两端螺纹孔内的压紧螺杆A和压紧螺杆D，以及压紧螺杆B和压紧螺杆E；分离式车刀的靠近任一端头处横向设置有用于连接车床尾座的六棱孔；

所述特制车刀与所述T型槽的形状相适应且由用于切削零件的加工部和用于固定的安装部组成。

本发明还提供利用上述车削加工回转封闭区域中圆柱体的组合刀具加工回转封闭区域中圆柱体的方法，具体包括以下步骤：

步骤一：定位并装夹零件；

将车床尾座退回，将待加工的零件套装在车床尾座上的刀杆上；调整车床尾座并慢慢靠近车床主轴并将零件夹持在车床主轴上的三爪卡盘上并紧固；

步骤二：校验零件与车床主轴的同轴度；

将车床转速调整至最低转速，开启车床-分钟停止，将车床尾座退回，检查刀杆与零件是否存在偏磨的情况：

若刀杆上存在不连续的偏磨痕迹则重复步骤一，重新定位；若刀杆上无任何痕迹或者存在连续的圆圈状，则进行步骤三；

步骤三：安装特制车刀；

调整车床尾座直到刀杆伸出零件的长度为-厘米位置，安装分离式刀座并紧固；将特制车刀沿着T型槽滑入所述分离式刀座内，并分别按照顺序先将压紧螺杆A、压紧螺杆B、压紧螺杆C分别安装在一端螺纹孔内，再将压紧螺杆D、压紧螺杆E、压紧螺杆F安装在螺纹孔的另一端，调整螺杆组件，直到特制车刀的位置到达加工位置，依次紧固上述螺杆组件；

步骤四：加工；

开启车床，控制车床尾座缓慢向车床主轴方向进刀，直到切削达到既定尺寸，原路退刀；当需要进行二次加工切削时，依次松开压紧螺杆D、压紧螺杆E和压紧螺杆F的等量距离，然后再依次锁紧压紧螺杆A、压紧螺杆B和压紧螺杆C；按照第一次加工的进退刀步骤重复，直到加工到零件的终尺寸；

步骤五：拆卸；

加工结束后，以完全拆卸压紧螺杆A、压紧螺杆B和压紧螺杆C或者位于分离式刀座另一端的压紧螺杆D、压紧螺杆E和压紧螺杆F；取出特制车刀，再拆卸分离式车刀座，最后将车床尾座退回，松开三抓卡盘，将零件从车床主轴上取下。

为了提高零件夹持的准确度，减少零件同轴度的校正次数，所述步骤一还包括根据零件上具有的轴向孔径选择匹配的刀杆的步骤。选择与零件上轴向孔相匹配的刀杆的作用是为了尽可能的提高零件轴向孔与刀杆的同轴度，从而减少零件的倾斜和晃动，保证零件在车床主轴的驱动下能够做同轴回转运动，从而保证加工后的圆柱体结构与零件的轴向孔同轴。原理解析：由于刀杆与车床主轴是保持同轴的，因此，只要保证零件与刀杆同轴的情况下，利用车床主轴对零件进行稳固夹持，那么就是可以确保在整个加工过程中，零件都是以刀杆为轴线进行旋转，从而加工出来的圆柱体的圆形亦在刀杆圆心轴线上，利用刀杆与车床主轴的同轴度来定位和校正零件与车床主轴的同轴度能够很好的将零件快速定位在车床主轴上，但值得说明的是，由于待加工零件的轴向孔因零件尺寸不同而不同，为了能够尽可能的适应任何尺寸的零件，且都保持较高的同轴度安装效果，在上述结构的基础上，进一步地，所述刀杆为标准尺寸，刀杆配套有多个内径与刀杆外径相适应的套环，所述套环的外径以0.1毫米为等差递增。由于套环的外径以0.1毫米为直径差设置有多个套环，在具体零件的安装选择时，零件与套环的间隙差理论最大值为0.1毫米，已经能够保证较高的同轴度，在实际校验过程中，几乎可以做到一次性安装到位，无需多次校验和调整。

进一步地，为了保证零件能够一次性安装到位，规避因同轴度差而导致反复调整的问题，在锁紧车床主轴时，应首先施加预应力，再开启机床进行低速旋转秒-秒。该步骤的目的是利用刀杆与车床主轴之间是属于绝对同轴的关系，在利用车床主轴的回转运动进行零件同轴度的自我校正，若此时预应力过大的话，则无法实现零件同轴度的自我校正，反而会出现刀杆与零件的干涉过盈，导致机构的损伤，当进行自我校正之后，再依次将车床主轴完全锁紧，开始加工零件的圆柱体结构。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明提供的刀具及方法能够解决回转体零件上圆柱体结构的加工问题，相对于现有技术，能够利用本发明的结构从根本上规避回转体在旋转过程中刀具与零件之间出现碰撞打刀的问题，使回转体结构零件能够像传统轴类零件一样在普通车床上加工。

附图说明

图1为本发明加工状态的结构示意图；

图2为被加工的回转体零件结构图；

图3为零件回转示意图；

图4为零件定位安装示意图一；

图5为零件定位安装示意图二；

图6为加工零件前，对刀结构示意图；

图7为按照图6对刀完成后，进刀切削示意图；

图8为分离式车刀座与特制车刀调节进给示意图；

图9为分离式车刀座的俯视图；

图10为图9中沿A-A的剖切符号的剖视图；

图11为图10的左视图；

其中1-车床尾座；2-车床主轴；3-刀杆；

4-分离式车刀座；41-压紧螺杆A；42-压紧螺杆B；43-压紧螺杆C；44-压紧螺杆D；45-压紧螺杆E；46-压紧螺杆F；47-六棱孔；

5-特制车刀；51-加工部；52-安装部；6-零件；7-回转封闭结构；8-圆柱体；9-轴向孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1、图9、图10、图11所示，一种车削加工回转封闭区域中圆柱体8的组合刀具，所述组合刀具由分离式车刀座4和嵌入在分离式车刀座4内的特制车刀5组成；

所述分离式车刀座4外形为柱状且沿长度方向开设有用于容纳所述特制车刀5的贯穿的T型槽，所述T型槽底边两端及纵边上分别设置有与分离式车刀座4长度方向平行的螺纹孔，所述三个螺纹孔的截面位置呈等边三角形或等腰三角形，且每一个螺纹孔内上下两端均设置有用于固定夹持所述特制车刀5的螺杆组件；

所述螺杆组件包括安装在位于T型槽纵边上螺纹孔内的压紧螺杆C43和压紧螺杆F46，分别安装在T型槽底边两端螺纹孔内的压紧螺杆A41和压紧螺杆D44，以及压紧螺杆B42和压紧螺杆E45；分离式车刀4的靠近任一端头处横向设置有用于连接车床尾座1的六棱孔47；

所述特制车刀5与所述T型槽的形状相适应且由用于切削零件的加工部51和用于固定的安装部52组成。

实施例2：

本实施例是利用实施例1中所述车削加工回转封闭区域中圆柱体8的组合刀具加工回转封闭区域中圆柱体8的方法，进一步结合附图2-8所示，具体包括以下步骤：

步骤一：定位并装夹零件6；

将车床尾座1退回，将待加工的零件6套装在车床尾座1上的刀杆3上；调整车床尾座1并慢慢靠近车床主轴2并将零件6夹持在车床主轴2上的三爪卡盘上并紧固；

步骤二：校验零件6与车床主轴2的同轴度；

将车床转速调整至最低转速，开启车床1-2分钟停止，将车床尾座1退回，检查刀杆3与零件6是否存在偏磨的情况：

若刀杆3上存在不连续的偏磨痕迹则重复步骤一，重新定位；若刀杆3上无任何痕迹或者存在连续的圆圈状，则进行步骤三；

步骤三：安装特制车刀5；

调整车床尾座1直到刀杆3伸出零件6的长度为2-3厘米位置，安装分离式刀座4并紧固；将特制车刀5沿着T型槽滑入所述分离式刀座4内，并分别按照顺序先将压紧螺杆A41、压紧螺杆B42、压紧螺杆C43分别安装在一端螺纹孔内，再将压紧螺杆D44、压紧螺杆E45、压紧螺杆F46安装在螺纹孔的另一端，调整螺杆组件，直到特制车刀的位置到达加工位置，依次紧固上述螺杆组件；

步骤四：加工；

开启车床，控制车床尾座1缓慢向车床主轴方向进刀，直到切削达到既定尺寸，原路退刀；当需要进行二次加工切削时，依次松开压紧螺杆D44、压紧螺杆E45和压紧螺杆F46的等量距离，然后再依次锁紧压紧螺杆A41、压紧螺杆B42和压紧螺杆C43；按照第一次加工的进退刀步骤重复，直到加工到零件6的终尺寸；

步骤五：拆卸；

加工结束后，以完全拆卸压紧螺杆A41、压紧螺杆B42和压紧螺杆C43或者位于分离式刀座4另一端的压紧螺杆D44、压紧螺杆E45和压紧螺杆F46；取出特制车刀5，再拆卸分离式车刀座4，最后将车床尾座1退回，松开三抓卡盘，将零件6从车床主轴2上取下。

为了提高零件夹持的准确度，减少零件同轴度的校正次数，所述步骤一还包括根据零件6上具有的轴向孔9径选择匹配的刀杆3的步骤。选择与零件6上轴向孔9相匹配的刀杆3的作用是为了尽可能的提高零件轴向孔9与刀杆3的同轴度，从而减少零件6的倾斜和晃动，保证零件6在车床主轴2的驱动下能够做同轴回转运动，从而保证加工后的圆柱体8结构与零件6的轴向孔9同轴。原理解析：由于刀杆3与车床主轴2是保持同轴的，因此，只要保证零件6与刀杆3同轴的情况下，利用车床主轴2对零件6进行稳固夹持，那么就是可以确保在整个加工过程中，零件6都是以刀杆3为轴线进行旋转，从而加工出来的圆柱体8的圆形亦在刀杆3圆心轴线上，利用刀杆3与车床主轴2的同轴度来定位和校正零件6与车床主轴2的同轴度能够很好的将零件6快速定位在车床主轴2上，但值得说明的是，由于待加工零件6的轴向孔9因零件尺寸不同而不同，为了能够尽可能的适应任何尺寸的零件，且都保持较高的同轴度安装效果，在上述结构的基础上，进一步地，所述刀杆3为标准尺寸，刀杆3配套有多个内径与刀杆3外径相适应的套环，所述套环的外径以0.1毫米为等差递增。由于套环的外径以0.1毫米为直径差设置有多个套环，在具体零件6的安装选择时，零件6与套环的间隙差理论最大值为0.1毫米，已经能够保证较高的同轴度，在实际校验过程中，几乎可以做到一次性安装到位，无需多次校验和调整。

进一步地，为了保证零件6能够一次性安装到位，规避因同轴度差而导致反复调整的问题，在锁紧车床主轴2时，应首先施加预应力，再开启机床进行低速旋转30秒-60秒。该步骤的目的是利用刀杆3与车床主轴2之间是属于绝对同轴的关系，在利用车床主轴2的回转运动进行零件6同轴度的自我校正，若此时预应力过大的话，则无法实现零件6同轴度的自我校正，反而会出现刀杆3与零件6的干涉过盈，导致机构的损伤，当进行自我校正之后，再依次将车床主轴2完全锁紧，开始加工零件6的圆柱体8结构。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种车削加工回转封闭区域中圆柱体的组合刀具，其特征在于，所述组合刀具由分离式车刀座（4）和嵌入在分离式车刀座（4）内的特制车刀（5）组成；

所述分离式车刀座（4）外形为柱状且沿长度方向开设有用于容纳所述特制车刀（5）的贯穿的T型槽，所述T型槽底边两端及纵边上分别设置有与分离式车刀座（4）长度方向平行的螺纹孔，三个螺纹孔的截面位置呈等边三角形或等腰三角形，且每一个螺纹孔内上下两端均设置有用于固定夹持所述特制车刀（5）的螺杆组件；

所述螺杆组件包括安装在位于T型槽纵边上螺纹孔内的压紧螺杆C（43）和压紧螺杆F（46），分别安装在T型槽底边两端螺纹孔内的压紧螺杆A（41）和压紧螺杆D（44），以及压紧螺杆B（42）和压紧螺杆E（45）；分离式车刀（4）的靠近任一端头处横向设置有用于连接车床尾座（1）的六棱孔（47）；

所述特制车刀（5）与所述T型槽的形状相适应且由用于切削零件的加工部（51）和用于固定的安装部（52）组成。

2.利用权利要求1所述的一种车削加工回转封闭区域中圆柱体的组合刀具加工回转封闭区域中圆柱体的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：定位并装夹零件（6）；

将车床尾座（1）退回，将待加工的零件（6）套装在车床尾座（1）上的刀杆（3）上；调整车床尾座（1）并慢慢靠近车床主轴（2）并将零件（6）夹持在车床主轴（2）上的三爪卡盘上并紧固；

步骤二：校验零件（6）与车床主轴（2）的同轴度；

将车床转速调整至最低转速，开启车床1-2分钟停止，将车床尾座（1）退回，检查刀杆（3）与零件（6）是否存在偏磨的情况：

若刀杆（3）上存在不连续的偏磨痕迹则重复步骤一，重新定位；若刀杆（3）上无任何痕迹或者存在连续的圆圈状，则进行步骤三；

步骤三：安装特制车刀（5）；

调整车床尾座（1）直到刀杆（3）伸出零件（6）的长度为2-3厘米位置，安装分离式刀座（4）并紧固；将特制车刀（5）沿着T型槽滑入所述分离式刀座（4）内，并分别按照顺序先将压紧螺杆A(41)、压紧螺杆B(42)、压紧螺杆C(43)分别安装在一端螺纹孔内，再将压紧螺杆D(44)、压紧螺杆E(45)、压紧螺杆F(46)安装在螺纹孔的另一端，调整螺杆组件，直到特制车刀的位置到达加工位置，依次紧固上述螺杆组件；

步骤四：加工；

开启车床，控制车床尾座（1）缓慢向车床主轴方向进刀，直到切削达到既定尺寸，原路退刀；当需要进行二次加工切削时，依次松开压紧螺杆D(44)、压紧螺杆E(45)和压紧螺杆F(46)的等量距离，然后再依次锁紧压紧螺杆A(41)、压紧螺杆B(42)和压紧螺杆C(43)；按照第一次加工的进退刀步骤重复，直到加工到零件（6）的终尺寸；

步骤五：拆卸；

加工结束后，以完全拆卸压紧螺杆A(41)、压紧螺杆B(42)和压紧螺杆C(43)或者位于分离式刀座（4）另一端的压紧螺杆D(44)、压紧螺杆E(45)和压紧螺杆F(46)；取出特制车刀（5），再拆卸分离式车刀座（4），最后将车床尾座（1）退回，松开三抓卡盘，将零件（6）从车床主轴（2）上取下。

3.根据权利要求2所述的一种车削加工回转封闭区域中圆柱体的方法，其特征在于，所述步骤一还包括根据零件（6）上具有的轴向孔（9）径选择匹配的刀杆（3）的步骤。

4.根据权利要求3所述的一种车削加工回转封闭区域中圆柱体的方法，其特征在于，所述刀杆（3）为标准尺寸，刀杆（3）配套有多个内径与刀杆（3）外径相适应的套环，所述套环的外径以0.1毫米为等差递增。