CN112059559A - 一种关节球座车铣复合加工及内球面研磨方法 - Google Patents
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Abstract
一种关节球座车铣复合加工及内球面研磨方法，包括以下步骤：步骤1，零件装夹：将关节球座零件外圆柱装到夹具定位环内孔中，关节球座零件的安装孔与夹具定位销配合，调整压板位置，用压紧螺帽压紧；步骤2，内球面及型槽车铣复合加工：步骤3，渗氮处理：渗氮层硬度值HR15N≥88，渗氮厚度为0.2～0.45mm；步骤4，研磨介质调配：采用120粒度的金刚砂和30#机油进行调和，应保证研磨介质中无杂质；步骤5，内球面研磨。通过优化内球面及型槽的定位基准及装夹方式，以及采用车铣复合加工方法，解决了关节球座零件与相配球体的装配干涉问题，实现机械辅助研磨代替手工研磨，提高研磨效率和合格率，降低研磨的难度和工作量。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种关节球座车铣复合加工及内球面研磨方法。
背景技术
关节球座材料为合金结构钢，毛料为模锻件，结构主体为回转体，由安装孔、内球面、型槽、外圆柱等结构组成，如图1所示。零件装配在中介机匣上，是发动机的关键连接部件及承力部件，主要配合面为内球面和外圆柱面，内球面与球体零件配合，配合间隙约0.01～0.03mm，在工作时需要发生转动，所以内球面尺寸公差要求较高，在加工时，通常采用数控车床以三爪卡盘夹紧加工内球面，在数控铣床以安装孔定位加工型槽，分两次装夹定位加工完成，但由于两次定位存在偏差，导致加工后内球面与型槽中心不对称，关节球座与球体零件在通过型槽进行装配时存在干涉，装配合格率仅有70％，同时，由于零件为关键承力连接件，与相配球体在工作状态下相对转动，为了增加球面的耐磨性，球面需进行渗氮处理，球面硬度较高，硬度值HR15N≥88，内球面与相配件着色密接度要求达到85％以上，粗糙度Ra0.4，需要对内球面进行研磨加工，但通过零件结构可以发现，球面处于半封闭状态，研磨仅能采用人工手动研磨的方法，研磨效率及合格率较低，劳动强度大，成为制约零件生产的瓶颈问题。
发明内容
本发明的目的提供一种关节球座车铣复合加工及内球面研磨方法，解决关节球座与相配球体的装配干涉问题以及内球面研磨问题，使关节球座的各项技术指标满足设计使用要求，同时提高加工效率及合格率，降低工人劳动强度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种关节球座车铣复合加工及内球面研磨方法，包括以下步骤：
步骤1，零件装夹：将关节球座零件外圆柱装到夹具定位环内孔中，关节球座零件的安装孔与夹具定位销配合，调整压板位置，用压紧螺帽压紧；
步骤2，内球面及型槽车铣复合加工：
步骤2.1，通过车铣复合加工中心进行车球面及铣槽加工，先车削内球面，采用镗孔刀片，分粗精车两次加工完成，先粗车加工，粗车转速为400～600r/min，进给为0.05～0.1mm/r，粗车后单边留取余量0.05～0.1mm；然后精车加工，精车转速为600～1000r/min，进给为0.03～0.05mm/r；
步骤2.2，球面车削完成后，通过车铣复合加工中心的动力头进行铣削型槽，分为粗铣、半精铣、精铣三个工步，选择立铣刀，首先粗铣型槽，转速1600～2000r/min，进给800～1000mm/min，留取单边0.5～1mm余量；其次半精铣型槽，转速2000～2500r/min，进给800～1000mm/min，留取单边余量0.1～0.15mm；精铣型槽，转速2200～2500r/min，进给400～500mm/min，保证最终尺寸，避免余量过大，刀具刃长较长，直径较小造成让刀问题；
步骤3，渗氮处理：渗氮层硬度值HR15N≥88，渗氮厚度为0.2～0.45mm；
步骤4，研磨介质调配：采用金刚砂和机油进行调和，应保证研磨介质中无杂质；
步骤5，内球面研磨：
步骤5.1，清理零件及研磨球表面，应保证无杂质及多余物；
步骤5.2，将研磨球安装至关节球座零件上，并调整研磨球的内锥面轴线与关节球座零件的内球面轴线同轴；
步骤5.3，将装配后的研磨球安装到研磨台的锥形心轴上，并用垫片及螺母将研磨球压紧在锥形心轴上；
步骤5.4，启动电机，并将电机转速调整至40～60r/min；
步骤5.5，沿着研磨球与关节球座零件的内球面缝隙加入研磨介质，进行研磨球面；研磨时，研磨球随电机进行绕轴线转动，手动摆动旋转关节球座零件，使关节球座零件与研磨球外球面之间产生相对运动，呈交叉网络轨迹，通过研磨介质在中间的摩擦实现去除零件内球面凸起位置，到达研磨的目标，平均研磨每10min可去除余量0.004～0.006mm，研磨总余量在0.02～0.05mm之间；
步骤5.6，研磨后先将关节球座零件清洗干净，在进行内球面密接度着色检查，着色不合格则重复步骤5.1至步骤5.6，直至密接度着色检测合格。
所述夹具包括压紧螺帽、压板、关节球座零件、定位销、定位环及底座，所述底座上表面边沿沿周向设置有压板，压板一端通过螺桩与底座相连，压板上开设有长孔，长孔内设置有底端固定在底座上的螺杆，螺杆顶端伸出压板部分设置有压紧螺帽，所述底座上表面中心处设置有凹槽，凹槽内通过螺栓螺接有定位环，定位环的内孔中放置有关节球座零件，且关节球座零件的安装孔与定位环上的定位销配合定位，且关节球座零件上表面通过压板压紧定位。
所述研磨台包括研磨球、锥形心轴、螺母、垫片、托盘、工作台面及电机，所述工作台面下表面固定安装有电机，工作台面上表面设置有托盘，所述电机输出轴依次贯穿工作台面及托盘且末端与锥形心轴一端连接，锥形心轴外侧面套有研磨球，研磨球外侧面套有关节球座零件，研磨球上表面锥形心轴上螺接有螺母，且螺母与研磨球上表面之间设置有垫片。
本发明的有益效果为：
1、通过优化内球面及型槽的定位基准及装夹方式，以及采用车铣复合加工方法，解决了关节球座零件与相配球体的装配干涉问题，实现机械辅助研磨代替手工研磨，提高研磨效率和合格率，降低研磨的难度和工作量。
2、通过本发明方法完成关节球座零件的内球面及型槽车铣复合加工，解决了该类关节球座零件内球面与型槽不同轴问题，关节球座零件与相配球体装配合格率提高了30％以上，零件加工效率提高了30％以上，降低返修成本；通过研磨台辅助研磨，改进内球面零件的研磨方法，解决了内球面研磨的瓶颈问题，满足了零件使用性能要求，内球面的研磨效率提高了80％以上，一次研磨合格率提高50％，同时极大的降低操作人员劳动强度，极大的节约了生产成本。
附图说明
图1为本发明研磨台结构示意图；
图2为本发明车球面及铣槽夹具剖视图；
图3为本发明车球面及铣槽夹具俯视图；
图4为本发明关节球座零件结构剖视图；
图5为本发明关节球座零件结构俯视图；
图6为本发明研磨球结构剖视图；
图7为本发明研磨球结构俯视图；
图8为本发明研磨球与关节球座零件相对运动方向剖视图；
图9为本发明研磨球与关节球座零件相对运动方向俯视图；
1-压紧螺帽，2-压板，3-关节球座零件，4-定位销，5-定位环，6-底座，7-螺桩，8-研磨球，9-锥形心轴，10-螺母，11-垫片，12-托盘，13-工作台面，14-电机，15-安装孔，16-型槽，17-内球面，18-内锥面，19-外球面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
关节球座零件的材料为合金结构钢，最外侧直径尺寸φ120mm、内球面17尺寸为：Sφ55mm、球面公差在0.015～0.046mm、内球面17粗糙度为Ra0.4um、零件厚度为30mm、型槽16宽度为28mm、公差为0.1mm、型槽16长度为55mm、型槽16转接圆角半径为R2.5mm。
如图1至图9所示，一种关节球座车铣复合加工及内球面研磨方法，包括以下步骤：
步骤1，零件装夹：将关节球座零件3外圆柱装到夹具定位环5内孔中，关节球座零件3的安装孔15与夹具定位销4配合，调整压板2位置，用压紧螺帽1压紧；
步骤2，内球面17及型槽16车铣复合加工：
步骤2.1，通过车铣复合加工中心进行车球面及铣槽加工，先车削内球面17，采用镗孔刀片，分粗精车两次加工完成，先粗车加工，粗车转速为500r/min，进给为0.06mm/r，粗车后单边留取余量0.05mm；然后进行精车加工，精车转速800r/min，进给为0.04mm/r；
步骤2.2，球面车削完成后，通过车铣复合加工中心的动力头进行铣削型槽16，分为粗铣、半精铣、精铣三个工步，首先粗铣型槽16，选择φ12的硬质合金立铣刀，转速1600r/min，进给1000mm/min，留取单边0.5mm余量；其次半精铣型槽16，选择φ8的硬质合金立铣刀，转速2000r/min，进给1000mm/min，留取单边余量0.1mm；精铣型槽16，选择φ5的硬质合金立铣刀，转速2500r/min，进给500mm/min，保证最终尺寸，避免余量过大，刀具刃长较长，直径较小造成让刀问题，在车铣复合加工中心采用一次装夹定位完成内球面17及型槽16的加工，保证内球面17轴线及型槽16轴线重合；
步骤3，渗氮处理：渗氮层硬度值HR15N≥88，渗氮厚度为0.2～0.45mm；
步骤4，研磨介质调配：采用120粒度的金刚砂和30#机油进行调和，每150g金刚砂配50ml机油，应保证研磨介质中无杂质；
步骤5，内球面17研磨：
步骤5.1，清理零件及研磨球8表面，应保证无杂质及多余物；
步骤5.2，将研磨球8安装至关节球座零件3上，并调整研磨球8的内锥面轴线与关节球座零件3的内球面17轴线同轴；
步骤5.3，将装配后的研磨球8安装到研磨台的锥形心轴9上，并用垫片11及螺母10将研磨球8压紧在锥形心轴9上；
步骤5.4，启动电机14，并将电机14转速调整至40r/min；
步骤5.5，沿着研磨球8与关节球座零件3内球面17缝隙加入研磨介质，进行研磨球8面；研磨时，研磨球8随电机14进行绕轴线转动，手动摆动旋转关节球座零件3，使关节球座零件3与研磨球8外球面之间产生相对运动，呈交叉网络轨迹，通过研磨介质在中间的摩擦实现去除零件内球面17凸起位置，到达研磨的目标，平均研磨每10min可去除余量为0.005mm，研磨总余量在0.02～0.05mm之间；
步骤5.6，研磨后先将关节球座零件3清洗干净，在进行内球面17密接度着色检查，着色不合格则重复步骤5.1至步骤5.6，直至密接度着色检测合格。
所述夹具包括压紧螺帽1、压板2、关节球座零件3、定位销4、定位环5及底座6，所述底座6上表面边沿沿周向设置有压板2，压板2一端通过螺桩7与底座6相连，压板2上开设有长孔，长孔内设置有底端固定在底座6上的螺杆，螺杆顶端伸出压板2部分设置有压紧螺帽1，所述底座6上表面中心处设置有凹槽，凹槽内通过螺栓螺接有定位环5，定位环5的内孔中放置有关节球座零件3，且关节球座零件3的安装孔15与定位环5上的定位销4配合定位，且关节球座零件3上表面通过压板2压紧定位。
所述研磨台包括研磨球8、锥形心轴9、螺母10、垫片11、托盘12、工作台面13及电机14，所述工作台面13下表面固定安装有电机14，工作台面13上表面设置有托盘12，所述电机14输出轴依次贯穿工作台面13及托盘12且末端与锥形心轴9一端连接，锥形心轴9外侧面套有研磨球8，研磨球8外圆面套有关节球座零件3，研磨球8上表面锥形心轴9上螺接有螺母10，且螺母10与研磨球8上表面之间设置有垫片11，以电机14为动力输出装置，带动锥形心轴9与研磨球8进行绕轴向自转，而关节球座零件3则以垂直于锥形心轴9方向进行往复摆动，摆角为-20°～+20°之间，由于关节球座零件3与研磨球8的运动方向不同，实现了交叉网络研磨轨迹。
Claims (3)
1.一种关节球座车铣复合加工及内球面研磨方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，零件装夹：将关节球座零件外圆柱装到夹具定位环内孔中，关节球座零件的安装孔与夹具定位销配合，调整压板位置，用压紧螺帽压紧；
步骤2，内球面及型槽车铣复合加工：
步骤2.1，通过车铣复合加工中心进行车球面及铣槽加工，先车削内球面，采用镗孔刀片，分粗精车两次加工完成，先粗车加工，粗车转速为400～600r/min，进给为0.05～0.1mm/r，粗车后单边留取余量0.05～0.1mm；然后精车加工，精车转速为600～1000r/min，进给为0.03～0.05mm/r；
步骤2.2，球面车削完成后，通过车铣复合加工中心的动力头进行铣削型槽，分为粗铣、半精铣、精铣三个工步，选择立铣刀，首先粗铣型槽，转速1600～2000r/min，进给800～1000mm/min，留取单边0.5～1mm余量；其次半精铣型槽，转速2000～2500r/min，进给800～1000mm/min，留取单边余量0.1～0.15mm；精铣型槽，转速2200～2500r/min，进给400～500mm/min，保证最终尺寸；
步骤3，渗氮处理：渗氮层硬度值HR15N≥88，渗氮厚度为0.2～0.45mm；
步骤4，研磨介质调配：采用金刚砂和机油进行调和，应保证研磨介质中无杂质；
步骤5，内球面研磨：
步骤5.1，清理零件及研磨球表面，应保证无杂质及多余物；
步骤5.2，将研磨球安装至关节球座零件上，并调整研磨球的内锥面轴线与关节球座零件的内球面轴线同轴；
步骤5.3，将装配后的研磨球安装到研磨台的锥形心轴上，并用垫片及螺母将研磨球压紧在锥形心轴上；
步骤5.4，启动电机，并将电机转速调整至40～60r/min；
步骤5.5，沿着研磨球与关节球座零件的内球面缝隙加入研磨介质，进行研磨球面；研磨时，研磨球随电机进行绕轴线转动，手动摆动旋转关节球座零件，使关节球座零件与研磨球外球面之间产生相对运动，呈交叉网络轨迹，通过研磨介质在中间的摩擦实现去除零件内球面凸起位置，到达研磨的目标，平均研磨每10min可去除余量0.004～0.006mm，研磨总余量在0.02～0.05mm之间；
步骤5.6，研磨后先将关节球座零件清洗干净，在进行内球面密接度着色检查，着色不合格则重复步骤5.1至步骤5.6，直至密接度着色检测合格。
2.根据权利要求1所述的一种关节球座车铣复合加工及内球面研磨方法，其特征在于：所述夹具包括压紧螺帽、压板、关节球座零件、定位销、定位环及底座，所述底座上表面边沿沿周向设置有压板，压板一端通过螺桩与底座相连，压板上开设有长孔，长孔内设置有底端固定在底座上的螺杆，螺杆顶端伸出压板部分设置有压紧螺帽，所述底座上表面中心处设置有凹槽，凹槽内通过螺栓螺接有定位环，定位环的内孔中放置有关节球座零件，且关节球座零件的安装孔与定位环上的定位销配合定位，且关节球座零件上表面通过压板压紧定位。
3.根据权利要求1所述的一种关节球座车铣复合加工及内球面研磨方法，其特征在于：所述研磨台包括研磨球、锥形心轴、螺母、垫片、托盘、工作台面及电机，所述工作台面下表面固定安装有电机，工作台面上表面设置有托盘，所述电机输出轴依次贯穿工作台面及托盘且末端与锥形心轴一端连接，锥形心轴外侧面套有研磨球，研磨球外侧面套有关节球座零件，研磨球上表面锥形心轴上螺接有螺母，且螺母与研磨球上表面之间设置有垫片。
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