CN116673706B - 一种薄壁长套筒零件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁长套筒零件的制造方法，属于机械加工技术领域；该工艺包括钻孔、车削、粗铣、粗磨、精铣、半精磨、精磨，在粗磨引入自适应弹性芯轴装夹装置进一步的对待加工件进行装夹；本发明的一种薄壁长套筒零件的制造方法通过调整加工工艺方法，由传统钻孔、车削、磨削、铣削的加工顺序，调整为钻孔、车削、粗铣、粗磨、精铣、半精磨、精磨，从工艺方法上逐步消除变形量，避免零件加工后弯曲变形，同时借助装夹装置的设计进一步的提高了生产加工效率，以及提高了产品的成品合格率。

Description

一种薄壁长套筒零件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种薄壁长套筒零件的制造方法，属于机械加工技术领域。

背景技术

加工一种薄壁长套筒零件，其壁厚较薄，仅达到直径的1/10左右，同时长径比超过15倍以上，圆周均匀分布有多个窗口，要求所有外圆同轴度φ0.01mm、直线度0.01mm（图2）。这种薄壁长套筒零件，机械加工难度大，产品结构、装夹方式、加工工艺方法一直是导致该类产品合格率低下的关键性因素。

1.加工工艺方法对零件精度的影响

加工这类零件最常用的工艺方法是先钻孔、车削、磨削、铣削，常规工艺方法在磨削加工后进行铣削加工，避免磨削时圆周窗口受力不均导致零件变形，但是在铣削加工后，零件受去除余量和切削力影响产生弯曲变形，在零件精度要求高的情况下，以上工艺方法不能满足加工要求。

2.磨削装夹工装对零件精度的影响

磨削时采用硬质合金固定顶尖两端装夹，但它在实际加工中会出现以下弊端：

1）、采用手动顶紧尾座，零件表面与砂轮间的切削抗力，使零件产生弯曲，导致锥面与顶尖接触面间产生间隙，会导致零件磨削成椭圆或多棱形表面，同轴度超差，锥面会出现拉伤等现象；

2）、采用液压顶紧尾座，由于顶紧力持续向中间挤压，挤压力在窗口区域使零件弯曲，导致磨削量突然增多，切削抗力急剧增加，出现啃刀现象，产生严重弯曲变形；

3）、由于薄壁长套筒零件的结构特性，单一采用两顶尖装夹方法，中间悬空部分过长，在磨削时，通常根据操作工个人经验判断磨削力大小，磨削过程中时常伴有零件自激振动，使零件表面粗糙的难以控制，达不到加工要求。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种薄壁长套筒零件的制造方法，该方法通过改变传统加工工艺的顺序以及具体的细节的调整有效的提高产品合格率以及保证了整个零部件加工的效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种薄壁长套筒零件的制造方法，包括以下步骤：

S1，钻孔，准备待加工的毛胚料，根据内径要求钻通孔，使内部通孔加工成型；

S2，车削，将钻孔后的待加工件装配于车床，利用车床对钻孔后的待加工件进行外表面加工，精车外圆，并预留磨削余量，同时，在待加工件的指定位置车削螺纹；

S3，粗铣，待加工件整体外形车削加工成型后，再装配于铣床，在待加工件的中部根据加工要求进行粗铣腰形窗口，并留精铣余量；

S4，粗磨，将粗铣后的待加工件装配于磨床，并采用自适应弹性芯轴装夹装置装夹待加工件，装夹完成后进行粗磨，并留精磨余量；

S5，精铣，将粗磨后的待加工件装配于铣床，加工腰形窗口至尺寸要求；

S6，静置，将精铣后的待加工件根据自然时效静置，释放应力；

S7，半精磨，检查完成步骤S6的待加工件的弯曲变形，符合要求情况下采用自适应弹性芯轴装夹装置将待加工件装配于磨床进行半精磨，并留精磨余量；

S8，精磨，检查完成步骤S7的待加工件的弯曲变形，符合要求情况下采用自适应弹性芯轴装夹装置将待加工件装配于磨床进行精磨，加工外圆至尺寸要求。

进一步的，在步骤S2中，精车外圆的预留磨削余量为0.16mm-0.36mm。

进一步的，在步骤S4中，粗磨后预留的精磨余量为0.08-0.12mm；

在步骤S7中，半精磨后预留的精磨余量为0.03-0.05mm。

进一步的，在步骤S3中，粗铣后的预留精铣余量为0.16mm-0.36mm。

进一步的，在步骤S6中，待加工件自然静置时长不少于14日。

进一步的，所述自适应弹性芯轴装夹装置包括作为支撑的芯轴，所述芯轴的一端部设置有固定堵头，以固定堵头为定位端面沿芯轴另一端部依次交叉设置支撑套和阻尼环，在芯轴的另一端部还设置有活动堵头，所述活动堵头的外侧设置有调整螺母，所述调整螺母与活动堵头之间还设置有弹性元件。

进一步的，在支撑套和阻尼环的装配完成后的两端部为支撑套，一端部的支撑套与固定堵头匹配，另一端部的支撑套与活动堵头匹配。

进一步的，所述阻尼环的外侧面与待加工件的内侧壁之间的间隙为0.03-0.05mm。

进一步的，在采用自适应弹性芯轴装夹装置装夹待加工件时，还包括以下步骤：

D1，根据待加工件内孔直径选取匹配的自适应弹性芯轴装夹装置；

D2，装配自适应弹性芯轴装夹装置，以芯轴上固定堵头为基准面，先装入支撑套，其次装入阻尼环，根据芯轴长度的要求重复装入支撑套和阻尼环，同时使装入的最后一个部件为支撑套；

D3，将待加工件套设至支撑套和阻尼环上；

D4，在最后装入的支撑套的外侧装入活动堵头，并在活动堵头的外侧依次装入弹性元件和调整螺母，并通过调整螺母使活动堵头与待加工件的端面和支撑套的端面匹配，从而完成待加工件的装甲。

进一步的，在步骤D1中，当待加工件的长度相当时，待加工件的内径不同时，选取不同尺寸的支撑套和阻尼环，不更换芯轴，使支撑套和阻尼环的内径保持与芯轴外径匹配，采用厚度不同且与待加工件内径匹配的外径尺寸；

当待加工件的长度不同，待加工件的内径相同时，采用匹配相应长度的芯轴，且增加支撑套和阻尼环的数量以匹配待加工件的装甲；

当待加工件的长度和内径均不同，则选取长度匹配的芯轴以及内径匹配的阻尼环和支撑套。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种薄壁长套筒零件的制造方法通过调整加工工艺方法，由传统钻孔、车削、磨削、铣削的加工顺序，调整为钻孔、车削、粗铣、粗磨、精铣、半精磨、精磨，从工艺方法上逐步消除变形量，避免零件加工后弯曲变形；

2、本发明的一种薄壁长套筒零件的制造方法，设计制作薄壁长套筒零件装夹用自适应弹性芯轴装夹装置,从粗磨开始使用该弹性芯轴，采用内孔和端面作为统一定位基准面，避免了工件重复装夹产生的累积误差，活动堵头与调整螺母间用弹簧作为过渡顶紧装置，弹簧的张紧力可及时补偿加工时产生的间隙和伸长量，采用阻尼环支撑有效消除磨削过程中产生的共振、弯曲、粗糙度差的问题，有效控制薄壁长套筒零件变形量，表面粗糙度下降到Ra0.4以下，所有外圆同轴度、直线度控制在0.01mm以内，缩短了零件加工时间，提升了产品质量。

3、本发明的一种薄壁长套筒零件的制造方法，在加工多种不同规格的薄壁长套筒零件时，只需更换与薄壁长套筒零件相对应的定位芯轴和活动堵头，以及阻尼环和支撑套，结构简单，制造容易，成本低，能适应加工多种不同规格的薄壁长套筒零件，满足薄壁长套筒零件设计要求；

4、本发明的一种薄壁长套筒零件的制造方法，在自适应弹性芯轴装夹装置的设计上有效的提高了相关配件的通用性，在实际应用中只需要针对性的匹配相关长度的芯轴以及支撑套、阻尼环等部件，而在装配内径的设计上可以实现更好的通用性，在配件管理上也提供了极大的方便。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明薄壁长套筒零件的结构示意图；

图3是本发明自适应弹性芯轴装夹装置的结构示意图。

图中标记：1-调整螺母，2-弹性元件，3-活动堵头，4-芯轴，5-固定堵头，6-阻尼环，7-支撑套。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

一种薄壁长套筒零件的制造方法，如图1至图3所示，包括以下步骤：

S1，钻孔，准备待加工的毛胚料，根据内径要求钻通孔，使内部通孔加工成型；

S2，车削，将钻孔后的待加工件装配于车床，利用车床对钻孔后的待加工件进行外表面加工，精车外圆，并预留磨削余量，同时，在待加工件的指定位置车削螺纹；

S3，粗铣，待加工件整体外形车削加工成型后，再装配于铣床，在待加工件的中部根据加工要求进行粗铣腰形窗口，并留精铣余量；

S4，粗磨，将粗铣后的待加工件装配于磨床，并采用自适应弹性芯轴装夹装置装夹待加工件，装夹完成后进行粗磨，并留精磨余量；

S5，精铣，将粗磨后的待加工件装配于铣床，加工腰形窗口至尺寸要求；

S6，静置，将精铣后的待加工件根据自然时效静置，释放应力；

S7，半精磨，检查完成步骤S6的待加工件的弯曲变形，符合要求情况下采用自适应弹性芯轴装夹装置将待加工件装配于磨床进行半精磨，并留精磨余量；

S8，精磨，检查完成步骤S7的待加工件的弯曲变形，符合要求情况下采用自适应弹性芯轴装夹装置将待加工件装配于磨床进行精磨，加工外圆至尺寸要求。

在本实施例中，通过调整加工工艺方法，由传统钻孔、车削、磨削、铣削的加工顺序，调整为钻孔、车削、粗铣、粗磨、精铣、半精磨、精磨，从工艺方法上逐步消除变形量，避免零件加工后弯曲变形。

作为进一步的设计，在整个加工工艺中，考虑到车、铣、磨工艺上的精度，采用多工序的方式循循渐进，从而进一步的提升精度以及产品合格率。作为具体的参数设计，在步骤S2中，精车外圆的预留磨削余量为0.16mm-0.36mm。为了考虑到整体刚度的情况，尤其是还需要进行腰形窗口的加工，在此设计上，预留磨削余量为0.2mm以上。

同步的，在步骤S4中，粗磨后预留的精磨余量为0.08-0.12mm。考虑到粗磨后还有一道精铣的工序，为更好的保证刚性，粗磨后预留的精磨余量为0.1以上。作为更进一步的，为了保证整个加工工艺的精度，在步骤S7中，半精磨后预留的精磨余量为0.03-0.05mm。作为更加具体的，作为优选，半精磨后预留的精磨余量为0.04mm。

另外，在上述具体的设计基础上，考虑到一定的装配，在步骤S2中，在钻孔后的待加工件内侧壁的两端部加工倒角，该倒角以60°为优选。

在上述具体的设计基础上，考虑到了加工腰形窗口而进行工艺设计，同步的，还需要对腰形窗口的加工进一步的，作为刚性比较好的状态下时，进行粗铣工艺，去掉大部分侧壁，具体的为，在步骤S3中，粗铣后的预留精铣余量为0.16mm-0.36mm。当然，为了考虑到后续刚性的要求，更好的采用粗铣后的预留精铣余量为0.2mm以下。

在上述具体的预留余量的描述上，具体的参数值主要是参考零件的外径尺寸，在真正的壁厚上来看，壁厚要去除的余量为上述值的一半。

作为更加具体的设计，在上述具体的工艺中，在步骤S6中，待加工件自然静置时长不少于14日。

基于上述的具体工艺流程，其能够有效的解决了本发明中相关零件加工的成品合格率，解决了目前传统工艺无法考虑到的问题。

在上述具体的结构设计基础上，进一步的针对自适应弹性芯轴装夹装置进一步的着重描述，所述自适应弹性芯轴装夹装置包括作为支撑的芯轴4，所述芯轴4的一端部设置有固定堵头5，以固定堵头5为定位端面沿芯轴4另一端部依次交叉设置支撑套7和阻尼环6，在芯轴4的另一端部还设置有活动堵头3，所述活动堵头3的外侧设置有调整螺母1，所述调整螺母1与活动堵头3之间还设置有弹性元件2。

在上述具体的设计上，基于整体的性能考虑，所述弹性元件2为弹簧。

更进一步的设计，在支撑套7和阻尼环6的装配完成后的两端部为支撑套7，一端部的支撑套7与固定堵头5匹配，另一端部的支撑套7与活动堵头3匹配。

支撑套7的作用主要是控制各阻尼环6之间的间距，长短依据零件定制，但是所使用的支撑套7和阻尼环6应小于两端堵头距离

在设计要求上，所述阻尼环6的外侧面与待加工件的内侧壁之间的间隙为0.03-0.05mm。同时，相邻的阻尼环6之间的间距（支撑套7长度）为90-260mm。作为优选的，采用100-200mm。

在自适应弹性芯轴装夹装置的设计上，能够避免磨削过程中出现自激振动、表面粗糙度差、零件弯曲变形等问题。采用内孔和端面作为统一定位基准面，避免了工件重复装夹产生的累积误差，活动堵头3与调整螺母1间用弹簧作为过渡顶紧装置，弹簧的张紧力可及时补偿切削时产生的间隙和伸长量，该芯轴4采用阻尼环6、支撑套7支撑零件中部，可有效消除磨削过程中产生的共振，从装夹工装方面消除零件加工振动、弯曲、粗糙度差的问题。

进一步的粗磨开始使用该自适应弹性芯轴装夹装置，采用内孔和端面作为统一定位基准面，活动堵头3与调整螺母1间用弹簧作为过渡顶紧装置，弹簧的张紧力可及时补偿加工时产生的间隙和伸长量，阻尼环6支撑有效消除磨削过程中产生的共振、弯曲、粗糙度差的问题，有效控制薄壁长套筒零件变形量。本发明在加工多种不同规格的薄壁长套筒零件时，只需更换与薄壁长套筒零件相对应的定位芯轴4和活动堵头3，以及阻尼环6和支撑套7，结构简单，制造容易，成本低，能适应加工多种不同规格的薄壁长套筒零件，满足薄壁长套筒零件设计要求。

同步的，在上述结构的设计基础上，作为更进一步的描述，在采用自适应弹性芯轴装夹装置装夹待加工件时，还包括以下步骤：

D1，根据待加工件内孔直径选取匹配的自适应弹性芯轴装夹装置；

D2，装配自适应弹性芯轴装夹装置，以芯轴4上固定堵头5为基准面，先装入支撑套7，其次装入阻尼环6，根据芯轴4长度的要求重复装入支撑套7和阻尼环6，同时使装入的最后一个部件为支撑套7；

D3，将待加工件套设至支撑套7和阻尼环6上；

D4，在最后装入的支撑套7的外侧装入活动堵头3，并在活动堵头3的外侧依次装入弹性元件2和调整螺母1，并通过调整螺母1使活动堵头3与待加工件的端面和支撑套7的端面匹配，从而完成待加工件的装甲。

作为更加具体的说明，在步骤D1中，当待加工件的长度相当时，待加工件的内径不同时，选取不同尺寸的支撑套7和阻尼环6，不更换芯轴4，使支撑套7和阻尼环6的内径保持与芯轴4外径匹配，采用厚度不同且与待加工件内径匹配的外径尺寸；

当待加工件的长度不同，待加工件的内径相同时，采用匹配相应长度的芯轴4，且增加支撑套7和阻尼环6的数量以匹配待加工件的装甲；

当待加工件的长度和内径均不同，则选取长度匹配的芯轴4以及内径匹配的阻尼环6和支撑套7。

综上所述：

1、本发明的一种薄壁长套筒零件的制造方法通过调整加工工艺方法，由传统钻孔、车削、磨削、铣削的加工顺序，调整为钻孔、车削、粗铣、粗磨、精铣、半精磨、精磨，从工艺方法上逐步消除变形量，避免零件加工后弯曲变形；

2、本发明的一种薄壁长套筒零件的制造方法，设计制作薄壁长套筒零件装夹用自适应弹性芯轴装夹装置,从粗磨开始使用该弹性芯轴，采用内孔和端面作为统一定位基准面，避免了工件重复装夹产生的累积误差，活动堵头与调整螺母间用弹簧作为过渡顶紧装置，弹簧的张紧力可及时补偿加工时产生的间隙和伸长量，采用阻尼环支撑有效消除磨削过程中产生的共振、弯曲、粗糙度差的问题，有效控制薄壁长套筒零件变形量，表面粗糙度下降到Ra0.4以下，所有外圆同轴度、直线度控制在0.01mm以内，缩短了零件加工时间，提升了产品质量。

3、本发明的一种薄壁长套筒零件的制造方法，在加工多种不同规格的薄壁长套筒零件时，只需更换与薄壁长套筒零件相对应的定位芯轴和活动堵头，以及阻尼环和支撑套，结构简单，制造容易，成本低，能适应加工多种不同规格的薄壁长套筒零件，满足薄壁长套筒零件设计要求；

4、本发明的一种薄壁长套筒零件的制造方法，在自适应弹性芯轴装夹装置的设计上有效的提高了相关配件的通用性，在实际应用中只需要针对性的匹配相关长度的芯轴以及支撑套、阻尼环等部件，而在装配内径的设计上可以实现更好的通用性，在配件管理上也提供了极大的方便。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种薄壁长套筒零件的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，钻孔，准备待加工的毛胚料，根据内径要求钻通孔，使内部通孔加工成型；

S2，车削，将钻孔后的待加工件装配于车床，利用车床对钻孔后的待加工件进行外表面加工，精车外圆，并预留磨削余量，同时，在待加工件的指定位置车削螺纹；

S3，粗铣，待加工件整体外形车削加工成型后，再装配于铣床，在待加工件的中部根据加工要求进行粗铣腰形窗口，并留精铣余量；

S4，粗磨，将粗铣后的待加工件装配于磨床，并采用自适应弹性芯轴装夹装置装夹待加工件，装夹完成后进行粗磨，并留精磨余量；

S5，精铣，将粗磨后的待加工件装配于铣床，加工腰形窗口至尺寸要求；

S6，静置，将精铣后的待加工件根据自然时效静置，释放应力；

S7，半精磨，检查完成步骤S6的待加工件的弯曲变形，符合要求情况下采用自适应弹性芯轴装夹装置将待加工件装配于磨床进行半精磨，并留精磨余量；

S8，精磨，检查完成步骤S7的待加工件的弯曲变形，符合要求情况下采用自适应弹性芯轴装夹装置将待加工件装配于磨床进行精磨，加工外圆至尺寸要求；

所述自适应弹性芯轴装夹装置包括作为支撑的芯轴，所述芯轴的一端部设置有固定堵头，以固定堵头为定位端面沿芯轴另一端部依次交叉设置支撑套和阻尼环，在芯轴的另一端部还设置有活动堵头，所述活动堵头的外侧设置有调整螺母，所述调整螺母与活动堵头之间还设置有弹性元件；

其中，在采用自适应弹性芯轴装夹装置装夹待加工件时，还包括以下步骤：

D1，根据待加工件内孔直径选取匹配的自适应弹性芯轴装夹装置；

D2，装配自适应弹性芯轴装夹装置，以芯轴上固定堵头为基准面，先装入支撑套，其次装入阻尼环，根据芯轴长度的要求重复装入支撑套和阻尼环，同时使装入的最后一个部件为支撑套；

D3，将待加工件套设至支撑套和阻尼环上；

D4，在最后装入的支撑套的外侧装入活动堵头，并在活动堵头的外侧依次装入弹性元件和调整螺母，并通过调整螺母使活动堵头与待加工件的端面和支撑套的端面匹配，从而完成待加工件的装夹。

2.如权利要求1所述的一种薄壁长套筒零件的制造方法，其特征在于：在步骤S2中，精车外圆的预留磨削余量为0.16mm-0.36mm。

3.如权利要求1所述的一种薄壁长套筒零件的制造方法，其特征在于：在步骤S4中，粗磨后预留的精磨余量为0.08-0.12mm；

在步骤S7中，半精磨后预留的精磨余量为0.03-0.05mm。

4.如权利要求1所述的一种薄壁长套筒零件的制造方法，其特征在于：在步骤S3中，粗铣后的预留精铣余量为0.16mm-0.36mm。

5.如权利要求1所述的一种薄壁长套筒零件的制造方法，其特征在于：在步骤S6中，待加工件自然静置时长不少于14日。

6.如权利要求1所述的一种薄壁长套筒零件的制造方法，其特征在于：在支撑套和阻尼环的装配完成后的两端部为支撑套，一端部的支撑套与固定堵头匹配，另一端部的支撑套与活动堵头匹配。

7.如权利要求1所述的一种薄壁长套筒零件的制造方法，其特征在于：所述阻尼环的外侧面与待加工件的内侧壁之间的间隙为0.03-0.05mm。

8.如权利要求1所述的一种薄壁长套筒零件的制造方法，其特征在于：在步骤D1中，当待加工件的长度相当时，待加工件的内径不同时，选取不同尺寸的支撑套和阻尼环，不更换芯轴，使支撑套和阻尼环的内径保持与芯轴外径匹配，采用厚度不同且与待加工件内径匹配的外径尺寸；

当待加工件的长度不同，待加工件的内径相同时，采用匹配相应长度的芯轴，且增加支撑套和阻尼环的数量以匹配待加工件的装夹；

当待加工件的长度和内径均不同，则选取长度匹配的芯轴以及内径匹配的阻尼环和支撑套。