一种环形零件加工方法 |
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申请号 | CN202410252713.0 | 申请日 | 2024-03-06 | 公开(公告)号 | CN117900521A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
申请人 | 沈阳鼓风机集团核电泵业有限公司; | 发明人 | 刘文英; 孟艳玲; 关锰; 郭杨; 王芳; 崔文东; 田云; 谭俊哲; 张玉金; 贾洪岩; 王良; 胡英俊; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种环形零件加工方法,通过对加工面分割,每次装夹可进行多个面 车削 ,加工过程简单,易实施,采用内孔限位端面压紧,避免对薄壁零件施 力 导致形变,提高 精度 。本发明的主要技术方案为:一种环形零件加工方法,包括由毛坯的外圆夹持毛坯,毛坯位于初始 位置 ,在毛坯上车削内孔和第一端面;初次翻转毛坯,至少由毛坯的第一端面、相背第一端面的第二侧和内孔夹持毛坯,在毛坯上车削外周面和第二端面;再次翻转毛坯,使毛坯位于初始位置,至少由毛坯的第二端面、内孔和毛坯的外周夹持毛坯,车削内孔边沿以形成环形零件。本发明主要用于环形零件加工。 | ||||||
权利要求 | 1.一种环形零件加工方法,其特征在于,包括: |
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说明书全文 | 一种环形零件加工方法技术领域[0001] 本发明涉及零件加工技术领域,尤其涉及一种环形零件加工方法。 背景技术[0002] 高性能环类零件广泛应用于众多重要工业领域,其制造技术体现了国家机械制造能力和水平。在对截面近似为L形的薄壁环件进行切削加工时,由于零件的内径和外径尺寸 大,轴向尺寸小,柱形区域与盘状区域的衔接处弧度大,特殊的结构导致薄壁环件刚性差, 在大型立式车床上进行加工时,无论是装夹、切削和翻转,常规工艺方法都无法实现零件尺 寸加工及变形的控制。因此,如何精准的进行L形环类零件的加工一直是行业中不断探寻的 问题。 发明内容[0003] 有鉴于此,为解决上述至少一项技术问题,本发明提供一种环形零件加工方法。 [0004] 为达到上述目的,本发明主要提供如下技术方案: [0005] 本发明提供了一种环形零件加工方法,包括: [0007] 初次翻转毛坯,至少由毛坯的第一端面、相背第一端面的第二侧和内孔夹持毛坯,按环形零件的外周面轮廓,在毛坯上车削外周面,并按环形零件的轴向高度在毛坯的第二 侧上车削第二端面; [0008] 再次翻转毛坯,使毛坯位于初始位置,至少由毛坯的第二端面、内孔和毛坯的外周夹持毛坯,按环形零件的内孔边沿轮廓车削内孔边沿,以形成环形零件。 [0009] 其中,毛坯为包括毛坯内孔的环状毛坯,第一端面位于毛坯的第一侧,毛坯的第一侧和毛坯的第二侧为毛坯轴向的相背两侧; [0010] 在按环形零件的内孔尺寸在毛坯上车削内孔的步骤之前,方法还包括:进行毛坯内孔找正。 [0011] 其中,毛坯内孔的直径为D4,环形零件的内孔直径为D1,满足D4=D1‑10mm; [0012] 毛坯外圆的直径为D5,环形零件的外周直径为D2,满足D5=D2+10mm; [0013] 毛坯的轴向高度为H2,环形零件的轴向高度为H1,满足H2=H1+10mm。 [0014] 其中,由毛坯的外圆夹持毛坯的步骤,具体为,采用第一夹具至少由毛坯的外圆夹持毛坯; [0015] 至少由毛坯的第一端面、相背第一端面的第二侧和内孔夹持毛坯的步骤,具体为,采用第二夹具和第三夹具配合至少由毛坯的第一端面、相背第一端面的第二侧和内孔夹持 毛坯; [0016] 至少由毛坯的第二端面、内孔和毛坯的外周夹持毛坯的步骤,具体为,采用第一夹具和第二夹具配合至少由毛坯的第二端面、内孔和毛坯的外周夹持毛坯。 [0018] 环形零件加工方法,还包括: [0019] 基于环形零件的内孔尺寸加工第二夹具; [0020] 对支撑台和内孔限位台的衔接位置进行尖角清根。 [0021] 其中,第三夹具为压紧工装,采用第二夹具和第三夹具配合至少由毛坯的第一端面、相背第一端面的第二侧和内孔夹持毛坯,按环形零件的外周面轮廓,在毛坯上车削外周 面,并按环形零件的轴向高度在毛坯的第二侧上车削第二端面的步骤,具体为: [0022] 翻转毛坯,使第一端面与支撑台贴合,内孔限位台伸入内孔; [0023] 采用第三夹具由毛坯的第二侧压紧毛坯; [0024] 按环形零件的外周面轮廓在毛坯上车削外周面; [0025] 移动第三夹具,使第三夹具由第二侧的区域压紧,变为在毛坯的外周面压紧。 [0026] 按环形零件的轴向高度在毛坯相背第一端面的第二侧上车削第二端面。 [0027] 其中,采用第三夹具由毛坯的第二侧压紧毛坯时,第三夹具位于毛坯加工外周面所需的去除区域之外。 [0028] 其中,第三夹具在毛坯上的压紧点大于等于8个,且小于等于16个,且压紧点相对内孔的轴线对称; [0029] 移动第三夹具的步骤,具体为,一次移动相对内孔的轴线对称的两个压紧点至外周面,直到全部压紧点移动完成。 [0030] 其中,环形零件包括外倒角和内倒角; [0031] 在毛坯上车削第一端面的步骤的同时,还包括: [0032] 按环形零件的外倒角的尺寸在毛坯上车削外倒角; [0033] 按环形零件的外周面轮廓,在毛坯上车削外周面,并按环形零件的轴向高度在毛坯的第二侧上车削第二端面的步骤的同时,还包括: [0034] 按环形零件的内倒角的尺寸在毛坯上车削内倒角。 [0035] 其中,在毛坯上车削第一端面的步骤,包括,车削第一端面,以使毛坯的第一侧至第二侧的高度为H3,环形零件的轴向高度为H1,满足,H3=H1+5mm; [0036] 按环形零件的轴向高度在毛坯的第二侧上车削第二端面的步骤,包括,车削第二端面,以使第二端面到第一端面的高度为H1。 [0037] 本发明提出的环形零件加工方法,主要通过合理的对加工面进行分割,每次装夹后可对应进行多个面的车削加工,可减少翻转和装夹的次数,减少因装夹导致的误差,使得 加工过程简单,易实施。同时,每次毛坯的翻转装夹均采用内孔限位,端面压紧的装夹方式, 可避免单一对薄壁施力导致的装夹形变,提高加工的稳定性和精度。 附图说明 [0038] 图1为本发明实施例提供的一种环形零件加工方法的流程示意图; [0039] 图2为使用本发明实施例提供的一种环形零件加工方法加工的环形零件的部分区域剖视结构示意图; [0040] 图3为本发明实施例提供的一种环形零件加工方法中毛坯的部分区域剖视结构示意图; [0041] 图4为本发明实施例提供的一种环形零件加工方法中毛坯在第一种装夹状态下的结构示意图; [0042] 图5为本发明实施例提供的一种环形零件加工方法中毛坯在第二种装夹状态下的结构示意图; [0043] 图6为本发明实施例提供的一种环形零件加工方法中毛坯在第三种装夹状态下的结构示意图; [0044] 图7为本发明实施例提供的一种环形零件加工方法中毛坯在第四种装夹状态下的结构示意图。 具体实施方式[0045] 在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特 定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。 [0046] 此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上, 除非另有明确具体的限定。 [0047] 在本申请中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元 件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发 明中的具体含义。 [0048] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。 [0049] 如图1所示,本发明实施例提供了一种环形零件加工方法,用于加工环形零件,环形零件可以是多种结构,但具有共同的特点,主要包括在轴向上延伸的环状区域,以及围绕 环状区域一周,位于环状区域一端的盘状区域,环状区域与盘状区域共同构成了环形零件 的周向截面为近似的L形。环状区域上具有轴向贯通的内孔,毛坯的第一侧和毛坯的第二侧 指的是毛坯的轴向两侧。内孔在对应盘状区域一侧的边沿具有倒角,倒角可以是平面倒角, 也可以是如图2所示的弧面倒角,弧面倒角的弧度为R2。环形零件的外周面指的是环形零件 表面中除内孔内壁、第一侧端面和第二侧端面以外的表面,即外周面为第一端面至第二端 面之间的外表面。外周面在环状区域与盘状区域的衔接位置处的过度,可以是直角过度,也 可以是如图2中所示的弧面过度,如弧面过度的弧度为R1。R1与R2可以为相同的弧度,也可 以不同,可根据工件的使用场景设置。一些实施方式中,第一端面与外周面的衔接位置处还 可以包括外倒角,第二端面与外周面的衔接位置处还可以包括内倒角。外倒角和内倒角的 角度ɑ可以根据需要为多种。 [0050] 值得说明的是,为方便对实施方式进行说明,本申请以图2中的具体环类零件为例,但本申请提供的环形零件加工方法,可以通用于各种周向截面近似L形的环类零件的加 工。 [0051] 环形零件加工方法包括: [0052] 由毛坯的外圆夹持毛坯,使毛坯位于初始位置,按环形零件的内孔尺寸在毛坯上车削内孔,同时在毛坯上车削第一端面; [0053] 初次翻转毛坯,至少由毛坯的第一端面、相背第一端面的第二侧和内孔夹持毛坯,按环形零件的外周面轮廓,在毛坯上车削外周面,并按环形零件的轴向高度在毛坯的第二 侧上车削第二端面; [0054] 再次翻转毛坯,使毛坯位于初始位置,至少由毛坯的第二端面、内孔和毛坯的外周夹持毛坯,按环形零件的内孔边沿轮廓车削内孔边沿,以形成环形零件。 [0055] 以图3中的方向为例,毛坯位于初始位置时,底侧为第二侧,顶侧为第一侧,毛坯轴向为竖直方向。如图4所示,可通过第一夹具由毛坯的径向外圆上对毛坯限位,使得毛坯位 置稳定。按环形零件的内孔尺寸在毛坯上车削内孔,形成内孔内壁。对第一侧表面,即朝上 的表面进行车削,形成环形零件的第一端面。在环形零件包括外倒角的实施方式中,还包括 按环形零件的外倒角的尺寸在毛坯上车削外倒角,车削规则以外倒角在第一端面上的边沿 为准,如图2中所述,外倒角在第一端面上的边沿所对应的直径为D3,即可按照直径为D3进 行外倒角的车削,可保证外倒角位置更加准确。在图4‑图7的各个夹持状态下,车削的表面 均采用加粗线条示意。 [0056] 图4的夹持状态下的内孔、第一端面和外倒角车削完成后,进行毛坯的初次翻转,使得毛坯的第一侧和第二侧倒置,至少由毛坯的第一端面、相背第一端面的第二侧和内孔 夹持毛坯的步骤,具体可以为采用第二夹具和第三夹具配合至少由毛坯的第一端面、相背 第一端面的第二侧和内孔夹持毛坯。将车削好的第一端面朝下,即朝向第二夹具,第二夹具 和第三夹具配合,由毛坯的第一端面即底侧、第二侧即顶侧夹持毛坯,继而对毛坯轴向定 位,还通过内孔夹持毛坯,使得毛坯的径向位置固定,这种装夹方式可以避免薄壁处的径向 挤压,避免装夹导致的毛坯形变。如图5所示,按环形零件的外周面轮廓,在毛坯上车削外周 面,这一过程中,应满足环形零件所需的H4和H5的尺寸,其中H4为环状区域的厚度或者盘状 区域的厚度,H5为内倒角在第二端面的边沿至内孔内壁的距离或者外倒角在外周面的边沿 至盘状区域顶面边沿的距离。如图6所示,按环形零件的轴向高度在毛坯相背第一端面的第 二侧上车削第二端面,即上端面,这一过程将在下文中结合实施方式进行更加详细的说明。 在环形零件包括内倒角的实施方式中,还包括按环形零件的内倒角的尺寸在毛坯上车削内 倒角,车削规则以内倒角在第二端面上的边沿为准,可如外倒角的加工一致,以内倒角在第 二端面上边沿的直径为基准进行内倒角的车削,可保证内倒角位置更加准确。 [0057] 在环形零件包括内倒角时,在按环形零件的外周面轮廓,在毛坯上车削外周面,并按环形零件的轴向高度在毛坯相背第一端面的第二侧上车削第二端面的步骤之后,按环形 零件的内倒角的尺寸在毛坯上车削内倒角。而后即可进行毛坯的再一次翻转,使得毛坯翻 转到第一次夹持的初始位置,进入如图7所示状态,如环形零件不包括内倒角,则按环形零 件的轴向高度在毛坯相背第一端面的第二侧上车削第二端面的步骤之后,即可进行毛坯的 再一次翻转,使得毛坯翻转到第一次夹持的初始位置,进入如图7所示状态。如图7所示,对 毛坯进行第三次装夹,可采用第一夹具和第二夹具配合装夹。具体的,采用第一夹具由毛坯 的外周夹持毛坯,采用第二夹具由毛坯的第二侧或者说第二端面和毛坯的内孔夹持毛坯, 继而进行毛坯的径向限位。通过内孔以及外周面的同时限位,避免毛坯薄壁受力导致形变。 按环形零件的内孔边沿轮廓车削内孔边沿,如在内孔边沿具有弧面倒角的实施方式中,车 削弧度为R2的倒角,以形成如图2所示的环形零件。 [0058] 本发明提出的环形零件加工方法,主要通过合理的对加工面进行分割,每次装夹后可对应进行多个面的车削加工,可减少翻转和装夹的次数,减少因装夹导致的误差,使得 加工过程简单,易实施。同时,每次毛坯的翻转装夹均采用内孔限位,端面夹紧的装夹方式, 可避免单一对薄壁施力导致的装夹形变,提高加工的稳定性和精度。 [0059] 进一步的,毛坯为包括毛坯内孔的环状毛坯,毛坯的第一侧和毛坯的第二侧为毛坯轴向的相背两侧。在按环形零件的内孔尺寸在毛坯上车削内孔的步骤之前,方法还包括: 进行毛坯内孔找正。继而使得内孔的车削位置准确。 [0060] 如图3所示,为使得毛坯具有足够的加工余量,以及提高车削的效率,毛坯的尺寸可采用如下规则:毛坯内孔的直径为D4,环形零件的内孔直径为D1,满足D4=D1‑10mm,以保 证足够余量加工内孔;毛坯外圆的直径为D5,环形零件的外周直径为D2,满足D5=D2+10mm, 保证有足够的外周加工余量;毛坯的轴向高度为H2,环形零件的轴向高度为H1,满足H2=H1 +10mm,保证有足够的高度加工余量。 [0061] 一种实施方式中,第一夹具包括四个夹爪,采用第一夹具夹持毛坯的步骤具体为:采用夹爪至少在毛坯外周的径向四点夹持毛坯,保证径向稳定。此外,第一夹具还可以包括 台面,以进行毛坯的第二侧的支撑,继而对毛坯进行轴向限位。 [0062] 一种实施方式中,在采用第二夹具和第三夹具配合至少由毛坯的第一端面、相背第一端面的第二侧和内孔夹持毛坯的步骤之前,还包括:基于环形零件的内孔尺寸加工第 二夹具;对支撑台和内孔限位台的衔接位置进行尖角清根。 [0063] 具体的,如图5‑6所示,第二夹具至少包括支撑台100和内孔限位台200,内孔限位台200突出于支撑台100的顶面,内孔限位台200的外径为D6,环形零件的内孔直径D1与内孔 限位台200的外径D6差小于预设精度值。预设精度值可以为0.02毫米,预设精度值可根据零 件的尺寸及形位公差精度进行大小调整。支撑台100的顶面和内孔限位台200的侧壁夹角为 90度。第二夹具可以在加工环形零件的过程中进行加工,也可以提前单独加工成通用的第 二夹具。 [0064] 第三夹具为压紧工装,初次翻转毛坯,采用第二夹具和第三夹具配合至少由毛坯的第一端面、相背第一端面的第二侧和内孔夹持所述毛坯,按环形零件的外周面轮廓,在毛 坯上车削外周面,并按环形零件的轴向高度在毛坯相背第一侧的第二侧上车削第二端面的 步骤,具体为: [0065] 先将第二夹具与设备工作台固定,保证第二夹具的支撑台100与设备工作台平行,第二夹具的内孔限位台200与设备工作台回转中心重合。 [0066] 然后翻转毛坯,使已经车削好的第一端面与支撑台100的上表面贴合,内孔限位台200伸入内孔,与内孔进行限位。如图5所示,而后采用第三夹具由毛坯的第二侧压紧毛坯, 即由毛坯的顶侧压紧毛坯。按环形零件的外周面轮廓,在毛坯上车削外周面。移动第三夹 具,如图6所示,使第三夹具由外周面远离毛坯的第二侧的区域压紧毛坯,继而实现为第二 侧的车削让位。而后按环形零件的轴向高度在毛坯相背第一侧的第二侧上车削第二端面。 [0067] 如图5所示,采用第三夹具由毛坯的第二侧压紧毛坯时,第三夹具位于毛坯加工外周面所需的去除区域之外。或者说,第三夹具的位置应为加工外周面让位,第三夹具的位置 应满足距离内孔的轴线的距离小于D1/2+H4,且大于D1/2。其中,第三夹具在毛坯上的压紧 点大于等于8个,且小于等于16个,但必须是偶数个,如可以为8个、10个┄16个,压紧点相对 内孔的轴线对称,且压紧点在圆周方向应均布,继而保证毛坯装夹受力均匀,避免装夹变 形。在外周面加工完成后,需要将第三夹具移走,以进行毛坯的第二侧的车削。移动第三夹 具的步骤,具体为,毛坯不动,一次移动圆周方向上对称的两个压紧点至外周面相应位置 上,直到全部压紧点移动完成。继而保证第三夹具移动过程中毛坯受力平衡,不会倾斜移 动。使第三夹具由外周面远离毛坯的第二侧的区域压紧毛坯,指的是第三夹具由外周面位 于盘状区域内的部分压紧毛坯,图6仅是一种第三夹具的示例,第三夹具可以为螺栓和压板 的组合,压板挤压盘状区域对应的外周面,螺栓插接压板,并旋拧至支撑台100或设备工作 台,以实现毛坯的固定。图5‑6中, 为第三夹具压紧符号。 [0068] 进一步的,在第一夹具包括四个夹爪,第二夹具包括支撑台100和内孔限位台200的实施方式中,毛坯的再次翻转到第一次夹持的初始位置,对毛坯进行第三次装夹时,先采 用第二夹具由毛坯的第二端面和毛坯的内孔夹持毛坯,具体为,已经车削好的第二端面与 支撑台100的上表面贴合,内孔限位台200伸入内孔,内孔及第一端面找正。而后采用四个夹 爪由毛坯的外周夹持毛坯,具体为,如图7中,使用第二夹具与毛坯件内孔配合,进行毛坯的 径向限位,保证毛坯件轴线与第二夹具轴线重合,进而实现毛坯件轴线与设备回转中心线 重合。毛坯件位置确定后,再通过第一夹具由盘状区域远离环状区域的边沿外周夹持毛坯, 实现毛坯的径向限位。 [0069] 在毛坯件第二次装夹和第三次装夹过程中(图5、图6、图7),第二夹具与设备工作台的相对位置固定不动。也就是说,在第二次装夹时,将第二夹具与设备工作台固定,保证 第二夹具的支撑台100与设备工作台平行,第二夹具的内孔限位台200与设备工作台回转中 心重合。之后第三次装夹时,只是将毛坯件翻转,第二夹具与设备工作台之间的固定是不动 的。 [0070] 由于毛坯的第一侧的车削和毛坯的第二侧的车削均会影响毛坯的轴向高度,继而可设置在车削第一侧的第一端面时留有余量,供后续车削第二侧以形成第二端面。具体的, 按环形零件的轴向高度H1在毛坯的第一侧上车削第一端面的步骤,包括,车削第一端面,以 使毛坯的第一侧至第二侧的高度为H3,环形零件的轴向高度为H1,满足,H3=H1+5mm,即如 图4所示的高度,车削第一侧形成第一端面后,毛坯轴向高度高于环形零件所需高度。 [0071] 而后在进行第二侧车削时,按环形零件的轴向高度在毛坯相背第一侧的第二侧上车削第二端面的步骤,包括,车削第二端面,以使第二端面到第一端面的高度为H1,即在毛 坯的第二侧上车削掉5mm的厚度,继而达到环形零件所需高度。 [0072] 以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。 |