专利名称：轴类及管类工件拉紧状态下的加工工艺及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轴类及管类工件的加工工艺，属于轴类及管类工件的外表面加工
技术领域。
背景技术：
目前在车床上加工细长轴类及管类零件时，通常采用一夹一顶，即车床床头一端 采用卡盘夹紧，尾座一端采用顶尖顶紧的方式，这种加工方式在顶紧的时候，顶紧力不好控 制，力过大容易将工件顶弯，力过小，工件在径向定位不准确，并且在加工过程中由于温度 升高，导致工件伸长无法释放而发生弯曲，而且加工后工件的尺寸公差和形位公差不容易 保证。 中国专利文献CN201186355公开了一种《用于柔性长轴加工的工装夹具》，包括 车床主轴卡盘、尾架夹持卡盘、螺纹杆销和锁紧螺母，需要预先在柔性长轴的端部加工螺纹 孔，通过螺纹杆销将柔性长轴夹持在尾架夹持卡盘和车床主轴卡盘上，尾架夹持卡盘和车 床主轴卡盘始终对夹持的柔性长轴施加拉力。该工装夹具使柔性长轴在拉紧状态下车削， 虽然能够提高加工精度，但是柔性长轴的拉紧是靠人力将安装尾架夹持卡盘的车床尾座向 后推移实现，再固定住车床尾架，没有施加拉紧力的装置，拉紧力无法控制，并不能使柔性 长轴真正处于拉紧状态，在加工过程中也无法实现拉紧力的浮动，不能有效减小工件径向 跳动和圆度等形位公差。 上述中国专利文献CN201186355公开的《用于柔性长轴加工的工装夹具》还存在 另一个不足之处，就是工件的两端都采用卡盘定位夹紧，当工件需要改变设备类型，如由车 床车削移到磨床磨削或磨床转车床加工时，两次装夹的位置就会发生变化，也就是说两次 装夹不是同一个定位基准，同样不能有效减小工件径向跳动和圆度等形位公差。
众所周知，通过工件两端的中心孔定位并通过两顶尖装夹来加工轴类工件，可以 保证工件多次装夹采用同一个定位基准，能够有效提高定位和加工精度。如中国专利文献 CN1994666A公开的《一种轴类零件的夹持方法》，是先测出工件自由状态下两端的距离，再 将工件顶在两顶尖之间，其中一个装在活动顶尖座上，工件两端装上法兰盘，分别用螺母旋 紧，使顶尖与工件中心孔贴合，测量工件两端的距离，并与自由状态下相比较，调整活动顶 尖座的位置，使工件两端的距离与自由状态下一致，固定活动顶尖，即可加工工件。这种方 法操作复杂，也没有给出通过何种技术手段调整活动顶尖座的位置使工件两端的距离与自 由状态下一致。工件也没有在拉紧状态下加工，加工过程中不能抵消切削力、热膨胀力等造 成的工件变形。 当需要对工件精确定位，又要通过卡盘夹紧时，可以采用浮动卡盘。浮动卡盘主要 用于不规则的带脱模斜度的坯件，卡盘中孔内可安装顶尖，以便对工件精确定位。卡盘的主 要特性为夹紧力大，在夹紧的同时将工件向后拉，使工件端面紧靠在卡盘的定位面上；卡爪 能单独浮动，能夹持不规则和带小斜度的坯件。如中国专利文献CN2154143公开的《一种顶 尖式浮动卡盘》，包括卡盘体和三爪，卡盘体内的三爪可以绕定位销转动，有顶尖滑动安装
3在卡盘体前端内，卡盘体内有拉杆，拉杆上套装有上、下两个浮动体，卡盘体内有弹簧使三 爪和下浮动体保持锥面接触。浮动卡盘可以实现对工件夹紧的同时又能精确定位，但是需 要中间拉杆的拉动，因此无法实现工件在拉紧状态下的加工。 综合现有技术，使轴类工件通过两顶尖定位在既受顶尖顶压力又受拉紧力的状态 下加工，是提高工件加工精度的关键，但在实际应用上存在一定技术难度，目前尚未发现有 这方面技术的报道。
发明内容
本发明针对现有轴类及管类工件加工技术存在的不足，提供一种多工位加工时定 位准确、能够有效保证加工精度的轴类及管类工件拉紧状态下的加工工艺，同时提供一种 实现该工艺的装置。
本发明的轴类及管类工件拉紧状态下的加工工艺是 在轴类工件的两端加工出中心孔，将管类工件的两端预先固定安装工艺头，工艺 头的外端面上带有中心孔，加工时，将工件两端用顶尖顶住中心孔定位，然后拉住工件在机 床主轴端的一端，或拉住工件在机床主轴端的工艺头，再使尾端的顶尖和工件另一端或另 一端的工艺头在同一个拉力下向后拉，使工件处于拉紧状态，这样使工件在既通过顶尖定 位又处于拉紧状态进行外圆加工。 顶尖可采用浮动顶尖、活顶尖等各种结构形式。 本发明的实现上述加工工艺的装置采用以下技术解决方案 该装置包括安装在机床主轴前端的浮动卡盘和安装在机床尾部的拉紧装置，该拉 紧装置上也安装有浮动卡盘，所述拉紧装置包括液压缸、轴承座、轴承、盘座和底座，液压缸 安装在底座上，液压缸内设有活塞杆，活塞杆的两端分别伸出液压缸的前后端，活塞杆与液 压缸的内壁之间设有活塞杆的径向定位装置，活塞杆的前伸出端安装有轴承座，轴承座上 安装有轴承，轴承上安装有盘座，浮动卡盘安装在盘座上，活塞杆内部设有通孔，盘座上浮 动卡盘的拉杆由活塞杆的通孔伸出，活塞杆的后伸出端安装有一个液压缸，该液压缸内的 活塞也设有内部通孔，盘座上浮动卡盘的拉杆伸入该液压缸的活塞通孔，拉杆通过前后两 个推力轴承与活塞连接在一起。 上述装置应用时，工件通过两浮动卡盘上的顶尖定位，然后通过拉紧装置后部的 液压缸驱动后浮动卡盘的拉杆使后浮动卡盘夹紧工件的后端，再启动拉紧装置，使后浮动 卡盘和工件一起向后拉紧，使工件处于拉紧状态。由于推力轴承的作用，后浮动卡盘、工件 和后浮动卡盘的拉杆能够一起转动。 本发明采用将工件两端顶住的定位装夹方式，可保证多工位加工时采用同一定位 基准，同时在拉紧状态下加工工件，使工件在轴向方向有伸长的趋势，可随时释放工件在加 工过程中因切削力、热膨胀力等引起的变形，在增强工件刚性的同时，又不会造成加工后精 度的反弹，可有效减小工件的径向跳动和圆度等形位公差，提高加工精度。
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例2的结构示意图。
图3是加工管类工件的示意图。 图4是本发明实施例3所述拉紧装置的结构示意图。
图5是本发明实施例4的结构示意图。 其中1 、后连接盘，2、螺钉，3、挡圈，4、盘座，5、轴承，6、轴承座，7、前端盖，8、液压 缸，9、活塞杆，10、定位销，11、底座，12、键，13、轴类工件，14、前连接盘，15、螺栓，16、工艺 头，17、顶尖，18、连接套，19、管类工件，20、螺杆，21、手轮，22、弹簧，23、拉杆，24、套筒，25、 前浮动卡盘拉杆，26、前浮动卡盘，27、顶尖，28、后浮动卡盘工件，29、后浮动卡盘拉杆，30、 连接盘，31、左端盖，32、活塞，33、推力轴承，34、缸体，35、右端盖。
具体实施方式
实施例1 如图1所示，将轴类工件13的两端均安装一个工艺头16，工艺头16呈圆盘状，可 通过螺纹或其他形式与轴类工件13固定在一起。通过螺栓15将前端工艺头与前连接盘14 连接在一起，将后端工艺头与后连接盘1连接在一起，两个连接盘上均带有顶尖17，工艺头 与连接盘连接的同时顶尖17顶住轴类工件13两端的中心孔。顶尖17的轴线处在同一直 线上。前端连接盘14安装在机床主轴的端部，安装方式与卡盘在主轴端部的方式一样。这 样就通过与前连接盘14的连接将前工艺头与机床主轴拉住。将后连接盘1与一个拉紧装 置连接，该拉紧装置通过后连接盘1同时向后拉工艺头和后连接盘1上的顶尖，这样就使轴 类工件13处于拉紧状态，又通过两连接盘上的顶尖定位。 也可以在前连接盘14上不带有顶尖，而是将顶尖直接安装在主轴内孔中。
上述的拉紧装置采用如图1所示的液压驱动结构，包括液压缸8、轴承座6、轴承5、 盘座4和底座11，液压缸8安装在底座11上，底座11的底部结构与车床尾座一样，其在机 床上的移动和固定方式与机床尾座在机床上的移动和固定方式一样。液压缸8内设有活塞 杆9，活塞杆9的一端伸出液压缸8的前端盖7，活塞杆9与液压缸8的缸体内壁之间设有 密封圈，液压缸8的前端盖7与活塞杆9接触处设有密封圈和防尘圈，液压缸8的后端盖与 液压缸8的缸体内壁之间也设有密封圈。液压缸8的前后部分别设有进出油口，与液压控 制系统连接，液压控制系统为现有常规技术。活塞杆9的伸出端安装有轴承座6，轴承座6 与活塞杆9通过键12连接，并通过螺钉2和挡圈3轴向固定。轴承座6上安装有轴承5，轴 承5采用具有高轴向和径向承载能力的YRT转台轴承，YRT转台轴承包括一个座圈和一个 轴圈，座圈通过螺钉与轴承座6连接，轴圈通过螺钉与盘座4连接。后连接盘1通过螺栓安 装在盘座4上。拉紧装置的作用是带动后连接盘1轴向移动，活塞杆9只能轴向移动不能 转动。为了防止活塞杆9随后连接盘1转动，在活塞杆9上加工出轴向槽，在液压缸8的缸 体内壁上安装定位销IO，定位销10与活塞杆9上的轴向槽配合，保证了活塞杆9只能轴向 移动而不能转动。定位销10可采用T型键。 加工轴类工件13时，在机床导轨上移动底座11到合适位置，将轴类工件13的两 端分别顶在前连接盘14和后连接盘1的顶尖17之间，固定住底座11。液压控制系统控制 液压油由液压缸8的前部进入，后部出油，推动活塞杆9带动后连接盘1向后移动，使轴类 工件13拉紧在前连接盘14和后连接盘1之间，同时又不影响两顶尖的定位。机床主轴通 过前连接盘14、螺栓15和工艺头带动轴类工件13转动。
实施例2 本实施例与实施例1的不同是，工艺头与连接盘的连接方式采用如图2所示的形 式，在工艺头上套装一个连接套18，连接套18带有内螺纹，在连接盘的外侧面带有外螺纹， 将连接套18移到连接盘的端面并转动，直至拧紧。机床主轴通过前连接盘14、连接套18和 工艺头带动工件转动。 加工管类工件19的过程如图3所示，与加工轴类工件13不同在于采用的工艺头
的结构不同。所用工艺头的一端伸入管类工件19的内孔中，通过撑住工件而使两者固定连
接在一起。 实施例3 本实施例的拉紧装置与实施例1的拉紧装置不同，采用如图4所示的采用螺旋移 动机构，包括套筒24、拉杆23、螺杆20、轴承座6、轴承5、盘座4和底座11，套筒24安装在 底座11上，底座11的底部结构与车床尾座一样，其在机床上的移动和固定方式与车床尾座 在车床上的移动和固定方式一样。套筒24内设有拉杆23，拉杆23的一端伸出套筒24前端 盖，套筒24的后端盖上通过螺纹连接有螺杆20，螺杆20的前端顶在拉杆23的后端，螺杆 20的后端安装有手轮21。在套筒24内拉杆18与套筒24的前端盖之间设有弹簧22。拉杆 23伸出套筒24的一端安装有轴承座6，轴承座6与拉杆23通过键连接，并通过螺栓和挡圈 轴向固定。轴承座6上安装有轴承5，轴承5上连接有盘座4，后连接盘1安装在盘座4上。 在套筒24的内壁上安装定位销IO，保证了拉杆23只能轴向移动而不能转动。
加工轴类工件13时，在机床导轨上移动底座11到合适位置，通过转动手轮21使 螺杆20向前移动，同时螺杆20推动拉杆23也向前移动，给弹簧22 —个预压力，在此状态 时，将轴类工件13的两端分别夹持在前连接盘14和后连接盘1之间，固定住底座11。然 后，反向转动手轮21，使螺杆20向后移动，不再与拉杆23接触，拉杆23处于自由状态，此 时，弹簧22在预压力作用下推动拉杆23向后移动，同时拉杆23带动后连接盘1向后移动， 使轴类工件13拉紧在前连接盘14和后连接盘1之间，进行加工。
实施例4 如图5所示，本实施例采用浮动卡盘，所采用的拉紧装置与实施例l基本相同，不 同之处是后连接盘1改为后浮动卡盘28，拉紧装置液压缸8的活塞杆9是空心的并且伸出 液压缸8的后端盖，后浮动卡盘拉杆29伸出活塞杆9。活塞杆9的后端安装有连接盘30， 连接盘30上安装有由左端盖31、缸体34、活塞32和右端盖35组成的液压缸，活塞32的两 端与后浮动卡盘拉杆29之间均设有推力轴承33。两个浮动卡盘内的顶尖27可以是固定的 也可以是浮动的。 轴类工件13的两端不带工艺头，轴类工件13的两端安装在前浮动卡盘26和后浮 动卡盘28的顶尖27之间。前浮动卡盘26安装在机床主轴上，在机床主轴的后端安装有中 通回转油缸，前浮动卡盘拉杆25与该油缸活塞连接，在该油缸的带动下前浮动卡盘拉杆25 拉动前浮动卡盘26夹紧工件，中通回转油缸、前浮动卡盘26和轴类工件13随机床主轴一 起转动。后浮动卡盘28安装在实施例1所示的拉紧装置的盘座4上。
首先通过两浮动卡盘顶尖定位，然后通过由左端盖31、缸体34、活塞32和右端盖 35组成的液压缸驱动后浮动卡盘拉杆29使后浮动卡盘28夹紧轴类工件13的后端，再启动 拉紧装置，使后浮动卡盘28、其上的顶尖27和轴类工件13 —起向后拉紧，使轴类工件13处于拉紧状态。由于推力轴承33的作用，后浮动卡盘28、轴类工件13和后浮动卡盘拉杆29能够一起转动。 加工管类工件的过程可结合图3所示。
权利要求
一种轴类及管类工件拉紧状态下的加工工艺，其特征是在轴类工件的两端加工出中心孔，将管类工件的两端预先固定安装工艺头，工艺头的外端面上带有中心孔，加工时，将工件两端用顶尖顶住中心孔定位，然后拉住工件在机床主轴端的一端，或拉住工件在机床主轴端的工艺头，再使尾端的顶尖和工件另一端或另一端的工艺头在同一个拉力下向后拉，使工件处于拉紧状态，这样使工件在既通过顶尖定位又处于拉紧状态进行外圆加工。
2. —种实现权利要求1所述轴类及管类工件拉紧状态下的加工工艺的装置，包括安装在机床主轴前端的浮动卡盘和安装在机床尾部的拉紧装置，该拉紧装置上也安装有浮动卡盘，其特征是所述拉紧装置包括液压缸、轴承座、轴承、盘座和底座，液压缸安装在底座上，液压缸内设有活塞杆，活塞杆的两端分别伸出液压缸的前后端，活塞杆与液压缸的内壁之间设有活塞杆的径向定位装置，活塞杆的前伸出端安装有轴承座，轴承座上安装有轴承，轴承上安装有盘座，浮动卡盘安装在盘座上，活塞杆内部设有通孔，盘座上浮动卡盘的拉杆由活塞杆的通孔伸出，活塞杆的后伸出端安装有一个液压缸，该液压缸内的活塞也设有内部通孔，盘座上浮动卡盘的拉杆伸入该液压缸的活塞通孔，拉杆通过前后两个推力轴承与活塞连接在一起。
全文摘要
本发明提供了一种轴类及管类工件拉紧状态下的加工工艺及装置。该工艺是将工件两端用顶尖顶住中心孔定位，然后拉住工件在机床主轴端的一端，或拉住工件在机床主轴端的工艺头，再使尾端的顶尖和工件另一端或另一端的工艺头在同一个拉力下向后拉，使工件处于拉紧状态，这样使工件在既通过顶尖定位又处于拉紧状态进行外圆加工。该装置包括安装在机床主轴前端的浮动卡盘和安装在机床尾部的拉紧装置，该拉紧装置上也安装有浮动卡盘，拉紧装置的后端安装有浮动卡盘拉杆的液压缸。本发明可保证多工位加工时采用同一定位基准，同时在拉紧状态下加工工件，提高了工件加工时的刚度，使工件在轴向方向有伸长的趋势可有效提高加工精度。
文档编号B23Q3/00GK101733655SQ20091022107
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年11月6日
发明者王爱福, 赵显华 申请人:赵显华