利用切削液环流效应提高薄壁圆环类零件车削刚度和加工圆度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及薄壁圆环类零件的精密加工技术领域，具体涉及利用切削液环流效应提高薄壁圆环类零件车削刚度和加工圆度的方法。
【背景技术】
[0002]轴承是一种广泛应用于机械、电子产品的基础部件。它一般由外圈、内圈、滚动体和保持架组成。轴承外圈和内圈统称轴承套圈，它们是典型的薄壁圆环类零件，其通常采用的加工工艺为:毛坯成形(锻件或管件)—退火—车削或冷辗扩—淬火、回火—磨削—超精研。其中磨削一般包括端面磨、外圆磨或内圆磨、滚道无心磨。多道磨削工艺成本高、效率低，而且工艺参数控制不当很容易造成套圈磨削烧伤，产生表面变质层，对轴承寿命造成严重影响。随着数控机床技术、刀具技术的高速发展，近年来发展出一种可能替代磨削加工技术作为轴承套圈精加工工艺的硬车削技术。硬车削技术即采用特殊刀具(PCBN、陶瓷、金刚石等刀具)在高主轴刚度、高精度车床上加工淬硬零件的技术，它具有高精度、高效、经济、清洁的特点。在合适的切削条件和工艺下，硬车削技术能获得与磨削技术相当甚至更好的几何精度和表面质量，包括表面粗糙度、尺寸精度、形状精度、位置精度，硬度分布、金相组织、残余应力状态等，尤其是经硬车削加工的表面呈残余压应力状态，对提高零件的抗疲劳寿命有重要作用。
[0003]轴承套圈的精密硬车削工艺一般采用三爪卡盘装夹定位，以轴承内圈为例，先以外径和端面定位，硬车内径和另一端面，再以硬车过的内径和端面定位，精密硬车外径、端面和沟道，轴承套圈是薄壁圆环类零件，刚度差，装夹过程、切削过程中极易因装夹力、切削力而产生较大径向变形，严重影响加工精度，进而影响轴承装配精度和使用寿命。在这种加工工艺中，每个套圈经两次装夹定位，引入定位误差，同时，使用三爪卡盘装夹，加工后沟道容易出现三角形圆度误差轮廓，影响加工精度。
[0004]综上，由于轴承套圈刚度不足，现行硬车加工工艺在装夹方式、加工工艺上存在比较突出的技术、质量问题。因此，研究、发明轴承套圈新的加工工艺，克服现有硬车加工工艺需多次装夹、装夹和加工变形较大的问题，实现轴承的高精度制造，显得十分迫切和必要。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明提供了一种利用切削液环流效应提高薄壁圆环类零件车削刚度和加工圆度的方法，采用磁力卡盘或真空吸盘对薄壁圆环类零件的一端进行轴向夹持，且所述薄壁圆环类零件采用端部平面定位与圆柱面千分表对中相结合的定位方式来进行定位;所述薄壁圆环类零件在硬车削过程中，所述薄壁圆环类零件随磁力卡盘或真空吸盘高速旋转，向所述薄壁圆环类零件的内表面喷射高速切削液，使得切削液随所述薄壁圆环类零件表面环流。
[0006]较佳地，所述磁力卡盘或真空吸盘与所述薄壁圆环类零件接触的装夹定位面的平面度小于或等于3μπι，所述薄壁圆环类零件与所述磁力卡盘或真空吸盘接触的定位端面的平面度小于或等于1Μ1。
[0007]较佳地，所述薄壁圆环类零件夹紧、定位的具体步骤为:
[0008](I)将所述薄壁圆环类零件的一端贴于所述磁力卡盘或真空吸盘的装夹定位面上，且使得所述薄壁圆环类零件与所述磁力卡盘或真空吸盘同轴；
[0009](2)所述磁力卡盘或真空吸盘施加夹紧力到一定程度，此时轻敲所述薄壁圆环类零件，其能在磁力卡盘或真空吸盘的装夹定位面上微小滑动但不会在重力作用下掉落；
[0010](3)将所述千分表的表座固定在车床刀塔上，使得所述千分表的表针打在所述薄壁圆环类零件的外圆面上，拨动车床卡盘使其转动，观察千分表表头指针变化;同时轻敲所述薄壁圆环类零件的内圆面，直至拨动车床主轴时，千分表表头指针变化最小为止；
[0011](4)然后，将所述磁力卡盘或真空吸盘的夹紧力提升至最大，对所述薄壁圆环类零件进行硬车加工。
[0012]较佳地，对所述薄壁圆环类零件仅通过一次定位夹紧，来实现薄壁圆环类零件的外圆柱面、内圆柱面、端面以及内外圆柱面上的环形沟道的加工。
[0013]较佳地，所述薄壁圆环类零件在夹紧、定位前先进行淬火、回火处理，使得所述薄壁圆环类零件的硬度大于45HRC。
[0014]较佳地，所述薄壁圆环类零件的硬度为58HRC-62HRC。
[0015]较佳地，在硬车加工前通过对所述薄壁圆环类零件的端部进行磨削加工，从而来保证端部的平面度。
[0016]较佳地，用于对所述薄壁圆环类零件进行硬车加工的刀具采用PCBN涂层刀片。
[0017]本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:
[0018](I)本发明在薄壁圆环类零件随磁力卡盘高速旋转，刀具对薄壁圆环类零件的内表面进行加工的过程中，高速切削液喷射至零件内部后，在离心力的作用下贴附与零件内表面，形成一定厚度的、高速流动的环形切削液，环形切削液给薄壁圆环类零件提供均匀的径向胀紧力，即切削液环流效应;环流切削液提高了薄壁圆环类零件刚度，从而减小了车削过程中的变形，提高其内外圆柱面和内外圆柱面上环形沟道的圆度；
[0019](2)本发明提供的提高薄壁圆环类零件端面车削圆度的方法，通过控制薄壁圆环类零件端面平面度及其装夹定位件(磁力卡盘或真空吸盘)工作面的平面度，从而大大提高了薄壁圆环类零件夹紧定位的精确度，从而提高了薄壁圆环类零件的圆度，实现高精度制造；
[0020](3)本发明采用千分表与磁力卡盘或真空吸盘进行定位夹紧的方式，与现有技术中采用三爪卡盘定位夹紧的方式相比，本发明的定位夹紧与加工方法，可通过一次装夹定位，就能够实现薄壁圆环类零件的外圆柱面、内圆柱面、端面、内外圆柱面上的环形沟道等的加工，能够有效防止装夹和加工过程中薄壁圆环类零件的径向变形，显著提高薄壁圆环类零件的车削加工圆度，为轴承套圈等薄壁圆环类零件超精密车削加工提供了一种有效方法。
【附图说明】
[0021]结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中:
[0022]图1为本发明中薄壁圆环类零件硬车削示意图；
[0023]图2为本发明实施例中角接触轴承外圈的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
[0025]本发明提供了一种利用切削液环流效应提高薄壁圆环类零件车削刚度和加工圆度的方法，用以解决现有技术中薄壁圆环类零件在硬车加工时易变性、精度差等问题；其中，薄壁圆环类零件具体可为轴承内圈、轴承外圈等，当并不局限与轴承内圈、轴承外圈，且薄壁圆环类零件的材料可采用轴承用钢材、工程陶瓷、工程塑料、复合材料等，此处不作限制。
[0026]参照图1，本发明提供的利用切削液环流效应提高薄壁圆环类零件车削刚度和加工圆度的方法，采用磁力卡盘或真空吸盘I对薄壁圆环类零件2的一端进行轴向夹持，且薄壁圆环类零件采用端部平面定位与圆柱面千分表对中相结合的定位方式来进行定位;在车削薄壁圆环类零件的过程中，向薄壁圆环类零件2的内表面喷射高速切削液，薄壁圆环类零件2随磁力卡盘或真空吸盘I高速旋转，使得切削液随薄壁圆环类零件表面环流。
[0027]进一步的，在车削刀具4旁设置一切削液喷嘴5，切削液喷嘴5将切削液6高速喷射在薄壁圆环类零件2的内表面上。
[0028]本发明通过在薄壁圆环类零件随磁力卡盘高速旋转过程中，向薄壁圆环类零件的内表面高速喷射切削液，在离心力的作用下切削液会贴附在薄壁圆环类零件的内表面上，形成一定厚度的、高速流动的环形切削液，环形切削液给薄壁圆环类零件提供均匀的径向胀紧力，从而提高了薄壁圆环类零件刚度，从而减小了车削过程中的变形，同时提高其内外圆柱面和内外圆柱面上环形沟道的圆度。
[0029]在本实施例中，磁力卡盘或真空吸盘与薄壁圆环类零件接触的装夹定位面的平面度小于或等于3μπι，薄壁圆环类零件与磁力卡盘或真空吸盘接触的定位端面的平面度小于或等于lwn。
[0030]具体的，制备一有加工余量的薄壁圆环类零件，薄壁圆环类零件在进行硬车加工前先对薄壁圆环类零件进行淬火、回火热处理，从而提高薄壁圆环类零件的硬度使其大于45HRC，优选的，使得薄壁圆环类零件的硬度达到58HRC-62HRC。
[0031]进行淬火、回火处理后的薄壁圆环类零件，再对其一端或两端进行磨削处理，以改善薄壁圆环类零件的端面的平面度，从而便于后续薄壁圆环类零件的夹紧和定位。优选的，经磨削后的薄壁圆环类零件端面的平面度小于Ιμπι，且平面误差轮廓均匀分布，无较大凸起或凹陷部。
[0032]薄壁圆环类零件在端面磨削后，进行夹紧定位，以便后续进行硬车加工，夹紧、定位具体包括以下步骤:
[0033](I)将薄壁圆环类零件的一端贴于磁力卡盘或真空吸盘的装夹定位面上，且使得薄壁圆环类零件与磁力卡盘或真空吸盘同轴;其中，磁力卡盘或真空吸盘与薄壁圆环类零件接触的装夹定位面的平面度小于或等于3μπι，以便于薄壁圆环类零件与磁力卡盘或真空吸盘紧密贴合，保证后续定位的精确度；
[0034](2)磁力卡盘或真空吸盘施加夹紧力到一定程度，此时轻敲薄壁圆环类零件，保证其能在磁力卡盘或真空吸盘的装夹定位面上微小滑动但不会在重力作用下掉落；
[0035](3)将千分表的表座固定在硬车机床刀塔上，并使千分表的表针垂直打在薄壁圆环类零件的外圆面上，拨动车床卡盘使其旋转，观察千分表表头指针变化；同时采用塑料锤轻敲薄壁圆环类零件的内圆面，直至拨动车床卡盘时，千分表表头指针变化最小为止；
[0036](4)然后，将卡磁力卡盘或真空吸盘的夹紧力提升至最大，完成夹紧，后续再对薄壁圆环类零件的进行硬车加工。
[0037]本发明提供的提高薄壁圆环类零件端面车削圆度的方法，通过提高薄壁圆环类零件端面平面度及其装夹定位件(磁力卡盘或真空吸盘)工作面的平面度，从而大大提高了薄壁圆环类零件夹紧定位的精确度，从而提高了薄壁圆环类零件的圆度，实现高精度制造。而且，本发明采用千分表与磁力卡盘或真空吸盘进行定位夹紧的方式，与现有技术中采用三爪卡盘定位夹紧的方式相比，本发明的定位夹紧与加工方法，可通过一次装夹定位，就能够实现薄壁圆环类零件的外圆柱面、内圆柱面、端面、内外圆柱面上的环形沟道等的加工，能够有效防止装夹和加工过程中薄壁圆环类零件的径向变形，显著提高薄壁圆环类零件的车削加工圆度，为轴承套圈等薄壁圆环类零件超精密车削加工提供了一种有效方法。
[0038]下面以本发明运用到角接触轴承外圈的硬车削加工中为例，作进一步的说明。
[0039]参照图2，薄壁圆环类零件为单列角接触轴承外圈，角接触轴承外圈包括定位端面
21、外圆面22、非定位端面23、内圆面24和内滚道25，其中待加工面为外圆面22、内圆面24和内滚道25;
[0040]单列角接触球轴承的外圈的加工包括以下步骤:
[0041 ] (I)准备一单列角接触球轴承毛坯；
[0042](2)以外圈端平面21定位与外圆面22千分表对中相结合，通过轴向夹持将其装夹在磁力卡盘或真空吸盘I上；
[0043](3)单列角接触轴承外圈转动后，向其内表面喷射高速切削液；
[0044](4)刀具车削角接触轴承外圈的外圆面22、内圆面24和内圆面上的环形沟道25。
[0045]本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离其本身的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施案例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围之内作出变化和修改。
【主权项】
1.一种利用切削液环流效应提高薄壁圆环类零件车削刚度和加工圆度的方法，其特征在于，采用磁力卡盘或真空吸盘对薄壁圆环类零件的一端进行轴向夹持，且所述薄壁圆环类零件采用端部平面定位与圆柱面千分表对中相结合的定位方式来进行定位;所述薄壁圆环类零件在硬车削过程中，所述薄壁圆环类零件随磁力卡盘或真空吸盘高速旋转，向所述薄壁圆环类零件的内表面喷射高速切削液，使得切削液随所述薄壁圆环类零件表面环流。2.根据权利要求1所述的利用切削液环流效应提高薄壁圆环类零件车削刚度和加工圆度的方法，其特征在于，所述磁力卡盘或真空吸盘与所述薄壁圆环类零件接触的装夹定位面的平面度小于或等于3μπι，所述薄壁圆环类零件与所述磁力卡盘或真空吸盘接触的定位端面的平面度小于或等于1Μ1。3.根据权利要求1或2所述的利用切削液环流效应提高薄壁圆环类零件车削刚度和加工圆度的方法，其特征在于，所述薄壁圆环类零件夹紧、定位的具体步骤为: (1)将所述薄壁圆环类零件的一端贴于所述磁力卡盘或真空吸盘的装夹定位面上，且使得所述薄壁圆环类零件与所述磁力卡盘或真空吸盘同轴； (2)所述磁力卡盘或真空吸盘施加夹紧力到一定程度，此时轻敲所述薄壁圆环类零件，其能在磁力卡盘或真空吸盘的装夹定位面上微小滑动但不会在重力作用下掉落； (3)将所述千分表的表座固定在车床刀塔上，使得所述千分表的表针打在所述薄壁圆环类零件的外圆面上，拨动车床卡盘使其转动，观察千分表表头指针变化；同时轻敲所述薄壁圆环类零件的内圆面，直至拨动车床主轴时，千分表表头指针变化最小为止； (4)然后，将所述磁力卡盘或真空吸盘的夹紧力提升至最大，对所述薄壁圆环类零件进行硬车加工。4.根据权利要求1所述的利用切削液环流效应提高薄壁圆环类零件车削刚度和加工圆度的方法，其特征在于，所述薄壁圆环类零件在夹紧、定位前先进行淬火、回火处理，使得所述薄壁圆环类零件的硬度大于45HRC。5.根据权利要求1所述的利用切削液环流效应提高薄壁圆环类零件车削刚度和加工圆度的方法，其特征在于，所述薄壁圆环类零件的硬度为58HRC-62HRC。6.根据权利要求1所述的利用切削液环流效应提高薄壁圆环类零件车削刚度和加工圆度的方法，其特征在于，在硬车加工前通过对所述薄壁圆环类零件的端部进行磨削加工，从而来保证端部的平面度。7.根据权利要求1所述的利用切削液环流效应提高薄壁圆环类零件车削刚度和加工圆度的方法，其特征在于，用于对所述薄壁圆环类零件进行硬车加工的刀具采用PCBN涂层刀片。
【专利摘要】本发明提供一种利用切削液环流效应提高薄壁圆环类零件车削刚度和加工圆度的方法。其特征为夹持方式采用磁力卡盘夹持，定位方式为端平面定位，车削过程中向薄壁圆环类零件内表面喷射高速切削液，切削液随零件内壁环流，间接增大薄壁圆环类零件的车削刚度，提高其加工圆度。本发明可以解决薄壁圆环类零件车削加工中因零件刚度不足导致较大圆度误差的问题，对高精度薄壁圆环类零件，特别是轴承套圈的制造有十分重要的工程意义。
【IPC分类】B23Q3/12, B23B27/14, B23B31/28, B23Q17/00, B23B1/00
【公开号】CN105710391
【申请号】CN201610255386
【发明人】姚振强, 张冏, 孙姚飞, 沈洪
【申请人】上海交通大学