球形零件的加工方法与流程

本公开涉及机械加工技术领域，特别涉及一种球形零件的加工方法。

背景技术：

球形零件是一种呈圆柱状且一端面为球面的异形结构件，该种球形零件在使用时需要将两个异形零件的球面相接触使用，因而异形零件的表面硬度要求较高，需要进行渗碳、淬火等热处理加工序。并且球形零件的球面和球形零件的圆周侧壁有较高的尺寸公差要求。

然而，由于球形零件的结构形状与常规结构件不同，球形零件表面无可供稳定装夹的位置，因而很难加工，即使夹持球形零件的圆周侧壁加工形成球面，但因为球形零件的球面不易夹持，因而难以加工球形零件的圆周侧壁。

技术实现要素：

本公开实施例提供了一种球形零件的加工方法，能快速方便地加工形成球形零件。所述技术方案如下：

本公开实施例提供了一种球形零件的加工方法，所述加工方法包括：提供待加工块，在所述待加工块的一侧面加工形成装夹结构；夹持所述装夹结构以固定所述待加工块；在所述待加工块上背向所述装夹结构的侧面加工形成零件球面；拆卸所述待加工块，对所述零件球面热处理；再次夹持所述装夹结构，在所述待加工块上位于所述零件球面和所述装夹结构之间的部分加工形成圆周侧壁；加工去除所述装夹结构；磨平所述待加工块上背向所述零件球面的侧面，得到所述球形零件。

在本公开实施例的一种实现方式中，所述在所述待加工块的一侧面加工形成装夹结构，包括：夹持所述待加工块的一端，对所述待加工块的另一端车削加工形成供装夹的夹持轴。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述夹持轴的横截面为圆形或多边形。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述加工方法还包括：在所述夹持轴的外壁面上加工形成吊装环形槽。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述拆卸所述待加工块，对所述零件球面热处理，包括：对所述零件球面进行渗碳；采用钢丝环绕所述吊装环形槽，吊装所述夹持轴，对所述零件球面淬火。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述在所述待加工块上背向所述装夹结构的侧面加工形成零件球面，包括：在砂轮侧面加工出与所述砂轮同心的环形加工槽，所述环形加工槽的轴向截面呈圆弧状；采用所述砂轮的环形加工槽对所述待加工块的侧面磨削，同时夹持所述装夹结构，控制所述待加工块自转，以加工形成所述零件球面。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述环形加工槽的轴向截面的半径与所述零件球面的半径相同。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述在所述待加工块上位于所述零件球面和所述装夹结构之间的部分加工形成圆周侧壁，包括：采用所述砂轮磨削加工所述待加工块的侧边形成圆周侧壁。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述磨平所述待加工块上背向所述零件球面的侧面，得到所述球形零件，包括：采用球面固定装置固定所述零件球面，对所述待加工块的侧面磨削加工，得到所述球形零件。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述球面固定装置包括：圆环支撑筒和吸附机构，所述圆环支撑筒的一端面设有与所述零件球面匹配的环状曲面，所述吸附机构为所述圆环支撑筒的内孔中且固定在所述圆环支撑筒的内壁面上，所述吸附机构用于吸附所述零件球面。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本公开实施例提供球形零件的加工方法，首先在待加工块的侧面加工形成用于供夹持的装夹结构，这样在需要加工待加工块时，先夹持住装夹结构以固定待加工块，即以装夹结构作为供车床稳定装夹的位置，然后就轻易能在待加工块背向装夹结构的侧面上加工形成零件球面。接着，将待加工块取下，对球形零件进行热处理加工，以提高球形零件的硬度和强度，热处理完成后再次以装夹结构为装夹的位置固定待加工工件，以在待加工工件表面加工形成圆周侧壁，由于加工圆周侧壁和零件球面时均是以装夹结构作为夹持位置，以使加工形成圆周侧壁的中轴线能经过零件球面的球心，保证两者的同心布置，即保证球形零件的加工准确性。最后，待加工件侧面上的装夹结构去除，并将待加工工件上去除装夹结构的侧面磨平，以加工得到球形零件。

相较于相关技术中在加工球形零件时，由于球形零件表面无可供稳定装夹的位置，本公开实施例通过在待加工块的侧边车削形成一个装夹结构供车床夹持，以将待加工块可靠地固定住，在加工零件球面和圆周侧壁时均只用夹持住该装夹结构即可，因此能快速方便地加工形成球形零件。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是相关技术提供的一种球形零件的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的一种球形零件的加工方法的流程图；

图3是本公开实施例提供的另一种球形零件的加工方法的流程图；

图4是本公开实施例提供的一种待加工块的结构示意图；

图5是本公开实施例提供的一种砂轮的结构示意图；

图6是本公开实施例提供的一种砂轮的截面图；

图7是本公开实施例提供的一种待加工块的吊装示意图；

图8是本公开实施例提供的一种待加工块与球面固定装置的装配示意图。

图中个标记说明如下：

11-零件球面，12-圆周侧壁，13-装夹结构，14-吊装环形槽；

21-砂轮，22-环形加工槽；

31-圆环支撑筒，32-吸附机构，321-锥形吸盘，322-抽气设备，323-管道，33-环状曲面，34-滑动槽，35-弹簧。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。

图1是相关技术提供的一种球形零件的结构示意图。如图1所示，球形零件一端呈圆柱状，且另一端的端面为零件球面11，该球形零件在使用时需要将两个球形零件的零件球面11相接触使用，因而球形零件的零件球面11硬度要求较高，需要进行渗碳、淬火等热处理加工序。并且球形零件的零件球面11和球形零件的圆周侧壁12有较高的尺寸公差要求。

然而，由于球形零件的结构形状与常规结构件不同，球形零件表面无可供稳定装夹的位置，因而很难加工，即使夹持球形零件的圆周侧壁12加工形成零件球面11，但因为球形零件的零件球面11不易夹持，因而难以对球形零件的圆周侧壁12进行精确加工。

为此，本公开实施例提供了一种球形零件的加工方法。图2是本公开实施例提供的一种球形零件的加工方法的流程图。如图2所示，该加工方法包括：

步骤101：提供待加工块，在待加工块的一侧面加工形成装夹结构13。

步骤102：夹持装夹结构13以固定待加工块。

步骤103：在待加工块上背向装夹结构13的侧面加工形成零件球面11。

步骤104：拆卸待加工块，对零件球面11热处理。

步骤105：再次夹持装夹结构13，在待加工块上位于零件球面11和装夹结构13之间的部分加工形成圆周侧壁12。

步骤106：加工去除装夹结构13。

步骤107：磨平待加工块上背向零件球面11的侧面，得到球形零件。

本公开实施例提供球形零件的加工方法，首先在待加工块的侧面加工形成用于供夹持的装夹结构13，这样在需要加工待加工块时，先夹持住装夹结构13以固定待加工块，即以装夹结构13作为供车床稳定装夹的位置，然后就轻易能在待加工块背向装夹结构13的侧面上加工形成零件球面11。接着，将待加工块取下，对球形零件进行热处理加工，以提高球形零件的硬度和强度，热处理完成后再次以装夹结构13为装夹的位置固定待加工工件，以在待加工工件表面加工形成圆周侧壁12，由于加工圆周侧壁12和零件球面11时均是以装夹结构13作为夹持位置，以使加工形成圆周侧壁12的中轴线能经过零件球面11的球心，保证两者的同心布置，即保证球形零件的加工准确性。最后，待加工件侧面上的装夹结构13去除，并将待加工工件上去除装夹结构13的侧面磨平，以加工得到球形零件。

相较于相关技术中在加工球形零件时，由于球形零件表面无可供稳定装夹的位置，本公开实施例通过在待加工块的侧边车削形成一个装夹结构13供车床夹持，以将待加工块可靠地固定住，在加工零件球面11和圆周侧壁12时均只用夹持住该装夹结构13即可，因此能快速方便地加工形成球形零件。

图3是本公开实施例提供的另一种球形零件的加工方法的流程图。如图3所示，该加工方法包括：

步骤201：提供待加工块，在待加工块的一侧面加工形成装夹结构13。

其中，待加工块可以方形块或圆柱状块。

步骤201中在加工装夹结构13时，可以包括夹持待加工块的一端，对待加工块的另一端车削加工形成供装夹的夹持轴。

其中，夹持待加工块时，可以采用车床上的卡盘装夹待加工的端部，车削形成夹持轴。

示例性地，夹持轴的横截面可以为圆形或多边形。

在一些实现方式中，可以根据待加工块具体形状选出夹持轴的形状。

例如，待加工块初始形状为矩形块时，可以结合待加工块的形状确定夹持轴的横截面为矩形，这样只需按照原始形状车削待加工块的部分周边区域以减小尺寸大小即可，以便于快速加工形成夹持轴。

例如，待加工块初始形状为圆柱块时，可以确定夹持轴的横截面为圆形，这样只需按照原始形状车削待加工块的部分周边区域以减小尺寸大小即可，以便于快速加工形成夹持轴。

在另一些实现方式中，可以直接将夹持轴车削呈圆柱状，即夹持轴的横截面为圆形。这样便于以夹持轴为基准，同心加工出球形零件的圆周侧壁12，以提高加工精度。

图4是本公开实施例提供的一种待加工块的结构示意图。如图4所示，加工形成夹持轴后，将待加工块调头，采用卡盘夹持住夹持轴，对待加工块进行车加工，以粗加工形成初始球面和初始外圆。

其中，夹持轴的轴向长度不小于25mm，以便于调头装夹。

其中，初始球面保留1mm加工余量，初始外圆保留0.5mm加工余量。

步骤201中，在加工形成夹持轴后，还可以在夹持轴的外壁面上加工形成吊装环形槽14。

如图4所示，吊装环形槽14为环绕夹持轴的外壁面布置的环形凹槽。

其中，吊装环形槽14用于供钢丝或其他柔性结构缠绕，以将待加工块吊装起来的结构，以便于后续对零件球面11热处理时吊装。

示例性地，为了保证钢丝或其他柔性结构缠绕夹持轴的可靠度，吊装环形槽14还可以是呈螺旋状环绕在夹持轴的外壁面上的环形凹槽，这样能让钢丝或其他柔性结构连续缠绕多圈在夹持轴上。

在本公开的其他一些实现方式中，在加工形成夹持轴后，还可以在夹持轴的外壁面上加工形成贯穿夹持轴的通孔。

其中，通孔用于供钢丝或吊钩穿过，以将待加工块吊装起来，这样可以省去将钢丝缠绕在夹持轴的外壁面上的步骤，以提高加工效率。

步骤202：夹持装夹结构13以固定待加工块。

如图4所示，本公开实施例中，夹持装夹结构13为呈圆柱状的夹持轴，这样以夹持轴为基准，便于后续同心加工出球形零件的零件球面11和圆周侧壁12，以提高加工精度。

步骤203：在砂轮21侧面加工出与砂轮21同心的环形加工槽22。

图5是本公开实施例提供的一种砂轮的结构示意图。如图5所示，环形加工槽22位于圆形砂轮21的一侧面，且环形加工槽22和砂轮21同心布置。

图6是本公开实施例提供的一种砂轮的截面图。如图6所示，环形加工槽22的轴向截面呈圆弧状。

其中，环形加工槽22的轴向截面的半径与零件球面11的半径相同。这样采用环形加工槽22磨削待加工块时，能将待加工块的侧面磨削成和零件球面11半径相同的圆弧面。

示例性地，需要加工的球形零件的半径为120mm时，可以采用修磨装置在砂轮21的侧面加工出半径为120mm的圆弧形状的凹槽。

其中，在砂轮21上加工半径为120mm的环形加工槽22需要用样板进行检查，将样板贴紧环形加工槽22的槽面，检查样板和环形加工槽22的槽面之间的间隙，要求0.03mm的塞尺无法伸入样板和环形加工槽22的槽面之间。

步骤204：采用砂轮21的环形加工槽22对待加工块的侧面磨削，同时夹持装夹结构13，控制待加工块自转，以加工形成零件球面11。

由于采用砂轮21的环形加工槽22在待加工块的侧面磨削，仅能在待加工块的侧面形成圆弧面。因此，在砂轮21转动磨削的同时，还需要夹持住夹持轴后，驱动夹持轴转动，以使得夹持轴带动待加工块转动一起转动，这样待加工块的侧面从各个方位均被砂轮21的环形加工槽22磨削，从而能形成零件球面11。

步骤205：对零件球面11进行渗碳。

其中，渗碳是指为增加钢件表层的含碳量和形成一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。

步骤205中，渗碳过程可以包括：将待加工块置入具有活性渗碳介质中，加热到900℃至950℃的单相奥氏体区，保温足够时间后，使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入待加工块的零件球面11，从而零件球面11高碳，待加工块的内部仍保持原有成分。

其中，活性渗碳介质可以是气体渗剂，例如，甲烷、乙烷等。或者活性渗碳介质可以是液体渗剂，例如，煤油、苯、酒精、丙酮等。气体渗剂和液体渗剂在高温下能分解出活性碳原子，渗入零件球面11，以获得高碳表面层。

步骤205中使待加工块的零件球面11高碳后，还需要淬火，使零件球面11具有高硬度和耐磨性，并使待加工块的内部仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。

步骤206：采用钢丝环绕吊装环形槽14，吊装夹持轴，对零件球面11淬火。

其中，淬火是把钢加热到临界温度以上，保温一定时间，然后以大于临界冷却速度进行冷却，从而获得以马氏体为主的不平衡组织的一种热处理工艺方法。

示例性地，可以采用水冷的方式对待加工块淬火。

图7是本公开实施例提供的一种待加工块的吊装示意图。如图7所示，该夹持轴的横截面呈圆形，且夹持轴的外壁面设有一圈吊装环形槽14。吊装环形槽14用于供钢丝缠绕，以将待加工块吊装起来，以便于后续对零件球面11淬火时吊装。

通过将夹持轴作为吊装结构，使夹持轴除了用于作为装夹定位结构外，还具备其他功能。

步骤207：采用砂轮21磨削加工待加工块的侧边形成圆周侧壁12。

如图6所示，砂轮21呈圆柱状，砂轮21的侧边即为圆周面。在使用砂轮21磨削时，还需要将淬火后的待加工块的夹持轴再次装夹起来，这样两次采用砂轮21磨削加工形成零件球面11和圆周侧壁12时，均以夹持轴为基准，能保证同心加工出球形零件的零件球面11和圆周侧壁12，以提高加工精度。

步骤208：加工去除装夹结构13。

如图4所示，装夹结构13为夹持轴，在去除夹持轴时，可以采用刀具车削掉夹持轴。

其中，若夹持轴的尺寸过大，则会增大去除夹持轴的难度。为降低加工难度，在去除装夹结构13前，可以采用钻具在夹持轴的端面钻孔，以缩减夹持轴的整体尺寸。

示例性地，还可以采用辗轧装置在径向上对夹持轴压缩，以将夹持轴压缩成板状，即通过缩小夹持轴的径向厚度的方式实现降低去除难度的目的。

步骤209：磨平待加工块上背向零件球面11的侧面，得到球形零件。

步骤209可以包括：采用球面固定装置固定零件球面11，对待加工块的侧面磨削加工，得到球形零件。

由于去除夹持轴后，球形零件无稳定的夹持区域，因而通过设置球面固定装置以固定零件球面11，从而使得待加工块去除夹持轴后的侧面正对磨削装置，便于将待加工块固定平稳后加工。

图8是本公开实施例提供的一种待加工块与球面固定装置的装配示意图。如图8所示，球面固定装置包括：圆环支撑筒31和吸附机构32，圆环支撑筒31的一端面设有与零件球面11匹配的环状曲面33，吸附机构32为圆环支撑筒31的内孔中且固定在圆环支撑筒31的内壁面上，吸附机构32用于吸附零件球面11。

如图8所示，吸附机构32可以包括锥形吸盘321和抽气设备322，锥形吸盘321的小端具有贯通锥形吸盘321的通孔，且通孔与抽气设备322的抽气口通过管道323连接，这样抽气设备322就能通过管道323抽走锥形吸盘321和零件球面11之间的空气，使锥形吸盘321和零件球面11之间具有一定真空度，从而让锥形吸盘321紧密地吸附在零件球面11上。

如图8所示，为保证抽气设备322能牢靠地固定在圆环支撑筒31上，以使锥形吸盘321稳定地吸附在零件球面11上。通过在圆环支撑筒31的内壁面开设滑动槽34，抽气设备322可以上下滑动地安装在滑动槽34内，并且在抽气设备322和滑动槽34上靠近加工平台的侧面之间设有弹簧35，弹簧35的两端分别连接在抽气设备322和滑动槽34的侧面上。并且，在将锥形吸盘321吸附在零件球面11上时，需要上滑抽气设备322，使锥形吸盘321接近零件球面11，因此锥形吸盘321吸附在零件球面11上后，弹簧35处于拉伸状态，因而对抽气设备322和锥形吸盘321施加向下的拉力，从而将球形零件牢靠地固定在圆环支撑筒31上，防止在加工过程中球形零件出现松动的问题。

在其他一些实现方式中，抽气设备322也可以通过螺栓等紧固件固定在圆环支撑筒31的内壁面上。

其中，抽气设备322可以是风机。

在使用时，首先将零件球面11防止在环状曲面33上，使得待加工块平稳置于圆环支撑筒31上，然后，将锥形吸盘321的大端贴合在零件球面11上，同时开启抽气设备322，以抽取锥形吸盘321和零件球面11之间的空气，使得锥形吸盘321牢靠地吸附在零件球面11上，而由于抽气设备322是固定在圆环支撑筒31上的，所以也能将待加工块固定在圆环支撑筒31，并防止待加工块松动，方便磨削加工。

本公开实施例提供球形零件的加工方法，首先在待加工块的侧面加工形成用于供夹持的装夹结构13，这样在需要加工待加工块时，先夹持住装夹结构13以固定待加工块，即以装夹结构13作为供车床稳定装夹的位置，然后就轻易能在待加工块背向装夹结构13的侧面上加工形成零件球面11。接着，将待加工块取下，对球形零件进行热处理加工，以提高球形零件的硬度和强度，热处理完成后再次以装夹结构13为装夹的位置固定待加工工件，以在待加工工件表面加工形成圆周侧壁12，由于加工圆周侧壁12和零件球面11时均是以装夹结构13作为夹持位置，以使加工形成圆周侧壁12的中轴线能经过零件球面11的球心，保证两者的同心布置，即保证球形零件的加工准确性。最后，待加工件侧面上的装夹结构13去除，并将待加工工件上去除装夹结构13的侧面磨平，以加工得到球形零件。

以上，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。