专利名称：利用通用机床及标准工装加工球体不规则孔及平面的方法
技术领域：
本发明涉及球体孔面的加工方法，具体的说是利用通用机床及标 准工装加工球体不规则孔及平面的方法。
背景技术：
现有技术中，在加工球体不规则孔及平面时，由于球体规格繁杂， 形状各异，外形分为整球、半球、带柄球、不规则曲面及缺口球，各 球面又不规则分布多个不等的孔及平面，球体孔、面加工时无装夹校 正基准，因此无法采用通用机床常规加工， 一般都需要数控加工中心 来完成球体不规则孔面加工。数控加工球体不规则孔面存在加工成本
高，加工效率低等问题。例如，国家重大科学工程L旭0ST项目(大 天区面积多目标光纤光谱天文望远镜)中MA镜室支撑框架结构中， 珩架结点为197只钢球，球径从O90 ①150mm不等，形状分为整球、 半球、带柄球及不规则缺口球。各球表面包含4 14个不等的螺孔及 平面，各螺孔对平面的垂直度公差均为士0.03mm，角度公差士1.5'， 各平面对球心的尺寸公差为士O. 05mm,且各孔均为沿球面不规则分 布。因无装夹校正基准，无法采用通用机床常规加工，而若采用数控 加工中心来完成，则加工成本高，加工效率低。
发明内容
本发明的目的在于提出一种利用通用机床及标准工装加工常规 需要数控加工中心来完成的球体不规则孔面的方法，并可降低成本， 提高工效。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现
利用通用机床及标准工装加工球体不规则孔及平面的方法，所用 工装包括转盘、卡盘、芯棒，所用机床包括车床、镗床，按以下步骤 进行-
① 圆棒下料，按球径尺寸放5 6mm余量，长度放10mm余量；
② 粗车球体并保留夹头档，将下好的圆棒料装夹在车床卡爪上， 一端钻中心孔，尾架顶住中心孔，粗车球的外表面和夹头档外圆，球 的外表面放5 6mm精加工余量；
③ 调质处理，粗加工后的球体加热至840 860°C，水中冷却， 560 600'C回火；
④ 精车球体，将粗加工后的球体，装夹在车床卡爪上，尾架顶住 中心孔， 一次完成球体表面加工，保证球体表面不圆度公差《①
0. 04腿；
⑤ 逐面粗精铣平面，逐孔钻、攻各螺孔，利用夹头档将精车后的 球体装夹在卡盘上，转动转台，选取球体中间部位的螺孔和平面作为
第一加工工位，建立一坐标X，并保证此坐标在加工过程中不变，利 用芯棒校正转盘、卡盘同心，利用夹头档将球体装夹于卡盘上，通过 转动转台，校正步骤④中球体产生的形位误差，选择中间值作为校正 基准，利用杠杆表校正球面从而确定孔位的立镗头加工坐标Y和侧镗 头加工坐标Z，利用侧镗头加工第一加工工位的平面和孔，再转动转 台，利用侧镗头及立镗头逐面逐孔加工其它平面及孔；
⑥ 三坐标仪检查各孔面尺寸，先校正球体的外径，找正球体和芯 棒中心，按图纸尺寸，逐一检査各面和孔的角度；
⑦ 球体表面磷化除锈，将已加工球体放入磷酸盐溶液中浸泡,使 金属表面获得一层不溶于水的磷酸盐薄膜；
⑧ 球体表面涂装面漆。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现
前述的利用通用机床及标准工装加工球体不规则孔及平面的方 法，其中所述步骤⑤中，加工各平面及孔时，按先面后孔的方法加工。
前述的利用通用机床及标准工装加工球体不规则孔及平面的方 法，其中所述步骤⑤中，校正步骤④中产生的形位误差包括以下步骤: 利用百分表，将表头接触于球体与主轴中心的最高点，旋转工作台， 如高低相差0. 02mm，选择中间值0. Olmm处，将台面旋转角度锁死， 做为第一加工工位；将机床床身移至己建立好的X坐标原点，使用主 轴旋转校正球体面确定Y值；利用移动床身铣削各面，再按各面的角 度加工各孔，从而保证孔与面之间的角度；加工工艺孔、面；再利用 螺纹芯棒加工相应180°反面各孔。
本发明的优点为通过本发明的方法，利用通用机床及标准工装 就可加工常规需要数控加工中心来完成的球体不规则孔面，并能保证 加工质量，提高了工作效率，降低了成本。
图1为本发明实施例所加工球体的主视图。
图2为图1的B-B剖视及工艺夹头位置示意图。
图3为图1的E-E剖视图。
图4为图1的C-C剖视图。
图5为图1的D-D剖视图。
图6为芯棒结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例选取一代表性球体来说明，根据附图1 5所示球体11 个表面的螺孔及平面的分布情况，基于一次装夹完成尽可能多的孔面
加工、减少空间角度换算所产生的累积误差，并兼顾工艺回转中心与
各螺孔相交于一面上且相互之间夹角大于等于90°的原则，选取夹 头档B作为工艺回转中心，如图2所示。 加工步骤如下
(1) 圆棒下料按球径尺寸放5 6mm余量，长度放10mm余量。
(2) 粗车球体，保留夹头档B :将下好的圆棒料装夹在机床卡爪 上， 一端钻中心孔，尾架顶住中心孔，用专用夹具，粗车球的外表面 和B夹头档外圆，球的外表面放5 6mm精加工余量。
(3) 调质处理T235:将粗加工后的球体加热至840 860°C,水中 冷却，560 60(TC回火。
(4) 精车球体，保证形位公差①0.04:粗加工后的球体，装夹在数 控车床卡爪上，尾架顶住中心孔，按图纸尺寸要求编制加工程序，分 半精和精加工两道工序， 一次完成球体表面加工，从而保证球体表面 不圆度公差《①0. 04rran。
(5) 逐面粗精铣平面，逐孔钻、攻各螺孔将球体B夹头档装夹 于旋转卡盘上，通过转动工作台，校正球体外表面，选择中间值作为 校正基准(可以保证各平面与实际回转中心的精度，消除累积加工误 差)。在校正球体确定X坐标后，利用杠杆表校正球面从而确定孔位 的Y (立镗头加工)和Z (侧镗头加工)坐标。镗加工校正球体形位 误差的方法利用百分表，将表头接触于球体与主轴中心的最高点， 旋转工作台，如高低相差0.02皿，选择中间值0.01mm处，将台面旋 转角度锁死，做为第一加工工位；将机床床身移至已建立好的X坐标 原点，使用主轴旋转校正球体面确定Y值；利用移动床身铣削各面， 再按各面的角度加工各孔，从而保证孔与面之间的角度；加工工艺孔、 面；再利用螺纹芯棒加工相应180。反面各孔。应注意铣削方向与工
艺孔螺栓夹紧方向一致。
百分表和块规的使用是因为球面各孔面的加工会影响其它孔面 至球体中心尺寸的测量。首先在加工水平面各面时可测得第一个面至 球心的尺寸。利用百分表设定一个值，在加工其它各面时球心至各面 距离为转台回转中心至各面距离，而非实际球心至各面距离，主轴伸
出长度即为此值；第二在加工其余偏转角度后，加工平面时无法测量 则先采用对刀后，利用百分表、块规设定切削余量，然后加工，保证 面至球心精度。
如利用数控机床加工球体其基本方法和坐标镗加工方法是一致 的，均需进行第一、第二甚至第三基准的转变，只是在加工平面时， 平面至球心尺寸的确定可能容易一些(其难易程度因设备类型、型号 不同各不相同)，快进、工进的转换、刀具的变换较为迅速，但刀具 的调整不方便，加工的准备周期较长。因为此类零件种类繁多，如用 坐标镗加工此类零件，效率应比数控加工更高，且使用刀具的成本更 低。
(6) 三坐标仪检查各孔面尺寸，并打印编号检查方法基本上同镗 加工是一致的，先校正球体的外径，找正球体和芯棒中心，按图纸尺 寸，逐一检查各面和孔的角度。
(7) 表面磷化处理将已加工球体放入磷酸盐溶液中浸泡，使金属 表面获得一层不溶于水的磷酸盐薄膜，从而提高了金属抗蚀性能和耐 磨性能。
(8) 涂装面漆。
镗床加工各平面及螺孔的步骤为
①选用T42100双立柱坐标镗床作为加工设备，利用T456000万 能转盘、卡盘及芯棒C，如图6所示，作为主要工艺装备。② 如图1建立X坐标(此坐标在整个加工过程中保持不变)，利 用芯棒C校正转盘、卡盘同心(芯棒C应转动180。 二次校正，若卡 爪等与转台同轴度及垂直度超差，则须自镗保证)。
③ 利用夹头档B将球体装夹于卡盘上，通过转动转台，校正球体 前道工序产生的形位误差，选择中间值作为校正基准(可以保证各平 面与实际回转中心的精度，消除累积加工误差)。在校正球体确定X 坐标后，利用杠杆表校正球面从而确定孔位的Y (采用立镗头加工) 和Z (采用侧镗头加工)坐标。
④ 利用侧镗头加工球体面1、 2的孔及平面(采用百分表加块规 方法保证平面至球心尺寸精度)。
⑤ 根据转台摆放位置及球体面3 8的孔面尺寸与水平面32° 4 '夹角，利用侧镗头逐面逐孔加工至尺寸。
⑥ 利用立镗头加工球体面9的孔面至尺寸，并同时将其作为第二 回转基准(因机床尺寸参数所限及受力较大故无法采用侧镗头加工)。
⑦ 利用芯棒C与球体面9的孔栓连接，二次装夹分别加工球体面 IO的孔面，如图3,及球体面ll的孔面，如图4。
镗加工原则为先面后孔，具体步骤为
I校正转台，确定其回转中心X、 Y坐标值，转台倾角为0°。 II校正卡盘与转台同心。
m夹持球体，利用夹头档B，校正球体回转精度，取第一工位。
IV校正侧镗头Z值，铣削球体面l、 2的面，然后加工球体面l、 2的孔。利用刚确定的X、 Y值，利用立镗头加工球体面9的面及孔。 转台倾角调至30°，校正Z值，转动相应角度"，铣削球体面3、 4、 5、 6、 7的面及对应各孔。利用球体面9的孔与螺纹芯棒连接夹持在 卡盘上，分别加工球体面10、 11的孔、面(如偏转角度一致， 一次
加工成，若不同可分别加工)。
测量方法为球体面l为直接测量，取主轴伸出量定值，球体面
2为实际测量值，球体面3同球体面1，球体面4 8同球体面2， 9tt、 球体面10、 11为铣刀对刀后采用百分表加块规保证精度，或采用计 算方法保证精度，但其精度与测量手法、操作技能以及球体半径大小有关。
利用球体面9的孔二次装夹加工球体面10和11的孔面时，铣刀 进刀方向应与螺纹夹紧方向一致。在用千分尺测量各平面与球心尺寸 后利用百分表加块规对刀，以保证各平面与回转中心距离尽量一致。 对于千分尺无法测量的球体面9、 10、 11的孔面可采用高度尺测量或 直接测量平面直径通过计算进刀(其直径为①45. 61 ①45. 04mm)， 采用后者时，应注意光线、角度对测量结果的影响。在利用球体面9 的孔二次装夹加工球体面10、 11的孔面的过程中要同时校正球体面 1、 2的孔面以减少误差。
本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成 的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
权利要求
1.利用通用机床及标准工装加工球体不规则孔及平面的方法，所用工装包括转盘、卡盘、芯棒，所用机床包括车床、镗床，其特征在于按以下步骤进行①圆棒下料，按球径尺寸放5～6mm余量，长度放10mm余量；②粗车球体并保留夹头档，将下好的圆棒料装夹在车床卡爪上，一端钻中心孔，尾架顶住中心孔，粗车球的外表面和夹头档外圆，球的外表面放5～6mm精加工余量；③调质处理，粗加工后的球体加热至840～860℃，水中冷却，560～600℃回火；④精车球体，将粗加工后的球体，装夹在车床卡爪上，尾架顶住中心孔，一次完成球体表面加工，保证球体表面不圆度公差≤Φ0.04mm；⑤逐面粗精铣平面，逐孔钻、攻各螺孔，利用夹头档将精车后的球体装夹在卡盘上，转动转台，选取球体中间部位的螺孔和平面作为第一加工工位，建立一坐标X，并保证此坐标在加工过程中不变，利用芯棒校正转盘、卡盘同心，利用夹头档将球体装夹于卡盘上，通过转动转台，校正步骤④中球体产生的形位误差，选择中间值作为校正基准，利用杠杆表校正球面从而确定孔位的立镗头加工坐标Y和侧镗头加工坐标Z，利用侧镗头加工第一加工工位的平面和孔，再转动转台，利用侧镗头及立镗头逐面逐孔加工其它平面及孔；⑥三坐标仪检查各孔面尺寸，先校正球体的外径，找正球体和芯棒中心，按图纸尺寸，逐一检查各面和孔的角度；⑦球体表面磷化除锈，将已加工球体放入磷酸盐溶液中浸泡，使金属表面获得一层不溶于水的磷酸盐薄膜；⑧球体表面涂装面漆。
2. 如权利要求1所述的利用通用机床及标准工装加工球体不规则孔及平面的方法，其特征在于所述步骤⑤中，加工各平面及孔时，按先面后孔的方法加工。
3. 如权利要求1所述的利用通用机床及标准工装加工球体不规则孔及平面的方法，其特征在于所述步骤⑤中，校正步骤④中产生 的形位误差包括以下步骤利用百分表，将表头接触于球体与主轴中心的最高点，旋转工作台，如高低相差0. 02mm，选择中间值0. Olmm 处，将台面旋转角度锁死，做为第一加工工位；将机床床身移至己建 立好的X坐标原点，使用主轴旋转校正球体面确定Y值；利用移动床身铣削各面，再按各面的角度加工各孔，从而保证孔与面之间的角度; 加工工艺孔、面；再利用螺纹芯棒加工相应180。反面各孔。
全文摘要
本发明涉及球体孔面的加工方法，是利用通用机床及标准工装加工球体不规则孔及平面的方法，按以下步骤进行圆棒下料；粗车球体并保留夹头档；调质处理；精车球体；逐面粗精铣平面，逐孔钻、攻各螺孔；三坐标仪检查各孔面尺寸；球体表面磷化除锈；球体表面涂装面漆。通过本发明的方法，利用通用机床及标准工装就可加工常规需要数控加工中心来完成的球体不规则孔面，并能保证加工质量，提高了工作效率，降低了成本。
文档编号B23P13/00GK101337311SQ200710024838
公开日2009年1月7日 申请日期2007年7月4日 优先权日2007年7月4日
发明者波 仲, 俞晓刚, 耿文俊 申请人:南京南汽汽车装备有限公司