一种圆锥形薄壁壳体的加工装置及加工方法与流程

本发明属于薄壁件的机械加工领域，具体涉及一种薄壁圆锥形壳体的机械加工装置及加工方法。

背景技术：

近年来，在大众机械厂的机加工生产过程中，薄壁类零件的加工比例越来越大，且形状越来越复杂，尺寸精度和表面粗糙度要求越来越高。尤其是随着制造技术的迅猛发展，铸造工艺作为一种少、无切削工艺，在机械、冶金、航天等领域中得到广泛的应用，能铸造形状复杂的各种高强度精密薄壁铸件。例如，铸造薄壁壳体已经逐渐代替焊接、铆接或锻造壳体，不仅能大幅度地降低成本，缩短制造周期，而且可以保证壳体的强度并改善其加工工艺性能。如一种铸造圆锥形薄壁壳体零件，内表面直接铸造成型，不再进行机械加工，内腔分布凸台，网格筋，结构复杂，壁薄(约1-3mm)，要求壁厚均匀(壁厚偏差不超过0.1mm)。在实际加工过程中，因零件的刚性(尤其是径向刚性)差，容易发生切削振动，产生颤纹，发生加工变形；另因结构复杂，装夹找正困难，壁厚易出现偏差，尺寸精度难于保证。

薄壁圆锥形壳体现有一种加工方法为：1)钳工找正一端内壁同一截面上高点与低点，找轴心，划十字中心线。2)钳工找正另一端内壁同一截面上高点与低点，找轴心，划十字中心线。3)镗床找正钳工划线，镗一端平面及内圆。4)工作台旋转180°，镗另一端平面及内圆。5)芯轴装夹，车外圆锥面。

这种加工方法存在下述问题：

1)钳工划线找正误差较大，且受加工者个人技能影响。

2)镗床找正钳工划线存在一定误差。

3)镗床装夹找正困难，零件固定压紧存在较大装夹变形。

4)加工工序长，效率低下。

5)因装夹找正误差及装夹变形，零件尺寸精度难于保证。

薄壁圆锥形壳体现有另一种加工方法为：1)四爪卡盘夹紧一端内圆，找正内壁，车端面及内圆。2)零件调头，四爪卡盘夹紧另一端内圆，找正内壁，车端面及内圆。3)芯轴装夹，车外圆锥面。

这种加工方法存在下述问题：

1)对于长径比大于2的零件，零件旋转悬臂加工，安全风险较大。

2)零件需要反复调整四爪装夹的位置，通过找正内壁确定零件轴心线，费时费力。

3)四爪装夹存在较大装夹变形。

4)对于内壁分布纵横网格筋及较多凸台的零件，难于找正。

5)因装夹找正误差及装夹变形，零件尺寸精度难于保证。

技术实现要素：

本发明提供一种圆锥形薄壁壳体的机械加工装置及加工方法，解决这种特殊结构形式的薄壁件采用常用的机械加工方法效率低下，装夹找正误差大及存在较大装夹变形，难于满足零件尺寸精度指标的问题。

本发明的一种圆锥形薄壁壳体加工装置，包括：

卡盘；

三个软爪，呈等边三角形分布，并安装于卡盘上，软爪包括底座、与底座连接的弹性爪部，底座安装在卡盘上，弹性爪部与底座之间形成定位槽；弹性爪部的横截面为扇形，纵向具有外锥面，外锥面的锥度与待加工零件内壁锥度一致；弹性爪部的自由端设有内锥面，三个弹性爪部的内锥面共同组成锥形凹槽；

定位尾椎，前端形状与锥形凹槽适配，后端开设有顶尖孔。

进一步地，软爪的外锥面开设有对应待加工零件内部结构的让位槽。

进一步地，定位尾椎为阶梯形构造，前端为锥形头部，后端为圆柱形尾部，顶尖孔开设在圆柱形尾部的端面上。

进一步地，卡盘上设有凸起的安装块，安装块上开设有螺纹孔；底座开设有对应安装块的安装槽，安装槽开设有对应螺纹孔的通孔；底座与安装块通过螺栓连接。

本发明还提供了一种基于权利要求1的加工装置的圆锥形薄壁壳体的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将三个软爪的弹性爪部从待加工零件的大端装入待加工零件；

(2)将三个软爪安装于卡盘上，三个软爪呈等边三角形分布；

(3)将定位尾椎从待加工零件的小端插入待加工零件内部并与锥形凹槽配合，定位尾椎在车床顶尖作用下撑开弹性爪部，使弹性爪部的外锥面与待加工零件的内壁紧密配合，同时待加工零件大端的内端面会在弹性爪部被撑开的张力作用下与定位槽的侧壁紧密配合；

(4)开始车削加工。

进一步地，软爪的外锥面开设有对应待加工零件内部结构的让位槽。

进一步地，定位尾椎为阶梯形构造，前端为锥形头部，后端为圆柱形尾部，顶尖孔开设在圆柱形尾部的端面上。

进一步地，卡盘上设有凸起的安装块，安装块上开设有螺纹孔；底座开设有对应安装块的安装槽，安装槽开设有对应螺纹孔的通孔；底座与安装块通过螺栓连接。

总体而言，与现有技术相比，本发明采用了具有弹性爪部的软爪与定位尾椎配合，定位尾椎支撑软爪尾部、顶尖顶住定位尾椎并且促使定位尾椎撑开软爪使得软爪能撑住零件内壁的装夹方法，以零件内壁和零件大端内侧面定位。通过软爪支撑内壁，结合车床自动定心的作用以及定位尾椎的定位，保证了装夹后零件回转中心与机床主轴同心，使得零件加工过程中，能实现快速装夹，自动找正零件回转中心，进行精密定位，效率高，装夹变形小，零件加工尺寸精度高，壁厚均匀，更容易满足零件尺寸精度要求。

附图说明

图1为零件装夹配合整体示意图；

图2为零件示意图；

图3为软爪与定位尾椎配合示意图；

图4为图3的分解示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

卡盘1 安装块11 螺纹孔12

软爪2 底座21 安装槽211

通孔212 弹性爪部22 定位槽221

定位槽侧壁2211 外锥面222 让位槽223

内锥面224 锥形凹槽225 待加工零件3

定位尾椎4 锥形头部41 圆柱形尾部42

顶尖孔421 车床顶尖5

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1～图4为本发明优选实施例示意图。本实施例的加工装置，包括：卡盘1，卡盘1上设有凸起的安装块11，安装块11上开设有螺纹孔(未图示)；三个软爪2，呈等边三角形分布，并安装于卡盘1上，软爪2包括底座21、与底座21连接的弹性爪部22，底座21安装在卡盘1上，底座21开设有对应安装块11的安装槽211，安装槽211开设有对应螺纹孔的通孔212；底座21与安装块11通过螺栓(未图示)连接。

弹性爪部22与底座21之间形成定位槽221；弹性爪部22的横截面为扇形，纵向具有外锥面222，外锥面222的锥度与待加工零件3内壁锥度一致，外锥面222开设有对应待加工零件3内部结构的让位槽223；弹性爪部22的自由端设有内锥面224，三个弹性爪部22的内锥面224共同组成锥形凹槽225；定位尾椎4，前端形状与锥形凹槽225适配，后端开设有顶尖孔421，定位尾椎4为阶梯形构造，前端为锥形头部41，后端为圆柱形尾部42，顶尖孔421开设在圆柱形尾部42的端面上。

基于上述装置，本优选实施例的加工方法包括如下步骤：

(1)将三个软爪2的弹性爪部22从待加工零件3的大端装入待加工零件3；

(2)将三个软爪2安装于卡盘1上，三个软爪2呈等边三角形分布；

(3)将定位尾椎4从待加工零件3的小端插入待加工零件3内部并与锥形凹槽225配合，定位尾椎4在车床顶尖5作用下撑开弹性爪部22，使弹性爪部22的外锥面222与待加工零件3的内壁紧密配合，同时待加工零件3大端的内端面会在弹性爪部22被撑开的张力作用下与定位槽221的侧壁2211紧密配合；

(4)粗车零件两端面、两端内圆及外锥面222；

(5)人工时效，减小加工内应力；

(6)半精车零件两端面、两端内圆及外锥面222；

(7)精车零件两端面、两端内圆及外锥面222。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明采用了具有弹性爪部22的软爪2与定位尾椎4配合，由于软爪2的弹性爪部22既有一定的软度又有适当的弹性，在定位尾椎4的支撑下可以自然张开并与待加工零件3的内壁自然贴合实现紧密配合，消除了现有技术需要不断调整卡爪安装位置的缺陷，一次安装，自动配合。

2.定位尾椎4支撑软爪2尾部、顶尖顶住定位尾椎4并且促使定位尾椎4撑开软爪2使得软爪2能撑住零件内壁的装夹方法，实现了装夹装置自动以零件内壁和零件大端内侧面定位。

3.通过软爪2支撑内壁，结合车床自动定心的作用以及定位尾椎4的定位，保证了装夹后零件回转中心与机床主轴同心，使得零件加工过程中，能实现快速装夹，自动找正零件回转中心，进行精密定位，效率高，装夹变形小，零件加工尺寸精度高，壁厚均匀，更容易满足零件尺寸精度要求。

4.软爪2外形锥度根据零件锥度配车，软爪2中部位置根据具体零件内型腔结构设立让位槽223，使得软爪2可以与零件内壁充分贴合，增大接触面积。

5.软爪2尾部设有锥形凹槽225，与定位尾椎4配合，增加软爪2尾部支撑力，可有效防止零件加工时跳动。

6.定位尾椎4为阶梯形，前端为锥形，与软爪2尾部锥形凹槽225精密配合，支撑软爪2，后端为圆柱形带顶尖孔421，便于车床顶尖5定位找正，定位尾椎4与软爪2尾部锥形凹槽225贴合，支撑软爪2，车床顶尖5顶住尾椎，一夹、一顶，自动对零件进行快速精密定位。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。