一种用立式插齿机加工薄壁空心长轴的工装及使用方法与流程

本发明属于机械加工用工装领域，特别涉及一种用立式插齿机加工薄壁空心长轴的工装及使用方法。

背景技术：

在薄壁空心长轴内壁上进行内花键、键槽等加工，立式插齿机是一种使用较多的机床，但用立式插齿机加工，存在以下难点：(1)由于被加工零件壁厚较薄，传统径向受力的装夹方式极易导致零件变形；(2)若被加工零件长度超过1000mm，加工时必须对零件上端进行固定，但此类轴没有外圆台阶，在避免变形的情况下实现零件上部的固定非常困难；(3)若被加工零件的加工位置距离底部装夹位置大于800mm，则加工时被加工零件上端在直径方向会受到阻力而发生偏移，出现让刀现象，导致零件振动，无法保证加工质量。因此，针对立式插齿机加工薄壁空心长轴存在的难点开发出合适的工装，对于加工的顺利进行和加工质量的保证非常重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用立式插齿机加工薄壁空心长轴的工装及使用方法，以便在加工中避免被加工零件变形，消除振动，保证加工精度和表面质量并便于操作。

本发明所述用立式插齿机加工薄壁空心长轴的工装，包括定位底盘、定位环、定位芯轴、挡板、紧固螺钉、胀套、锥度芯轴、盖板、基座、定位支座、夹套和定位螺钉；所述定位底盘的数量为一个，定位底盘中心部位设置有上大下小的阶梯通孔，所述阶梯通孔中，位于下部的小孔供定位芯轴下端通过，位于上部的大孔对被加工薄壁空心长轴下端定位；所述定位环的数量为一个，定位环为圆筒体，其上端端部设置有第一定位轴肩，第一定位轴肩以下部分为定位环主体部分，定位环主体部分的外径d9＝d8－(0.1～0.5)mm，定位环第一定位轴肩的外径d10＝d1－(2～3)mm，式中，d1为被加工薄壁空心长轴定位段的内径或定位段主体部分的内径，d8为被加工薄壁空心长轴内孔中设置的定位台阶的中心孔孔径，所述d8＝d1－(12～20)mm，所述d1由被加工薄壁空心长轴的具体类型而定，定位环的内径d12无特别要求，只要能满足定位芯轴的强度要求和组装要求即可；所述定位芯轴的数量为一根，定位芯轴为圆柱体，其上端设置有外螺纹段，下端设置有内螺纹段，靠外螺纹段一端设置有第二定位轴肩，定位芯轴的直径d11与定位环的内径为间隙配合，第二定位轴肩的直径d2＝d10－(15～35)mm，外螺纹段的大径小于定位芯轴的直径，第二定位轴肩下环面与外螺纹段端面之间的长度L7小于被加工薄壁空心长轴定位段的长度L5，第二定位轴肩下环面与定位芯轴下端面之间的长度L9－被加工薄壁空心长轴内孔中设置的定位台阶上环面与被加工薄壁空心长轴下端面之间的长度L10－定位环第一定位轴肩的长度L8＝定位底盘中心部位设置的阶梯通孔中小孔的长度；所述挡板的数量为一个，挡板中心部位设置有供紧固螺钉通过的过孔，所述紧固螺钉的数量为一颗，紧固螺钉的外螺纹与定位芯轴设置的内螺纹段的内螺纹相匹配；所述胀套的数量为一个，胀套的制作材料为黄铜，外形为圆台形，内孔为有锥度的圆形通孔，胀套的外径d3与被加工薄壁空心长轴定位段或定位段主体部分的内径d1为过盈配合，胀套内孔小端的孔径d4＝d2+(2～4)mm、胀套内孔大端的孔径d5＝d4+2×L2×tgα1，式中，α1为胀套内孔的锥度角，α1＝1.0°～2.0°，L2为胀套的长度，L2＝L1，式中，L1为定位芯轴中第二定位轴肩下环面与外螺纹段起始处之间的长度，所述胀套至少被分割成五个圆弧片，其中，至少有两个圆心角为10°的圆弧片；所述锥度芯轴的数量为一个，锥度芯轴为筒体结构，其外形为圆锥台形，内孔为圆形通孔，锥度芯轴内孔的孔径与定位芯轴的直径d11为间隙配合，锥度芯轴大端的外径d6＝d5+(0.2～1.0)mm、锥度芯轴小端的外径d7＝d6－2×L3×tgα2，式中，α2为锥度芯轴外壁的锥度角，α2＝α1＝1.0°～2.0°，L3为锥度芯轴的长度，L3＝L2－(20～30)mm；所述夹套的数量为一个，夹套内孔的孔径与被加工薄壁空心长轴定位段的外径为间隙配合，夹套被分割成尺寸相同的两个圆弧片；所述盖板的数量为一个，盖板中心部位设置有供定位芯轴的螺纹段通过的过孔；所述基座的数量为双数且至少为四个，所述定位支座的数量与基座的数量相同，所述定位螺钉的数量与定位支座的数量相同，定位支座上部设置有与定位螺钉匹配的螺孔。

本发明所述用立式插齿机加工薄壁空心长轴的工装，其定位环所设置的第一定位轴肩的长度L8控制在10mm～20mm，定位芯轴所设置的第二定位轴肩的长度L6控制在10mm～25mm，以便满足装配需要和保证第一定位轴肩和第二定位轴肩的强度。

当被加工薄壁空心长轴定位段的内径或定位段主体部分的内径大于被加工薄壁空心长轴被加工段内径或/和被加工段以上部段的内径时，应将定位环以其轴线为基准在定位环两侧对称去除一部分，以便使定位环能装入被加工薄壁空心长轴定位段或定位段主体部分，实现与定位台阶的组合。

在加工薄壁空心长轴时，本发明所述工装按下述方式与被加工薄壁空心长轴及立式插齿机进行组合：

①定位环与被加工薄壁空心长轴内孔中设置的定位台阶组合

将定位环的主体部分穿过被加工薄壁空心长轴内孔中设置的定位台阶的中心孔位于定位台阶之下，使定位环设置的第一定位轴肩下环面与所述定位台阶上环面接触；

②定位芯轴与定位环组合

将定位芯轴的下端穿过定位环的内孔从被加工薄壁空心长轴下端的内孔伸出，使定位芯轴设置的第二轴肩下环面与定位环设置的第一定位轴肩上端面接触；

③将定位芯轴及被加工薄壁空心长轴与定位底盘组合

将定位芯轴下端插入定位底盘中心部位设置的阶梯通孔，使被加工薄壁空心长轴的下端位于定位底盘中心部位设置的阶梯通孔的上部大孔中，通过挡板、紧固螺钉与定位芯轴下端设置的内螺纹段的配合，将定位芯轴及被加工薄壁空心长轴与定位底盘组合；

④胀套与被加工薄壁空心长轴及定位环组合

将胀套内孔小端的端面与定位环设置的第一定位轴肩上端面接触，使胀套定位在定位环(2)上端面；

⑤锥度芯轴与胀套及定位芯轴组合

将锥度芯轴套在定位芯轴设置的第二定位轴肩之上的部段，使锥度芯轴的小端朝向定位芯轴设置的第二定位轴肩方向，通过锥度芯轴与胀套内孔的锥度配合实现胀套与被加工薄壁空心长轴定位段或定位段主体部分的内孔紧密结合；

⑥盖板与锥度芯轴及定位芯轴的组合

将盖板套装在定位芯轴设置的外螺纹段上，并使盖板与锥度芯轴的大端端面接触，通过螺母与所述外螺纹段的配合，将定位底盘、定位环、定位芯轴、锥度芯轴、胀套和被加工薄壁空心长轴的定位段结合成一体，形成组合体；

⑦步骤⑥形成的组合体在立式插齿机上的安装

将步骤⑥形成的组合体置于立式插齿机的卡盘上，使其中心线与立式插齿机卡盘的中心线重合，用机床压板将步骤⑥形成的组合体固定在立式插齿机的卡盘上；

⑧被加工薄壁空心长轴定位段的支撑

将各基座环绕步骤⑥形成的组合体中的定位底盘等角度放置并固定在立式插齿机的卡盘上，将各定位支座分别安装在相应的基座上，将各定位螺钉分别安装在相应的定位支座上，将夹套与被加工薄壁空心长轴定位段的外壁贴合，通过各定位螺钉对夹套施力，实现被加工薄壁空心长轴定位段的支撑。

本发明具所述工装有以下有益效果：

1、本发明所述工装中定位底盘、定位环、定位芯轴、锥度芯轴、胀套和被加工薄壁空心长轴的定位段的组合方式，及所形成的组合体在立式插齿机卡盘上的安装方式，实现了对被加工薄壁空心长轴的轴向受力装夹，有效解决了薄壁空心长轴的变形问题。

2、本发明所述工装中胀套、锥度芯轴与定位芯轴、定位环和被加工薄壁空心长轴定位段的组合方式，以及夹套、定位螺钉、基座、定位支座的设置，不仅在避免变形的情况下实现了被加工薄壁空心长轴上部的固定，增强了被加工薄壁空心长轴加工段的刚性，消除了加工中的振动，而且对组合安装过程中的找正没有任何干涉。

3、试验表明，使用本发明所述工装，可在立式插齿机上对长度为1025-1400mm、长径比为6-14、壁厚为6-15mm、内花键位置距离下端装夹位置大于800mm的薄壁空心长轴正常进行渐开线内花键加工，获得精度和表面质量符合要求的产品。

4、本发明所述工装中胀套被分割成多个圆弧片、夹套被分割成尺寸相同的两个圆弧片，因而组合时便于操作。

附图说明

图1是本发明所述用立式插齿机加工薄壁空心长轴的工装的示意图，该图还描述了本发明所述工装与被加工薄壁空心长轴及立式插齿机的组合方式；

图2是图1的俯视图；

图3是被加工薄壁空心长轴的一种示意图；

图4是本发明所述用立式插齿机加工薄壁空心长轴的工装中定位芯轴的示意图；

图5是本发明所述用立式插齿机加工薄壁空心长轴的工装中胀套的示意图；

图6是图5的左视图；

图7是本发明所述用立式插齿机加工薄壁空心长轴的工装中锥度芯轴的示意图；

图8是本发明所述用立式插齿机加工薄壁空心长轴的工装中定位环的示意图；

图9是图8的A-A剖视图。

图中，1—定位底盘、2—定位环、2-1—第一定位轴肩、2-2—定位环主体部分、3—定位芯轴、3-1—外螺纹段、3-2—内螺纹段、3-3—第二定位轴肩、4—挡板、5—紧固螺钉、6—胀套、6-1—胀套的第一圆弧片、6-2—胀套的第二圆弧片、6-3—胀套的第三圆弧片、6-4—胀套的第四圆弧片、6-5—胀套的第五圆弧片、7—锥度芯轴、8—盖板、9—基座、10—定位支座、11—夹套、12—定位螺钉、13—高压压气机转子轴(被加工薄壁空心长轴)、13-1—定位段、13-2—定位台阶、13-3—内花键加工段、14—立式插齿机的卡盘、15—机床压板。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明所述用立式插齿机加工薄壁空心长轴的工装结构及使用方法作进一步说明。

实施例1

本实施例中的工装用于在立式插齿机上加工高压压气机转子轴的内花键，所述高压压气机转子轴如图3所示，是一种薄壁空心长轴，其长度为1025.5mm、长径比为6.8、壁厚为7mm，内花键加工段13-3之下为定位段13-1，定位段下端有定位台阶13-2，所述定位段的长度L5＝257.5mm，定位段的外径为151mm，定位段靠近内花键加工段的孔径与内花键加工段的孔径相同，定位段主体部分的内径d1大于内花键加工段的孔径，所述d1＝137mm，所述定位台阶中心孔的孔径d8＝d1－13mm＝124mm。

本实施例中的工装如图1、图2所示，包括定位底盘1、定位环2、定位芯轴3、挡板4、紧固螺钉5、胀套6、锥度芯轴7、盖板8、基座9、定位支座10、夹套11和定位螺钉12。

所述定位底盘1的数量为一个，定位底盘中心部位设置有上大下小的阶梯通孔，所述阶梯通孔中，位于下部的小孔供定位芯轴3下端通过，位于上部的大孔对高压压气机转子轴13下端定位；

所述定位环2的数量为一个，如图8、图9所示，定位环为圆筒体，其上端端部设置有第一定位轴肩2-1，第一定位轴肩以下部分为定位环主体部分2-2，定位环主体部分的外径d9＝d8－0.2mm＝123.8mm，定位环第一定位轴肩的外径d10＝d1－2mm＝135mm、长度L8控制在13mm，定位环的内孔d12＝80.2mm，为了便于与高压压气机转子轴的定位段和定位台阶组合，以定位环轴线为基准在定位环两侧对称去除了一部分；

所述定位芯轴3的数量为一根，如图4所示，定位芯轴为圆柱体，其上端设置有外螺纹段3-1，下端设置有内螺纹段3-2，靠外螺纹段一端设置有第二定位轴肩3-3，定位芯轴的直径d11与定位环2的内径d12为间隙配合，第二定位轴肩3-3的直径d2＝d10－25mm＝110mm、长度L6控制在20mm，外螺纹段的大径小于定位芯轴的直径，第二定位轴肩3-3下环面与外螺纹段3-1端面之间的长度L7＝240mm(小于高压压气机转子轴定位段13-1的长度L5)，第二定位轴肩3-3下环面与外螺纹段3-1起始处之间的长度L1＝160mm，第二定位轴肩3-3下环面与定位芯轴下端面之间的长度L9－高压压气机转子轴内孔中设置的定位台阶13-2上环面与高压压气机转子轴下端面之间的长度L10－定位环第一定位轴肩2-1的长度L8＝定位底盘中心部位设置的阶梯通孔中小孔的长度；

所述挡板4的数量为一个，挡板中心部位设置有供紧固螺钉5通过的过孔，所述紧固螺钉5的数量为一颗，紧固螺钉的外螺纹与定位芯轴设置的内螺纹段3-2的内螺纹相匹配；

所述胀套6的数量为一个，胀套的制作材料为黄铜，如图5、图6所示，胀套的外形为圆台形，内孔为有锥度的圆形通孔，胀套的外径d3与高压压气机转子轴定位段13-1主体部分的内径d1为过盈配合，胀套内孔小端的孔径d4＝d2+4mm＝114mm、胀套内孔大端的孔径d5＝d4+2×L2×tgα1＝122.379mm，式中，α1为胀套内孔的锥度角，α1＝1.5°，L2为胀套的长度，L2＝L1＝160mm，所述胀套被分割成五个圆弧片，其中，第一圆弧片6-1的圆心角为100°、第二圆弧片的圆心角为120°、第三圆弧片6-3的圆心角为120°、第四圆弧片6-4的圆心角为10°、第五圆弧片6-5的圆心角为10°；

所述锥度芯轴7的数量为一个，锥度芯轴如图7所示，为筒体结构，其外形为圆锥台形，内孔为圆形通孔，锥度芯轴内孔的孔径与定位芯轴3的直径d11为间隙配合，锥度芯轴大端的外径d6＝d5+0.262mm＝122.641mm、锥度芯轴小端的外径d7＝d6－2×L3×tgα2，式中，α2为锥度芯轴外壁的锥度角，α2＝α1＝1.5°，L3为锥度芯轴的长度，L3＝L2－22mm＝138mm；

所述夹套11的数量为一个，夹套内孔的孔径与高压压气机转子轴定位段13-1的外径为间隙配合，夹套被分割成尺寸相同的两个圆弧片(见图1、图2)；

所述盖板8的数量为一个，盖板中心部位设置有供定位芯轴的螺纹段3-1通过的过孔(见图1)；

所述基座9的数量为四个，所述定位支座10的数量与基座的数量相同，所述定位螺钉12的数量与定位支座的数量相同，定位支座10上部设置有与定位螺钉匹配的螺孔。

实施例2

本实施例用实施例1所述工装在立式插齿机上加工高压压气机转子轴的内花键，所述工装与高压压气机转子轴及立式插齿机组合的方式如图1、图2所示，使用方法如下：

①定位环与高压压气机转子轴内孔中设置的定位台阶组合

将定位环2的主体部分2-2穿过高压压气机转子轴内孔中设置的定位台阶的中心孔位于定位台阶之下，使定位环设置的第一定位轴肩2-1下环面与所述定位台阶13-2上环面接触；

②定位芯轴与定位环组合

将定位芯轴3的下端穿过定位环2的内孔从高压压气机转子轴下端的内孔伸出，使定位芯轴设置的第二轴肩3-3下环面与定位环2设置的第一定位轴肩2-1上端面接触；

③将定位芯轴及高压压气机转子轴与定位底盘组合

将定位芯轴下端插入定位底盘1中心部位设置的阶梯通孔，使高压压气机转子轴的下端位于定位底盘1中心部位设置的阶梯通孔的上部大孔中，通过挡板4、紧固螺钉5与定位芯轴下端设置的内螺纹段的配合，将定位芯轴及高压压气机转子轴与定位底盘组合；

④胀套与高压压气机转子轴及定位环组合

将胀套6内孔小端的端面与定位环2设置的第一定位轴肩2-1上端面接触，使胀套定位在定位环(2)上端面；

⑤锥度芯轴与胀套及定位芯轴组合

将锥度芯轴7套在定位芯轴设置的第二定位轴肩之上的部段，使锥度芯轴的小端朝向定位芯轴设置的第二定位轴肩方向，通过锥度芯轴与胀套内孔的锥度配合实现胀套与高压压气机转子轴定位段主体部分的内孔紧密结合；

⑥盖板与锥度芯轴及定位芯轴的组合

将盖板8套装在定位芯轴设置的外螺纹段3-1上，并使盖板与锥度芯轴7的大端端面接触，通过螺母与所述外螺纹段3-1的配合，将定位底盘、定位环、定位芯轴、锥度芯轴、胀套和高压压气机转子轴的定位段结合成一体，形成组合体；

⑦步骤⑥形成的组合体在立式插齿机上的安装

将步骤⑥形成的组合体置于立式插齿机的卡盘14上，使组合体中的定位底盘1与立式插齿机的卡盘14接触，使组合体的中心线与立式插齿机卡盘的中心线重合(见图1)，用机床压板15将步骤⑥形成的组合体固定在立式插齿机的卡盘上，所述机床压板15的数量为四个，环绕组合体中的定位底盘1等角度分布，通过对定位底盘1的固定实现对步骤⑥形成的组合体的固定(见图1、图2)；

⑧高压压气机转子轴定位段的支撑

将各基座9环绕定位底盘1等角度放置并固定在立式插齿机的卡盘14上，将各定位支座10分别安装在相应的基座上，将各定位螺钉12分别安装在相应的定位支座上，将夹套11与高压压气机转子轴定位段的外壁贴合，通过各定位螺钉对夹套11施力，实现高压压气机转子轴定位段的支撑。

按上述方法组合后，用立式插齿机对高压压气机转子轴进行内花键加工。加工过程中无振动，加工精度和表面质量均符合要求，且高压压气机转子轴未发生任何变形。