一种用于尾杆零件加工的方法及其夹具与流程

本发明涉及一种零件加工方法，特别是一种用于尾杆零件加工的方法及其夹具。属于机械加工领域。

背景技术：

目前，采用钛合金材料的尾杆零件比较难加工，由于薄壁、刚性差在加工时，容易变形，壁厚2 mm，零件的上端面支撑陀螺万向支架，零件的定位外圆为φ10h7，定位外圆中间键槽尺寸精度3+0.01 +0.004，对称度0.01mm，尤其是在铣削加工零件键槽3+0.01 +0.004时，零件在铣削力的作用下，使零件加工的3+0.01 +0.004槽尺寸向外扩张，出现震动，造成加工应力在零件加工面产生震动刀纹，严重影响零件的表面加工质量，零件加工余量大，每一次切削由于应力释放，使零件变形，钛合金材料在高温下易氧化，使加工时在刀尖易成生切削瘤，造成尺寸精度及形位公差超差而报废。另外零件批量大，每次加工一件后需要重新对刀，加工效率低下，严重影响产品的配套任务完成。常规尾杆零件的加工工艺采用单一的通用热加工方法消除加工应力，控制零件变形，提高零件的加工效率，并采用心轴定位，压紧零件的定位切削夹紧加工方式等措施，但对大批量的薄壁、刚性差钛合金材料陀螺尾杆零件的加工上述措施不适用。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种用于尾杆零件加工的方法及其夹具，该方法通过采用真空热加工工艺，在一定真空度下，去除零件加工应力，保证零件的加工尺寸精度要求，该方法采用的夹具有效的防止了零件的压伤和变形，解决了尾杆零件由于薄壁、刚性差在加工时容易变形的问题，并实现了零件的快速装夹；同时，零件加工完成后，不需要卸下，可以直接在夹具本体上测量，从而提高了尾杆零件的加工效率。

本发明的技术方案是：一种用于尾杆零件加工的方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤1）通过控制机床的机床转速、切削深度和走刀量，分多次进给量粗加工尾杆零件，去除大的加工余量；

步骤2）粗加工后，进行第一次真空热处理；

步骤3）对步骤2）第一次真空热处理后的尾杆零件，采用双压板夹具进行固定，通过控制机床的机床转速、切削深度和走刀量，分多次进给量半精加工尾杆零件；

步骤4）半精加工后，再进行第二次真空热处理，进一步消除加工应力；

步骤5）对第二次真空热处理后的尾杆零件进行精加工，采用V型夹具夹装定位，通过控制铣削速度、每齿进给量和轴向切削深度，完成对尾杆零件精加工的尺寸要求；

步骤6）将精加工后的尾杆零件直接在V型夹具上翻转180°，对尾杆零件的键槽的对称度进行测量，是否达到技术要求；

步骤7）如果测量没有达到技术要求，对键槽尺寸再进行精加工，精加工后再返回步骤6）；如果测量达到技术要求，再进行冷、热循环热处理3个周期，稳定加工尺寸。

所述步骤1）粗加工时，机床转速为250～300r/min，切削深度为1.5mm，走刀量为0.24～0.3mm/r；所述步骤3）半精加工时，机床转速为155～175r/min，切削深度为0.5mm，走刀量为0.18～0.24mm/r。

所述第一次真空热处理是在真空度为1×10^-1Pa，温度为600±10℃，时间为2±0.1小时条件下进行；第二次真空热处理是在真空度5×10^-2Pa，温度为600±10℃，时间为2±0.1小时条件下进行。

所述步骤5）精加工时，铣削速度为7.5～15m/min，每齿进给量为0.03～0.08mm，轴向切削深度为1.5～3mm。

所述步骤7）的冷、热循环热处理3个周期：先将温度降至-50～-60℃后，保持1.5±0.2小时，再将温度升至90±10℃后，保持3±0.2小时，然后反复上述过程三次。

所述步骤3）中的双压板夹具包括心轴、带凹槽压紧螺母和带肩压紧螺母，所述的带凹槽压紧螺母通过螺纹固定在心轴的固定盘上，且心轴的定位杆穿过带凹槽压紧螺母的第一过孔；所述带肩压紧螺母通过螺纹固定在定位杆的一端。

所述的心轴包括机床连接体、固定盘和定位杆；所述的机床连接体和定位杆分别固定连接在固定盘的两侧；所述的固定盘的外圆上设置有螺纹。

所述带凹槽压紧螺母内设有环形凹槽，在带凹槽压紧螺母的外圆上沿圆周均匀分布有扳手孔；在带凹槽压紧螺母的端面中部设置有第一过孔，第一过孔的直径大于定位杆的直径。

所述带肩压紧螺母包括环形肩体和六角螺母；环形肩体和六角螺为一体结构。

所述步骤5）中的V型夹具包括本体、定位板、定向销和压板，所述的压板通过双头螺栓和紧固螺母固定在本体的矩型台上；定位板通过压紧螺钉固定在矩型台一侧本体上，定向销设置在定位板的顶部；所述的本体包括铣床定位体和基座；所述的基座上设置有矩型台，在矩型台顶部中间横向设置有V形定位槽和让刀槽，让刀槽位于V形定位槽下方；在定位槽的上下两侧的矩型台上分别对称设置有第二螺纹孔，第二螺纹孔与压板的第二过孔对应，在矩型台左右两侧的基座上设置有第一螺纹孔和第三螺纹孔；第一螺纹孔为两个，与定位板的螺钉孔对应；在基座的两端设置有铣床定位体；基座底部设置有消气槽；铣床定位体、矩型台和基座为一体结构。

本发明的优点是：采用合理机床转速、切削深度和走刀量，对钛合金材料进行粗加工和半精加工，提高零件的加工质量及刀具的耐用度，消除零件的变形。本发明采用了三次热处理，第一次在合适的真空度条件下，对尾杆零件进行第一次的真空热处理，改善零件切削性能，防止材料表面产生硬脆层，避免刀具切削时产积屑瘤造成刀具崩刃，加速刀具磨损；第二次通过加大真空度的第二次真空热处理，进一步消除零件加工应力，获得好的工艺性；第三次冷、热三个周期的循环热处理，稳定零件加工尺寸。本发明半精加工时，通过采用双压板夹具，消除零件二次装夹定位误差，保证零件的形位公差要求，提高零件加工尺寸精度及效率；精加工时，通过采用V型夹具防止了零件压伤，压变形，实现了零件的快速装夹，零件加工完成后，不需要卸下，可以直接在夹具本体上测量，加工测量的一体化，进一步提高尾杆零件加工效率；本发明的工艺方法及夹具，使尾杆零件加工合格率达到99%以上，满足了尾杆零件月产1000套的生产纲领，并节约了成本。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是本发明V型夹具的结构示意图；

图2是图1中本体结构示意图；其中，（a）为主视图，（b）为侧视图，（c）为俯视图；

图3是定向板结构示意图；

图4是定向销结构示意图；

图5是压板结构示意图；

图6是尾杆零件精加工结构示意图；

图7是本发明双压板夹具的结构示意图；

图8是心轴的示意图；

图9是带凹槽压紧螺母结构示意图；

图10是带肩压紧螺母结构示意图；

图中：1、本体；2、定位板；3、压紧螺钉；4、定向销；5、双头螺栓；6、紧固螺母；7、压板；8、铣床定位体；9、基座；10、尾杆零件；11、第一螺纹孔；12、矩型台；13、第三螺纹孔；14、消气槽；15、防碰倒角；16、压紧槽；17、V形定位槽；18、让刀槽；19、第二螺纹孔；20、心轴；21、带凹槽压紧螺母；22、环形凹槽；23、带肩压紧螺母；24、机床连接体；25、固定盘；26、定位面；27、定位杆； 28、扳手孔；29、第一过孔；30、环形肩体；31、六角螺母；2-1、圆弧形凹槽；2-2、螺钉孔；4-1、螺纹体；4-2、柄部；4-3、定位圆柱；4-4、定向头；7-1、圆弧形通槽；7-2、第二过孔；101、零件主体；102、定位孔；103、大端面；104、小端面。

具体实施方式

实施例1

一种用于尾杆零件加工的方法，包括如下步骤：

步骤1）通过控制机床的机床转速、切削深度和走刀量，分多次进给量粗加工尾杆零件，去除大的加工余量；

步骤2）粗加工后，进行第一次真空热处理；

步骤3）对步骤2）第一次真空热处理后的尾杆零件，采用双压板夹具进行固定，通过控制机床的机床转速、切削深度和走刀量，分多次进给量半精加工尾杆零件；

步骤4）半精加工后，再进行第二次真空热处理，进一步消除加工应力；

步骤5）对第二次真空热处理后的尾杆零件进行精加工，采用V型夹具夹装定位，通过控制铣削速度、每齿进给量和轴向切削深度，完成对尾杆零件精加工的尺寸要求；

步骤6）将精加工后的尾杆零件直接在V型夹具上翻转180°，对尾杆零件的键槽的对称度进行测量，是否达到技术要求；

步骤7）如果测量没有达到技术要求，对键槽尺寸再进行精加工，精加工后再返回步骤6）；如果测量达到技术要求，再进行冷、热循环热处理3个周期，稳定加工尺寸。

实施例2

一种用于尾杆零件加工的方法，其特征是：

步骤1）首先以机床三爪卡盘夹持零件毛坯，在机床转速为250～300r/min，切削深度为1.5mm，走刀量为0.24～0.3mm/r的条件下，分多次进给量粗加工尾杆零件，去除大的加工余量；

步骤2）粗加工后，在真空度为1×10^-1Pa，温度为600±10℃，时间为2±0.1小时条件下，进行第一次真空热处理；防止钛合金材料高温下与大气中的氧、氮、氢等发生了强烈化学反应，生成TiO2、TiN、TiH等硬脆层，使得加工表面层产生局部应力集中，降低疲劳强度，也加剧了刀具磨损。同时改善零件的切削性能，消除零件的加工应力，改善零件加工切削性能；

步骤3）对步骤2）第一次真空热处理后的尾杆零件10，采用双压板夹具进行固定，在机床转速为155～175r/min，切削深度为0.5mm，走刀量为0.18～0.24mm/r的条件下，分多次进给量半精加工尾杆零件；

步骤4）半精加工后，再在真空度5×10^-2Pa，温度为600±10℃，时间为2±0.1小时条件下，进行第二次真空热处理，进一步消除加工应力，获得好的工艺加工加工性；

步骤5）对第二次真空热处理后的尾杆零件进行精加工，以外圆定位，采用V型夹具夹装定位，在铣削速度为7.5～15m/min，每齿进给量为0.03～0.08mm，轴向切削深度为1.5～3mm的条件下，完成对尾杆零件精加工的尺寸要求；

步骤6）将精加工后的尾杆零件直接在V型夹具上翻转180°，对尾杆零件的键槽的对称度进行测量，是否达到技术要求；

步骤7）如果测量没有达到技术要求，对键槽尺寸再进行精加工，精加工后再返回步骤6）；如果测量达到技术要求，再进行冷、热循环热处理3个周期，稳定加工尺寸；所述的的冷、热循环热处理3个周期：先将温度降至-50～-60℃后，保持1.5±0.2小时，再将温度升至90±10℃后，保持3±0.2小时，然后反复上述过程三次。

如图7所示， 所述步骤3）中的双压板夹具包括心轴20、带凹槽压紧螺母21和带肩压紧螺母23，所述的带凹槽压紧螺母21通过螺纹固定在心轴20的固定盘25上，且心轴20的定位杆27穿过带凹槽压紧螺母21的第一过孔29；所述带肩压紧螺母23通过螺纹固定在定位杆27的一端。

如图8所示，所述的心轴20包括机床连接体24、固定盘25和定位杆27；所述的机床连接体24和定位杆27分别固定连接在固定盘25的两侧；所述的固定盘25的外圆上设置有螺纹，使该螺纹的压紧面与固定盘25的定位面26垂直。

如图9所示，所述带凹槽压紧螺母21内设有环形凹槽22，在带凹槽压紧螺母21的外圆上沿圆周均匀分布有扳手孔28；在带凹槽压紧螺母21的端面中部设置有第一过孔29，第一过孔29的直径大于定位杆27的直径。

如图10所示，所述带肩压紧螺母23包括环形肩体30和六角螺母31；环形肩体30和六角螺母31为一体结构。

该双压板夹具的加工方法是：尾杆零件的零件主体101的定位孔102在心轴的定位杆27上定位，带凹槽压紧螺母21穿过定位杆27后，带凹槽压紧螺母21螺纹连接在心轴20上，尾杆零件大端面103的边沿卡在环形凹槽22内，并通过带凹槽压紧螺母21内端面将其压紧，加工尾杆零件的小端面104，保证零件长度尺寸及垂直度要求；加工完成后，零件不动，将带肩压紧螺母23的环形肩体30的压紧面压在尾杆零件的小端面104上，用扳手插入带凹槽压紧螺母21的圆周的扳手孔28中，便可加工尾杆零件的外圆等尺寸，从而保证零件的加工尺寸精度及形位公差要求，避免了二次装夹重复定位误差，提高了零件加工效率。

该双压板夹具与单一重复装夹、定位夹持外圆加工相比下，可以消除径向夹紧力产生的变形，控制零件重复定位误差，提高零件加工的尺寸精度，保证零件形位公差要求，带肩压紧螺母采用的环形肩体和六角螺母合二为一，减少零件装夹辅助压紧时间，保证了压紧面与零件加工面垂直，提高加工效率。

如图1所示，所述步骤5）中的V型夹具包括本体1、定位板2、定向销4和压板7，所述的压板7通过双头螺栓5和紧固螺母6固定在本体1的矩型台12上；定位板2通过压紧螺钉3固定在矩型台一侧本体1上，定向销4设置在定位板2的顶部。 如图2中的（a）和（b）所示，所述的本体1包括铣床定位体8和基座9；所述的基座9上设置有矩型台12，在矩型台12顶部中间横向设置有V形定位槽17和让刀槽18，让刀槽18位于V形定位槽17下方；在定位槽17的上下两侧的矩型台12上分别对称设置有第二螺纹孔19，第二螺纹孔19与压板7的第二过孔7-2对应，在矩型台12左右两侧的基座9上设置有第一螺纹孔 11和第三螺纹孔 13；第一螺纹孔 11为两个，与定位板2的螺钉孔2-2对应；在基座9的两端设置有铣床定位体8；基座9底部设置有消气槽14；铣床定位体8、矩型台12和基座9为一体结构。

如图3所示，所述的定位板2为倒“T”型，在倒“T”型竖直部分的顶端设置有用于定位的圆弧形凹槽2-1；在倒“T”型的底部以竖直部分为中心，分别对称设置有螺钉孔2-2；压紧螺钉3穿过螺钉孔2-2将定位板2固定在本体1上。圆弧形凹槽2-1与定位槽17在同一轴线上。

如图4所示，所述的定向销4包括螺纹体4-1、柄部4-2、定位圆柱4-3和定向头4-4, 所述的螺纹体4-1、柄部4-2、定位圆柱4-3和定向头4-4是一体结构，柄部4-2位于定位圆柱4-3一端，定向头4-4位于定位圆柱4-3另一端，螺纹体4-1位于柄部4-2另一端。

如图5所示，所述的压板7为矩型，在压板7底面中部设置有一个横向的圆弧形通槽7-1，在圆弧形通槽7-1两侧对称设置有第二过孔7-2。

如图2中的（c）所示，所述的铣床定位体8包括防碰倒角15与压紧槽16，防碰倒角15对称分布在压紧槽16的两侧。

采用该V型夹具的加工方法是：采用V形定位槽17对尾杆零件定位对中；铣床定位体8直接与机床连接固定，消除定位间隙；定向销通过定向板的圆弧形凹槽2-1定向，并将定向销穿入尾杆零件定位孔中，完成尾杆零件的正确加工位置，限制尾杆零件加工时转动；再通过带有圆弧形通槽7-1的压板将尾杆零件压紧，使尾杆零件受到均匀的切削力，从而控制尾杆零件加工时压伤或压紧变形。

实施例3

在实施例2的基础上，所述的柄部4-2的表面有滚花，防止手出汗打滑，所述的螺纹体4-1可以是带有外螺纹的螺纹杆，也可以是带有外螺纹的圆筒，定向销4在不使用时，将螺纹体4-1与本体1上的第三螺纹孔13连接，防止定向销4在零件加工后丢失，方便下次使用。

如图6所示，所述的尾杆零件10为陀螺尾杆零件。其该零件的具体结构属于现有技术这里就不做详细描述。

对于陀螺尾杆零件的具体的加工方法是：首先以机床三爪卡盘夹持零件毛坯，在机床转速250～300r/min，切削深度1.5mm，走刀量0.24～0.3mm/r切削三要素下，分多次进给量粗加工零件铣削定位外圆，去除大的加工余量，并在真空度1×10^-1P_a条件下，进行第一次真空热处理；以孔定位，采用双压板夹具，先压大端面，加工外圆端面后，零件不动，通过换压板方式，在机床转速155～175r/min，切削深度0.5mm，走刀量0.18～0.24mm/r切削三要素下，分多次进给量半精加工零件铣削定位外圆，完成半精加工后，在并在真空度5×10^-2P_a条件下，进行第二次真空热处理，进一步去除加工应力，获得好的工艺加工加工性。 零件精加工以外圆定位，在铣削速度7.5～15m/min，每齿进给量0.03～0.08mm，轴向切削1.5～3mm的条件下，在V型夹具定位，精加工键槽尺寸3+0.01 +0.004，完成尺寸加工后，零件直接在V型夹具翻转180°测量键槽的对称度形位公差0.01mm技术要求，完成键槽尺寸精加工后，在降温至-50～60℃后，保持1.5±0.2小时，然后再升温至90±10℃，保持3±0.2小时进行循环热处理3个周期，稳定加工尺寸。

其中V型夹具的使用方法是：将陀螺尾杆零件的零件主体101在本体1上V形定位槽V形定位槽17定位，定向销4中的定位圆柱在定位板中的圆弧形凹槽定向，并将定向头穿入零件定位孔102中完成零件加工位置定位。将双头螺栓5穿过压板7的第二过孔7-2装入本体上的第二螺纹孔19中，并用转动紧固螺母6把陀螺尾杆零件压紧；陀螺尾杆零件加工对刀时，只需首件将刀具与本体1的V形定位槽17分中即可，每次只需要装夹定位零件，而不需重复调整对刀尺寸，另外利用本体1的V形定位槽17的分中性好的特点，陀螺尾杆零件可以直接在夹具上进行测量，提高了测量效率，避免了测量时零件二次繁琐的找正误差。

本发明采用粗加工去除大的加工余量，并通过第一次真空热处理改善零件切削性能，半精加工再次去除零件加工余量，采用心轴定位，双压板端面压紧方式夹具，消除零件径向夹紧变形，提高尾杆铣削加工定位外圆加工精度，并通过第二次真空热处理进一步消除零件加工应力，获得好的工艺加工性，精加工采用加工好的外园V型铣削加工的夹具，达到零件成形尺寸精度要求，并通过三次冷、热循环热处理，稳定加工尺寸。本发明的夹具，零件一次装夹定位，端面压紧，通过换压板方式，将零件端面、外圆一次完成加工，避免了零件二次装夹定位误差，采用带肩压紧螺母实现快速压紧，防止了零件压斜、压伤，压变形，保证了零件加工形位公差要求；V型夹具采用对中V型结构，能够实现零件的快速装夹，零件加工完成后，不需要卸下，可以直接在夹具本体上测量，提高尾杆零件加工效率。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。