一种用于锪平面的加工系统及加工方法与流程

本发明属于孔加工领域，具体涉及一种用于锪平面的加工系统及加工方法。

背景技术：

目前，在加工工件的孔内侧表面时，一般采用装配式锪刀、反镗刀等刀具。如图1所示，取力器壳体锪内腔平面时，切削过程的工艺方案只与刀具相关，与夹具和工件无关，此种加工方式加工的平面尺寸容易不合格，所有尺寸公差、形位公差和表面粗糙度均超差较多。以上问题的成因如下：1)无法克服的客观原因：工件内表面的工艺性相对工件外表面的工艺性较差，更由于图1中的φd1/φd>2，无法采用在自动设备上使用反镗刀的工艺方案，通过检索刀具，只有1种可自动收放的反镗刀可用，但该方式经济性和可靠性较差，刀具成本太高、发生损坏的风险较大；2)技术原因：因客观原因的存在，使得只能够采用如图2所示的工艺方案，用装配式锪刀进行加工，但是，该种方式存在的问题较多，首先，限位板10与工件的接触面偏心，切深尺寸限位不准，尺寸h1和w超差至毫米级；其次，刀体在切削时受力，刀杆却悬臂无支撑，切削状态不平稳，上下左右偏摆很大，造成粗糙度不能达到ra12.5，垂直度超差也达到毫米级，使得尺寸超差较多。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有锪平面的加工尺寸公差大、形位公差和表面粗糙度均超差较多的问题，提供一种用于锪平面的加工系统及加工方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于锪平面的加工系统，包括夹具单元和刀具单元；所述夹具单元包括夹具底板、定位压紧组件、辅助支撑组件和定位导向组件；所述定位压紧组件设置在夹具底板和工件之间，且与夹具底板连接，用于支撑工件的定位平面，并将工件压紧；所述辅助支撑组件设置在夹具底板和工件之间，其一端与夹具底板连接，另一端抵靠在工件侧壁上，用于对工件进行浮动支撑；所述定位导向组件设置在夹具底板和工件之间，其一端与夹具底板连接，另一端与工件连接，用于定位工件的平面和内孔；所述定位导向组件包括导向基座、第一楔块、挡块、挡圈、调节螺杆、导向套和限位销；所述导向基座设置在夹具底板上，其内部设置有沿轴向贯通的安装孔和沿径向贯通的调节孔，且安装孔和调节孔相互连通；所述第一楔块和两块挡块均设置在调节孔，且挡块分别位于第一楔块的两侧；所述挡圈套装在导向基座外侧，所述调节螺杆穿过挡圈侧壁，其末端抵靠在挡块上，用于对第一楔块的径向位置进行调节；所述导向套设置在导向基座上方，其下端与导向基座连接，上端设置在工件内孔中，且导向套的内孔与安装孔同轴设置；所述限位销设置在安装孔和导向套的内孔中，其下端面设置为与第一楔块相匹配的楔形面，所述第一楔块径向移动时，限位销能够沿轴向移动；所述刀具单元包括刀杆和刀体，所述刀体套装在刀杆上，用于锪平面；所述刀杆的下端伸入导向套的内孔中，且与限位销的上端面相抵靠，所述限位销用于调节刀体的加工位置；所述导向套与工件内孔为间隙配合，所述刀杆与导向套为间隙配合，所述刀杆与刀体之间为间隙配合。

进一步地，所述限位销为台阶轴结构，所述台阶轴的大端底面设置为与第一楔块相匹配的楔形面，所述台阶轴的小端设置在导向套的内孔中，且小端套装有压缩弹簧，所述压缩弹簧的底端通过台阶轴的台阶面限位，上端通过导向套的端面限位，用于将第一楔块和限位销相配合的楔形面相贴紧，所述导向套与工件内孔为间隙配合，所述刀杆与导向套为间隙配合，所述刀杆与刀体之间为间隙配合。

进一步地，所述导向套和导向基座通过止口配合安装。

进一步地，所述辅助支撑组件包括自调节支撑座、自调节支撑杆、调节螺母、调节套筒、衬套、调整楔块和锁紧螺钉；所述自调节支撑座内设置有沿轴向贯通的第一自调节孔、以及沿径向设置且与第一自调节孔相连通的第二自调节孔；所述自调节支撑杆设置在第一自调节孔内，其上端通过调节螺母和调节套筒限位，下端外壁上设置有沿轴向倾斜的楔形面；所述锁紧螺钉通过衬套设置在第二自调节孔内，且其末端设置有调整楔块，所述调整楔块的楔形面与自调节支撑杆的楔形面相配合，拧紧锁紧螺钉，使调整楔块的楔形面顶紧自调节支撑杆的楔形面，实现对工件的支撑功能。

进一步地，所述辅助支撑组件还包括自调节弹簧和调整螺塞；所述自调节弹簧设置在第一自调节孔内，其上端通过自调节支撑杆限位，下端通过设置在夹具底板的调整螺塞限位，调整螺塞用于调整自调节弹簧的弹簧力大小，所述自调节弹簧为压缩弹簧，用于将自调节支撑杆和工件侧壁相贴紧。

进一步地，所述定位压紧组件包括垫块、压板和连接螺栓；所述垫块设置在在夹具底板和工件侧壁之间，且与夹具底板固定连接，所述压板设置在工件侧壁的外侧，所述连接螺栓穿过压板和垫块，将工件侧壁与夹具底板固定连接。

进一步地，所述夹具底板上设置有定位导向孔，所述导向基座的底端设置有安装凸台，所述导向基座和夹具底板通过定位导向孔和安装凸台的配合安装。

进一步地，所述导向套与工件内孔的配合为h7/g6，所述刀杆与导向套的配合为h7/g6，所述刀杆与刀体的配合为h7/g6。

同时，本发明还提供一种基于上述用于锪平面的加工系统的加工方法，包括以下步骤：

步骤一、将量块设置在导向套的内孔中，并将对刀块套装在导向套外侧，同时，满足以下尺寸关系：

k＝m1，n＝h2，

其中，k为量块的高度，m1为刀体端面与刀杆端面的距离；n为对刀块的高度，h2为工件侧壁厚度；

步骤二、旋转调节螺杆，推动第一楔块移动，第一楔块推动限位销上下移动，与此同时，测量对刀块和量块的上表面高度差，当差值在设定值内时，调整结束，锁紧调节螺杆；

步骤三、将工件安装在定位压紧组件、辅助支撑组件和定位导向组件上，使得工件压紧在定位压紧组件上，调节辅助支撑组件使得工件两侧均得到支撑，即使得工件悬空一侧也得到支撑；

步骤四、安装刀杆和刀体，刀体旋转，开始锪平面；

步骤五、锪平面完成后卸下刀体，翻转工件，更换刀体，重复步骤三，开始锪第2处平面，重复步骤三至步骤四，从而实现批量生产。

进一步地，步骤二中，使用带表高度尺测量对刀块和量块的上表面高度差；当差值小于0.01mm时，调整结束，锁紧调节螺杆。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明系统和方法将刀具、夹具和工件关联到切削过程中，使刀具分别和夹具和工件建立配合关系，实现平稳端正的切削状态和准确的切深尺寸限位，使得加工后的尺寸精确度较高，使锪内腔平面工序的产品质量完全合格，符合设计要求。

附图说明

图1为现有取力器壳体的结构示意图；

图2为现有方式对工件进行安装加工的示意图；

图3为本发明用于锪平面的加工系统的结构示意图；

图4为本发明定位导向组件的结构示意图；

图5为本发明辅助支撑组件的结构示意图；

图6为本发明定位压紧组件的结构示意图；

图7为本发明定位导向组件调节时的结构示意图；

图8a为本发明加工t1面时采用的刀杆和刀体结构示意图；

图8b为本发明加工t2面时采用的刀杆和刀体结构示意图；

图9为取力器壳体加工时各尺寸链的示意图；

附图标记：1-夹具底板，2-定位压紧组件，3-辅助支撑组件，4-定位导向组件，5-刀杆，6-刀体，7-工件，8-量块，9-对刀块，10-限位板，11-定位导向孔，21-垫块，22-压板，23-连接螺栓，31-自调节支撑座，32-自调节支撑杆，33-调节螺母，34-调节套筒，35-衬套，36-调整楔块，37-锁紧螺钉，38-自调节弹簧，39-调整螺塞，310-第一自调节孔，311-第二自调节孔，41-导向基座，42-第一楔块，43-挡块，44-挡圈，45-调节螺杆，46-导向套，47-限位销，48-压缩弹簧，410-安装孔，411-调节孔，412-安装凸台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供一种用于锪平面的加工系统及加工方法，该系统将刀具、夹具和工件也关联到切削过程中，使刀具分别和夹具和工件建立配合关系，实现平稳端正的切削状态和准确的切深尺寸限位，使得加工后的尺寸精确度较高，使锪内腔平面工序的产品质量完全合格，符合设计要求。

如图3所示，本发明用于锪平面的加工系统包括夹具单元和刀具单元；夹具单元包括夹具底板1、定位压紧组件2、辅助支撑组件3和定位导向组件4；定位压紧组件2设置在夹具底板1和工件7之间，且与夹具底板1连接，用于支撑工件7的定位平面，并将工件7压紧；辅助支撑组件3设置在夹具底板1和工件7之间，其一端与夹具底板1连接，另一端抵靠在工件7上，用于对工件7的悬空部分进行浮动支撑；定位导向组件4设置在夹具底板1和工件7之间，其一端与夹具底板1连接，另一端与工件7连接，用于定位工件7的平面和内孔。

如图4所示，本发明定位导向组件4包括导向基座41、第一楔块42、挡块43、挡圈44、调节螺杆45、导向套46和限位销47；导向基座41设置在夹具底板1上，其内部设置有沿轴向贯通的安装孔410和沿径向贯通的调节孔411，且安装孔410和调节孔411相互连通；第一楔块42和两块挡块43均设置在调节孔411内，且挡块43分别位于楔块的两侧；挡圈44套装在导向基座41外侧，调节螺杆45穿过挡圈44侧壁，其末端抵靠在挡块43上，用于对第一楔块42的径向位置进行调节；导向套46设置在导向基座41上方，其下端与导向基座41连接，上端设置在工件7内孔中，且导向套46的内孔与安装孔410同轴设置；限位销47设置在安装孔410和导向套46的内孔中，其下端面设置为与第一楔块42相匹配的楔形面，第一楔块42径向移动时，限位销47能够沿轴向移动；刀具单元包括刀杆5和刀体6，刀体6套装在刀杆5上，用于锪平面；刀杆5的下端伸入导向套46的内孔中，且与限位销47的上端面相抵靠，限位销47用于调节刀体6的加工位置。同时，可将导向套46和导向基座41通过止口配合安装，使得其连接更为可靠。此外，夹具底板1上设置有定位导向孔11，导向基座41的底端设置有安装凸台412，导向基座41和夹具底板1通过定位导向孔11和安装凸台412的配合安装。

为使得限位销47的调节更加可靠，可将限位销47设置为台阶轴结构，此时，将台阶轴的大端底面设置为与第一楔块42相匹配的楔形面，台阶轴的小端设置在导向套46的内孔中，且小端套装有压缩弹簧48，压缩弹簧48的底端通过台阶轴的台阶面限位，上端通过导向套46的端面限位，用于将第一楔块42和限位销47相配合的楔形面相贴紧。

如图5所示，辅助支撑组件3包括自调节支撑座31、自调节支撑杆32、调节螺母33、调节套筒34、衬套35、调整楔块36、锁紧螺钉37、自调节弹簧38和调整螺塞39；自调节支撑座31内设置有沿轴向贯通的第一自调节孔310、以及沿径向设置且与第一自调节孔310相连通的第二自调节孔311；自调节支撑杆32设置在第一自调节孔310内，其上端通过调节螺母33和调节套筒34限位，下端外壁上设置有沿轴向倾斜的楔形面；锁紧螺钉37通过衬套35设置在第二自调节孔311内，且其末端设置有调整楔块36，调整楔块36的楔形面与自调节支撑杆32的楔形面相配合，自调节弹簧38设置在第一自调节孔310内，其上端通过自调节支撑杆32限位，下端通过设置在夹具底板1的调整螺塞39限位，调整螺塞39用于调整自调节弹簧38的弹簧力大小，自调节弹簧38为压缩弹簧，用于将自调节支撑杆32向上顶起，当自调节支撑杆32接触到工件后，拧紧锁紧螺钉37，使调整楔块36的楔形面顶紧自调节支撑杆32的楔形面，实现对工件的支撑。

如图6所示，本发明定位压紧组件2包括垫块21、压板22和连接螺栓23；垫块21设置在在夹具底板1和工件7侧壁之间，且与夹具底板1固定连接，压板22设置在工件7侧壁的外侧，连接螺栓23穿过压板22和垫块21，将工件7侧壁与夹具底板1固定连接。

如图8a和图8b所示，本发明刀具为装配式锪刀，设计有1把刀杆5和2个刀体6，第一个刀体6用于加工工件7的t1面，第二个刀体6用于加工工件7的t2面，分别用于加工尺寸h1和尺寸h2，在加工h2时会用到辅助支撑组件3。

如图4所示，针对刀体6旋臂、切削状态不平稳的问题，导向套46与工件7孔之间的配合a、刀杆5前端与导向套46之间的配合b、刀杆5与刀体6之间的配合c、刀杆5后端与工件7孔之间的配合d均为间隙配合，具体可为h7/g6的配合，通过对a、b、c、d共4处精密的配合，使刀具分别依托夹具单元和工件7的支撑，不再是悬臂状态，实现高精度的定心旋转，从而使刀体6在切削时不再上下左右偏摆。

如图7、图8a和图8b所示，针对限位不准的问题，精确设计制造刀具上m1、m2、l1、l2、对刀块9的高度n以及量块8的高度k的值，并使k＝m1、n＝h2；当刀具单元用于加工2个工件平面时，2个刀体长度l1和l2(l1>l2)满足下列条件：l1-l2＝m2-m1＝h2-h1；其中，m1、m2为2个刀体端面与刀杆端面的距离；h1、h2为工件的2个被加工平面的侧壁厚度。如此调整调节螺杆45驱动第一楔块42或左或右移动，第一楔块42上的斜面促使限位销47上升或下降、限位销47的升降又控制量块8的测量面升降至与对刀块9的上平面完全平齐(使用带表高度尺测量)时，限位销47的上平面即处于精确的位置，在其被刀杆5的前端平面接触到时，工件7被加工的尺寸即为h1(使用第一刀体6)或h2(使用第二刀体6)。由于此时限位销47处于刚性固定状态，其上平面在与刀杆5的前端平面接触时受力向下，受到可靠的支撑，其极限位置不会发生变动，因此即解决了限位不准确的问题。使用对刀块9和量块8，可免去或减少试切过程，工序换产调整方便、快速。

如图9所示，本发明系统和方法直接加工出尺寸h1、间接加工出尺寸w，需保证尺寸w的过程能力，在尺寸链闭环w＝h-h1-h2中，h、h1和h2的加工误差合成累加必须不大于尺寸w的设计要求。根据尺寸w的设计要求为±0.1，需要将h、h1和h2的公差带均控制在±0.03-±0.04左右。加工尺寸h时的加工误差主要由前面工序的使用设备决定。使用设备为卧式加工中心，过程能力足够，实践验证可以达到误差范围±0.03。加工尺寸h1和h2时的加工误差主要由本项目设计的夹具和刀具质量决定。实践验证可以达到误差范围±0.04以下。

本发明系统在加工时，将定位压紧组件2、辅助支撑组件3和定位导向组件4分别安装在夹具底板1和工件7上；首先调整限位销47的高度，先将对刀块9和量块8按照图7安装好，调整左右两个调节螺杆45，推动第一楔块42左右移动，第一楔块42上的斜面会推动限位销47升降。调整的同时，使用带表高度尺测量对刀块9和量块8的上表面高度差，当差值基本为0时，调整结束，锁紧左右调节螺杆45；先使用第一刀体6，加工工件7的t1面，首检合格后，依次加工所有工件7，换用第二刀体6，加工工件7的t2面，完成全部工序。此过程中需要在安装工件7后、压紧工件7前，锁紧辅助支撑组件3，使工件7得到更可靠的支撑。

基于上述原理，本发明提供一种加工方法，具体包括以下步骤：

步骤一、将量块设置在导向套的内孔中，并将对刀块套装在导向套外侧，同时，满足以下尺寸关系：

k＝m1，n＝h2，

其中，k为量块的高度，m1为刀体端面与刀杆端面的距离；n为对刀块的高度，h2为工件侧壁厚度；

步骤二、旋转调节螺杆，推动第一楔块移动，第一楔块推动限位销上下移动，与此同时，使用带表高度尺测量对刀块和量块的上表面高度差；当差值小于0.01mm时，调整结束，锁紧调节螺杆；

步骤三、将工件安装在定位压紧组件、辅助支撑组件和定位导向组件上，使得工件压紧在定位压紧组件上，调节辅助支撑组件使得工件两侧均得到支撑，即使得工件悬空一侧也得到支撑；

步骤四、安装刀杆和刀体，刀体旋转，开始锪平面；

步骤五、锪平面完成后卸下刀体，翻转工件，更换刀体，重复步骤三，开始锪第2处平面，重复步骤三至步骤四，从而实现批量生产。