一种用于长轴零件的内孔保护装置及方法与流程

1.本发明属于机械加工工艺装备技术领域，特别涉及一种用于长轴零件的内孔保护装置及方法。


背景技术：

2.在航空发动机中，低压涡轮轴的轴心设计有内孔结构；所述内孔结构的直径为阶梯型，长度一般为1500mm左右，且内孔的中间段部分较长；目前，在低压涡轮轴的外部型面加工过程，通常采用在内孔中设置定位芯棒；考虑到该定位芯棒的刚性要求，需要将定位芯棒的芯轴直径尽可能与内孔结构的内径匹配设置，导致定位芯棒的重量较大，操作难度大；同时，在定位芯棒的安装和拆除的整个过程处于卧式状态，定位芯棒易对零件内孔的内腔造成划伤，直接影响了零件加工质量。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种用于长轴零件的内孔保护装置及方法，以解决现有采用定位芯棒对低压涡轮轴的内孔进行保护时，易对零件内孔的内腔造成划伤，严重影响零件加工质量的技术问题。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
5.本发明提供了一种用于长轴零件的内孔保护装置，包括芯轴、保护机构及定位机构；所述芯轴同心穿设在待保护长轴零件的内孔中，所述芯轴的第一端延伸至待保护长轴零件的大孔径端外侧，所述芯轴的第二端延伸至待保护长轴零件的小孔径端外侧；
6.所述芯轴的第一端的一端面与待保护长轴零件的大孔径端端面贴合；
7.所述保护机构与定位机构选择套设在所述芯轴的第二端外侧，并与所述芯轴的第二端之间均采用可拆卸固定；
8.其中，所述保护机构的外径小于待保护长轴零件的小孔径端内径，所述保护机构采用非金属材料制作而成；所述定位机构的外径大于待保护长轴零件的小孔径端内径，所述定位机构的端面与待保护长轴零件的小孔径端端面贴合。
9.进一步的，所述芯轴为圆柱形台阶轴；所述芯轴，包括轴向依次相连的第一轴段、芯轴挡板、第二轴段、第三轴段、第四轴段、第五轴段及第六轴段；
10.其中，所述芯轴挡板位于待保护长轴零件的外侧，且所述芯轴挡板的端面与待保护长轴零件的大孔径端端面贴合；所述第六轴段贯穿待保护长轴零件的小孔径端，并延伸至待保护长轴零件的小孔径端外侧；所述第六轴段的外侧设置有外螺纹；所述外螺纹，用于与所述保护机构或所述定位机构相连。
11.进一步的，所述保护机构包括保护套；
12.所述保护套套设在所述芯轴的第四轴段、第五轴段及第六轴段外侧，并与所述第六轴段可拆卸固定；其中，所述保护套采用非金属材料制作而成；
13.所述保护套的端部设置为圆锥形结构面，所述圆锥形结构靠近所述第六轴段一端
设置；所述保护套的表面尖棱处均采用倒圆角设置。
14.进一步的，所述保护套为圆柱筒型结构，所述保护套内设置有台阶孔；所述台阶孔包括依次相连的第一孔段、第二孔段及第三孔段；
15.所述第一孔段与所述第四轴段间隙配合，所述第二孔段的内径大于所述第五轴段的外径，所述第三孔段的内壁上设置有第一内螺纹；所述第一内螺纹，用于所述第六轴段上的外螺纹配合连接。
16.进一步的，还包括滚轮；所述滚轮转动设置在所述第三轴段上，所述滚轮的中心位于所述第三轴段的轴线上，所述滚轮的转动轴线与所述第三轴段的直径重合；所述滚轮的两侧延伸至所述第三轴段的外侧；其中，所述滚轮采用非金属材料制作而成。
17.进一步的，所述第三轴段的径向设置有腰形通槽，所述滚轮转动设置在所述腰形通槽中；
18.所述滚轮通过螺柱及固定螺母与所述第三轴段相连；
19.其中，贯穿所述腰形通槽的中心垂直设置有固定台阶孔，所述固定台阶孔沿所述第三轴段的径向设置；所述螺柱穿设在所述固定台阶孔中；所述滚轮转动套设在所述螺柱中部；所述螺柱的一端与所述固定台阶孔的一端贴合固定，所述螺柱的另一端通过所述固定螺母与所述固定台阶孔的另一端固定。
20.进一步的，所述滚轮为圆盘型结构；所述滚轮的中心设置有安装孔，所述滚轮的外缘设置为球型面；所述安装孔处设置有滚动轴承，所述滚动轴承套设在所述螺柱的外侧；其中，所述滚动轴承的内圈与所述螺柱固定连接，所述滚动轴承的外圈与所述安装孔的内壁固定连接。
21.进一步的，所述定位机构包括定位套、压环及定位螺母；所述定位套套设在所述第四轴段外侧，所述压环套设在所述第五轴段的外侧，所述定位螺母可拆卸固定在所述第六轴段上；
22.所述定位套的一端与所述第三轴段的端面贴合，所述定位套的另一端与所述压环的第一端内缘贴合，所述压环的第一端外缘与待保护长轴零件的小孔径端端面贴合，所述压环的第二端与所述定位螺母的端面贴合；所述定位螺母的内螺纹与所述第六轴段上的外螺纹配合连接。
23.进一步的，所述芯轴的第一端端面中心设置有第一中心孔，所述芯轴的第二端端面中心设置有第二中心孔；
24.其中，所述第一中心孔，用于与加工机床的其中一端顶尖配合相连；所述第二中心孔，用于与加工机床的另一端顶尖配合相连；所述加工机床，用于对待保护长轴零件的外部型面进行加工。
25.本发明还提供了一种用于长轴零件的内孔保护方法，利用所述的用于长轴零件的内孔保护装置；
26.所述内孔保护方法，包括：
27.将保护机构可拆卸固定在所述芯轴的第二端外侧；在所述保护机构的保护作用下，将所述芯轴穿设至待保护长轴零件的内孔中；
28.之后，将所述保护机构从所述芯轴上拆除；
29.接着，将所述定位机构安装在所述芯轴的第二端外侧，以使所述芯轴的第一端与
待保护长轴零件的大孔径端端面贴合，以及使所述定位机构与待保护长轴零件的小孔径端端面贴合；
30.完成待保护长轴零件的外部型面加工后，将所述定位机构从所述芯轴上拆除；
31.最后，将所述保护机构重新装配在所述芯轴的第二端外侧；在所述保护机构的保护作用下，将所述芯轴从待保护长轴零件的内孔中移出，即完成对待保护长轴零件的内孔保护操作。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
33.本发明提供了一种用于长轴零件的内孔保护装置及方法，通过在芯轴的第二端选择设置保护机构或定位机构，保护机构采用非金属材料制作而成；在芯轴穿入或拔出待保护长轴零件的内孔过程中，利用保护机构实现待保护长轴零件的内孔进行保护，避免芯轴对零件内孔的内腔造成划伤，提高了零件的加工质量；同时，利用定位机构，实现将芯轴与待保护长轴零件的定位固定，满足对待保护长轴零件的外部型面的加工定位要求；装置结构简单，操作方便。
34.进一步的，芯轴采用圆柱形台阶轴，实现对待保护长轴零件的有效定位；所述芯轴与保护机构或定位机构采用螺纹相连，拆装方便，定位精度较高。
35.进一步的，将所述保护套的端部设置为圆锥形结构面，所述保护套的表面尖棱处均采用倒圆角设置，避免了保护套对待保护长轴零件内孔的损伤。
36.进一步的，通过在第三轴段上设置滚轮，确保了芯轴在待保护长轴零件的内孔的灵活性移动，避免对零件内孔的损伤；同时，能够使芯轴与零件之间滚动接触，省时省力。
附图说明
37.图1为实施例所述用于长轴零件的内孔保护装置的纵向剖视图；
38.图2为实施例所述用于长轴零件的内孔保护装置的定位状态示意图；
39.图3为实施例所述用于长轴零件的内孔保护装置的横向剖视图；
40.图4为实施例中的芯轴结构示意图；
41.图5为实施例中的芯轴的横剖图；
42.图6为实施例中的保护套结构示意图；
43.图7为实施例中的滚轮的平面示意图；
44.图8为实施例中的滚轮的横剖图；
45.图9为实施例中的螺柱结构示意图；
46.图10为实施例中的定位套结构示意图；
47.图11为实施例中的压环的结构示意图。
48.其中，1芯轴，2保护套，3滚轮，4螺柱，5滚动轴承，6固定螺母，7定位套，8压环，9定位螺母，10待保护长轴零件；11第一轴段，12芯轴挡板，13第二轴段，14第三轴段，15第四轴段，16第五轴段，17第六轴段；141腰形通槽，142固定台阶孔；21第一孔段，22第二孔段，23第三孔段；31第一安装孔段，32第二安装孔段；41螺柱挡板，42第一柱段，43第二柱段，44第三柱段，45第四柱段；71第一套段，72第二套段；711第一内孔段，721第二内孔段；81第一压环内孔段，82第二压环内孔段，83内锥孔。
具体实施方式
49.为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。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。
50.实施例
51.以对航空发动机中，低压涡轮轴的内孔结构保护操作过程为例；即，低压涡轮轴作为所述待保护长轴零件；其中，低压涡轮轴的内孔为圆形阶梯孔，所述圆形阶梯孔的一端为大孔径端，另一端为小孔径端，所述圆形阶梯孔的中部为中间孔段。
52.如附图1-11所示，本实施例提供了一种用于长轴零件的内孔保护装置，包括芯轴1、保护机构、滚轮3及定位机构；所述芯轴1同心穿设在待保护长轴零件10的内孔中；其中，所述芯轴1的第一端延伸至待保护长轴零件10的大孔径端外侧，所述芯轴1的第二端延伸至待保护长轴零件10的小孔径端外侧。
53.所述芯轴1的第一端的一端面与待保护长轴零件10的大孔径端端面贴合；所述芯轴1的第二端外径小于待保护长轴零件10的内孔最小内径，所述保护机构与所述定位机构选择套设在所述芯轴1的第二端外侧；其中，所述保护机构与所述定位机构与所述芯轴1的第二端之间均采用可拆卸固定。
54.所述保护机构的外径小于待保护长轴零件10的小孔径端的内径，所述保护机构采用非金属材料制作而成；所述定位机构的外径大于待保护长轴零件10的小孔径端内径；且所述定位机构的端面与待保护长轴零件的小孔径端端面贴合。
55.所述滚轮3转动设置在所述芯轴1的中间部位，所述滚轮3的圆周出露所述芯轴1的外侧圆周面设计，并向待保护长轴零件10的内孔内壁方向延伸；其中，所述滚轮3采用非金属材料制作而成。
56.本实施例中，所述芯轴1采用圆柱形台阶轴；所述芯轴1，包括轴向依次相连的第一轴段11、芯轴挡板12、第二轴段13、第三轴段14、第四轴段15、第五轴段16及第六轴段17；其中，所述第一轴段11及所述芯轴挡板12均位于待保护长轴零件10的大孔径端的端面外侧，所述芯轴挡板12的直径大于待保护长轴零件10的大孔径端的内径，所述第一轴段11的第一端用于与加工机床的其中一个顶尖配合相连；优选的，所述第一轴段的第一端中心设置有第一中心孔；其中，所述第一中心孔，用于与加工机床的其中一端顶尖配合相连；所述加工机床，用于对待保护长轴零件10的外部型面进行加工；所述第一轴段11的第二端与所述芯轴挡板12的一侧中心相连，所述芯轴挡板12的另一侧外缘与待保护长轴零件10的大孔径端的端面贴合。
57.所述第二轴段13、第三轴段14、第四轴段15、第五轴段16及第六轴段17的直径依次减小；所述第二轴段13间隙设置在待保护长轴零件10的大孔径端处，所述第二轴段13的一端与所述芯轴挡板12的另一侧中心相连；所述第二轴段13的另一端与所述第三轴段14的一端相连；所述第三轴段14的外径小于待保护长轴零件10的中间孔段的内径。
58.所述滚轮3转动设置在所述第三轴段14上，所述滚轮3的中心位于所述第三轴段14的轴线上；所述滚轮3的转动轴线与所述第三轴段14的直径重合；所述滚轮3的两侧延伸至所述第三轴段14的外侧。
59.所述第四轴段15与所述第五轴段16依次同心设置在待保护长轴零件10的小孔径
端处，所述第四轴段15的一端与所述第三轴段14的另一端相连，所述第四轴段15的另一端与所述第五轴段16的一端相连；所述第六轴段17位于待保护长轴零件10的小孔径端端面外侧，所述第六轴段17的第一端与所述第五轴段16的另一端相连，所述第六轴段17的第二端用于与加工机床的另一个顶尖配合相连；优选的，所述第六轴段的第二端中心设置有第二中心孔；所述第二中心孔，用于与加工机床的另一端顶尖配合相连。
60.本实施例中，所述保护机构包括保护套2；所述保护套2套设在所述芯轴1的第四轴段15、第五轴段16及第六轴段17外侧，并与所述第六轴段17可拆卸固定；其中，所述保护套2采用非金属材料制作而成。
61.具体的，所述保护套2为圆柱筒型结构，所述保护套2内设置有台阶孔；所述台阶孔包括依次相连的第一孔段21、第二孔段22及第三孔段23；所述第一孔段21与所述第四轴段14间隙配合，所述第二孔段22的内径大于所述第五轴段16的外径，所述第三孔段23的内壁上设置有第一内螺纹；所述第一内螺纹，用于所述第六轴段17上的外螺纹配合连接；所述保护套2的端部设置为圆锥形结构面，所述圆锥形结构靠近所述第六轴段17一端设置；所述保护套2的表面尖棱处均采用倒圆角设置。
62.本实施例中，所述滚轮3采用圆盘型结构，所述滚轮3的外缘设置为球型面；所述滚轮3通过螺柱4和固定螺母6转动设置在所述第三轴段14上；所述滚轮3的中心设置有安装孔；所述安装孔处设置有滚动轴承5，所述滚动轴承5套设在所述螺柱4的外侧，并与所述滚轮3相连
63.具体的，所述第三轴段14的径向水平设置有腰形通槽141，所述腰形通槽141的一端与所述第三轴段14的圆周一侧连通，所述腰形通槽141的另一端与所述第三轴段14的圆周另一侧连通，所述腰形通槽141的中心位于所述第三轴段14的轴线上；所述第三轴段14的径向竖直设置有固定台阶孔142，所述固定台阶孔142的上端与所述第三轴段14的圆周上端面连通，所述固定台阶孔142的下端与所述第三轴段14的圆周下端面连通；并且，所述腰形通槽141的中心与所述固定台阶孔142的中心重合，所述腰形通槽141的中心线与所述固定台阶孔142的中心线垂直设置。
64.所述滚轮3水平转动设置在所述腰形通槽141中，所述螺柱4竖向设置在所述固定台阶孔142中；所述螺柱4的一端与所述固定台阶孔142的一端贴合固定，所述螺柱4的另一端通过所述固定螺母6与所述固定台阶孔142的另一端固定。
65.其中，所述固定台阶孔142包括依次贯通的第一沉槽段、第一台阶孔段、第二台阶孔段及第二沉槽段；其中，所述第一沉槽段位于所述第三轴段14的圆周下端表面，所述第二沉槽位于所述第三轴段14的圆周上端表面；第一沉槽段的一端与所述第三轴段14的圆周下端表面连通，所述第一沉槽段的另一端与所述第一台阶孔段的一端相连，所述第一台阶孔段的另一端与所述腰形通槽的下表面连通；所述第二台阶孔段的一端与所述腰形通槽的上表面连通，所述第二台阶孔段的另一端与所述第二沉槽段的一端连通，所述第二沉槽段的另一端与所述第三轴段14的圆周上端表面连通。
66.所述滚轮3上的安装孔，包括贯通设置的第一安装孔段31及第二安装孔段32；所述第一安装孔段31的直径大于所述第二安装孔段32的直径；所述第一安装孔段31的一端与所述滚轮3的下表面连通，所述第一安装孔31的另一端与所述第二安装孔段32的一端连通，所述第二安装孔段32的另一端与所述滚轮3的上表面连通。
67.所述螺柱4包括轴向依次相连的螺柱挡板41、第一柱段42、第二柱段43、第三柱段44及第四柱段45；螺柱挡板41、第一柱段42、第二柱段43、第三柱段44及第四柱段45的直径尺寸依次减小；所述螺柱挡板41配合设置在所述第一沉槽段内，所述螺柱挡板41的上表面与所述第一沉槽段的端面贴合；所述第一柱段42穿设在所述第一台阶孔段中，所述第一柱段42的上端延伸至所述腰形通槽141内；所述第二柱段43垂直穿设在所述腰形通槽141内，并且所述滚动轴承5固定套设在所述第二柱段43的外侧，且所述滚动轴承5固定设置在所述第一安装孔31内；所述滚动轴承5的内圈与所述第二柱段43固定连接，所述滚动轴承5的外圈与所述第一安装孔31的内壁固定；所述滚动轴承5的内圈下端面与所述第一柱段42的上端面贴合，所述滚动轴承5的外圈上端面与所述第一安装孔31的上端面贴合；所述第三柱段44及第四柱段45均置于所述第二台阶孔段中，且所述第四柱段45的上端延伸至所述第二沉槽段中；所述第四柱段45的外侧设置有外螺纹，所述固定螺母6设置在所述第二沉槽段中，且所述固定螺母6的内螺纹与所述第四柱段45的外螺纹配合相连。
68.本实施例中，所述定位机构包括定位套7、压环8及定位螺母9；所述定位套7套设在所述第四轴段15外侧，所述压环8套设在所述第五轴段16的外侧，所述定位螺母9可拆卸固定在所述第六轴段17上；所述定位套7的一端与所述第三轴段14的端面贴合，所述定位套7的另一端与所述压环8的第一端内缘贴合，所述压环8的第一端外缘与待保护长轴零件的小孔径端端面贴合，所述压环8的第二端与所述定位螺母9的端面贴合；所述定位螺母9的内螺纹与所述第六轴段17上的外螺纹配合连接。
69.所述定位套7为台阶套结构，包括第一套段71和第二套段72；所述台阶套结构中设置有第一内孔段711和第二内孔段721；其中，所述第一内孔段711位于所述第一套段71内；所述第二内孔段721位于所述第二套段72内，并向所述第一套段71内延伸；所述第一套段71的延伸端与所述第一内孔段711相连；其中，所述所述第一内孔段711与所述第二内孔段721的连接点位于所述第一套段71中；所述压环8中开设有压环孔结构，所述压环孔结构包括第一压环内孔段81、第二压环内孔段82及内锥孔段83；其中，所述定位套7其内外均为台阶形，所述第一内孔段711与第四轴段的直径d4配合，第一套段71的外圆与零件的小端内孔直径d3配合；第二内孔段721大于第五轴段的直径d5；第二套段72的外圆小于压环8的第一压环内孔段81；所述压环8为圆柱形，且内孔为台阶形；第一压环内孔段81的直径大于第二套段72的外圆直径；第二压环内孔段82与第六轴段的间隙配合，压环8的端面与零件的右端贴合，压环8的右端内孔处有内锥孔，与螺母9的球面配合；所述螺母9，为标准螺母，其内螺纹与第六轴段的外螺纹配合，将零件与心轴组件连为一体。
70.本实施例中，所述的芯轴为圆柱形台阶轴，其左端与待保护长轴零件的内孔间隙配合，端面与待保护长轴零件的端面贴合；在芯轴左端面中心有一中心孔，与机床的一端顶尖配合；芯轴中间部分直径小于待保护长轴零件的内孔直径，在靠近待保护长轴零件的前、后端各有一腰型槽，其径向有台阶孔；芯轴1的前端分别有台阶轴，最前端的台阶轴上设置有外螺纹，台阶轴端面有一中心孔，与机床的另一端顶尖配合；所述保护套为圆柱段，保护套的外圆小于待保护长轴零件的最小内孔；保护套内孔为台阶形，保护套的左端孔与芯轴间隙配合，中间孔大于芯轴对应轴段的直径，保护套的右端为内螺纹孔与芯轴前端的外螺纹配合；且保护套的前端为圆锥形，便于安装，尖棱处都为圆角，材料为非金属；所述滚轮为圆盘形，滚轮的外型面为球型；滚轮的外圆直径小于待保护长轴零件的内孔直径；滚轮中心
的安装孔为台阶形，滚轮中心的安装孔与滚动轴承的外圆配合，内端面与滚动轴承的端面贴合；滚轮的个数为两个，两个滚轮分别装入芯轴中间段的两个腰形通槽内；材料为非金属，带有滚动轴承的非金属滚轮组件，可使芯棒在零件内腔滚动灵活，不划伤零件内腔，而且省力；所述螺柱的前端为螺纹部分，后端为台阶轴；所述台阶轴与腰型通槽处的径向台阶孔配合，中间部分与滚动轴承的内圈配合，台阶端与滚动轴承的另一端面贴合。所述滚动轴承，为标准轴承，其分别与滚轮的内孔和螺柱台阶轴配合。其作用是带动滚轮灵活转动。所述固定螺母为标准螺母，与螺柱的前端螺纹配合，将滚轮和螺柱与芯轴连接为一体，组成滚轮组件。
71.工作原理及保护方法：
72.本实施例所述的用于长轴零件的内孔保护方法，具体包括以下步骤：
73.将保护机构可拆卸固定在所述芯轴1的第二端外侧；在所述保护机构的保护作用下，将所述芯轴1穿设至待保护长轴零件的内孔中；
74.之后，将所述保护机构从所述芯轴上拆除；
75.接着，将所述定位机构安装在所述芯轴1的第二端外侧，以使所述芯轴1的第一端与待保护长轴零件的大孔径端端面贴合，以及使所述定位机构与待保护长轴零件的小孔径端端面贴合；
76.具体的，所述定位机构的安装过程为：将所述定位套套设在所述第四轴段外侧，所述压环套设在所述第五轴段的外侧，所述定位螺母可拆卸固定在所述第六轴段上；并使所述定位套的一端与所述第三轴段的端面贴合，所述定位套的另一端与所述压环的第一端内缘贴合，所述压环的第一端外缘与待保护长轴零件的小孔径端端面贴合，所述压环的第二端与所述定位螺母的端面贴合；所述定位螺母的内螺纹与所述第六轴段上的外螺纹配合连接。
77.完成待保护长轴零件的外部型面加工后，将所述定位机构从所述芯轴1上拆除；
78.最后，将所述保护机构重新装配在所述芯轴1的第二端外侧；在所述保护机构的保护作用下，将所述芯轴1从待保护长轴零件的内孔中移出，即完成对待保护长轴零件的内孔保护过程。
79.本发明所述的用于长轴零件的内孔保护装置及方法，通过该保护装置的实施，避免了划伤零件内腔，提高零件表面质量；工人在使用时，由于增加滚轮组件及保护套，将芯棒装入零件内腔和从零件内腔取出芯棒时，方便省力，降低了工人的劳动强度。该装置结构简单，操作方便。
80.本发明中，在芯轴进出待保护长轴零件的内孔时，保护套安装于芯轴的右端，代替定位套、压环及定位螺母组成的定位机构，防止芯轴进出待保护长轴零件的内孔时磕碰零件，避免划伤零件内腔；将带有保护套与滚轮的芯轴由零件内孔装入后，将保护套卸掉，装入定位套、压环及定位螺母；保证零件前、后端内孔定位，防止零件因太长定位不准确。
81.上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。