专利名称：高同轴度中小型双端面端盖的加工工艺及集成组合刀具的制作方法
技术领域：
本发明属于专门适用于特殊工件的车削工艺及刀具装置，尤其属于高同轴度中小型双端面端盖的“一次性装夹精车”加工工艺及集成组合机夹刀具。
有史以来国内外中小型双端面端盖的传统加工工艺是将工件分二次或二次以上装夹于车床的三爪或几套专用工装夹具上，先加工如图六所示的H面、Q面、N面、B面、R面、倒Z角、Y角之后，掉头以N、B面联合定位再次装夹加工F面、K面、S面、T面及W角、X角。由于每台机床设备，工装夹具本身就存在精度误差，大批量生产使夹具定位面磨损产生误差，以及每次掉头在流转下道工序时极可能产生磕碰，造成定位面失真，工件多次装夹精确可靠性误差等多种中间环节不良因素的影响，使以此传统加工工艺生产出的双端面凸缘端盖质量极不稳定，而在立式电机与电水泵中，双端面凸缘端盖一端是联接电机机座与转子，另一端是联接与之相匹配产品的重要联接定位结构，因此其“同轴度”“端、圆全跳动”精度极其重要。如果双端面端盖质量不稳定，将严重影响了电动机、电水泵、变速箱等终端产品整机质量与价值档次。如由于同轴度及端跳误差产生高分贝的噪音，产生偏心震动，进而影响使用寿命。也会使水泵内腔转动的叶轮与泵腔内圆的间隙偏大，进而影响水泵的自吸力、流量与扬程能力等总体性能。为此世界上工业机械自动化程度高的发达国家已采用高精度的数控加工中心CNC机床精加工高同轴度“双端面凸缘法兰端盖”以确保精车后零部件双端面高精度的“同轴度”与“全跳动”。但由于数控加工中心机床设备昂贵，加工成本太高，在我国还无法普及。
本发明的目的在于克服上述缺点，编排一种一次性装夹工件后就可以一次性多工步精车完成高同轴度中小型双端面端盖所有加工面的工艺及提供一种集成组合机夹刀具，适用于普通车床及经济型数控车床加工“同轴度”及“全跳动”精度公差值要求很高的双端面端盖。
本发明所采用的技术方案是用普通车床及经济型数控车床设备就能生产“同轴度”“端、圆全跳动”精度要求很高的中小型双端面凸缘端盖“一次性装夹精车”加工工艺，以端盖的内孔与外圆之间的原非加工面处设置工艺搭子位或设置一个工艺定位夹持面以回避所有刀具的行程空间。按端盖的加工面将所需的刀具直接或间接夹在车床刀架的同一侧，定位装夹后，不需旋转刀架，确保集成组合刀具的所有切削刀刃不存在“旋转重复定位”精度误差。一次性装夹双端面端盖后，就可以一次性连续多工步精车端盖左、右两面的所有加工面及倒角。完成此工艺的集成组合机夹刀具是将所有被加工面归纳为共性紧密相连的若干个连接加工面，并针对性地将几把共性的切削刀刃进行集成，设计成各有特性的几块集成刀块，把几个集成刀块的相互位置设计为可调整组合，这样一组集成组合机夹刀具就可加工一个系列的产品，集成组合刀具主要由刀片、主体刀杆、连接刀架、反向连接刀杆、集成刀块P、集成刀块G、集成刀块C组成。连接刀架中间开出一个三面有凸出部分的口固定在刀架上。外侧的相邻两面设有凹槽，槽上设有固定螺钉，反向连接刀杆上有相应的凸出部分固定在连接刀架上，集成刀块G固定在连接刀架上。集成刀块C固定在主体刀杆的凹型槽内，集成刀块P固定在反向连接刀杆上。刀片分别夹在主体刀杆、集成刀块G、集成刀块C、集成刀块P上。
本发明的优点在于用现有的普通车床及经济型数控车床就能加工出高质量高同轴度的双端面端盖。一次性装夹工件就能精车完所有的加工面，多刀刃并进，节省了加工时间，降低了成本，提高了“同轴度”、“圆跳动”及“全跳动”的加工精度，精度公差等级可提高3个等级以上，提高了产品质量。刀片采用机械夹紧，提高了刀刃的耐用度，刀片单独磨刀、磨面小、刃磨快，更换方便，还可大量节省刀片、刀杆损耗。整个集成组合刀具可调整，可加工系列产品，通用性好。
图1为Y160凸缘端盖示意2为Y180凸缘端盖示意3为图2的G-G剖面4为Y200凸缘端盖示意5为专用于Y160、Y180、Y200三个电机机座号的凸缘电机端盖按机座号不同可调整组合的一次性装夹完成精车双端面端盖的集成组合机夹刀具各部位示意图。
图6为Y180电机凸缘端盖所需精加工切削的切削面与角，以及工艺搭子位的示意图，D面、M面为工艺搭子位定位面图7为一次性装夹精车工艺的具体各工步、程序、路线、进给方向，坐标行程、转折位示意图。X轴向为2∶1，其中0至1号工位为1∶25，Y轴向为2∶1图8为组合刀具加工H面示意9为组合刀具倒Z角加工Q面、N面、R面示意10为组合刀具加工B面、Y角示意11为组合刀具加工S面、K面示意12为组合刀具加工K面、S面、T面、倒X角示意13为组合刀具加工F面、倒W角示意图其中1～11刀片 31主体刀杆 32刀架 33连接刀架 34反向连接刀杆35集成刀块P 36集成刀块G 37集成刀块C下面结合附图对本发明进行详细描述。
如图6所示原Y180端盖的D面、M面为非加工面，现设为工艺搭子位。集成组合机夹刀具由主体刀杆31、连接刀架33，反向连接刀杆34、集成刀块C37、集成刀块G36、集成刀块P35组成。连接刀架33如图6所示为凹形，由一侧(图中为上侧)中间向内开一个三面有凸出部分的口固定在刀架上。在相邻两外侧(图中为左、下侧)开有凹型槽，反向连接刀杆34设有可固定在连接刀架凹型槽中的凸出部分，反向连接刀杆34与集成刀块G36分别固定在连接刀架33下、左侧凹槽内。集成刀块C37固定在主体刀杆31的凹型槽内，集成刀块P固定在反向刀杆34上。刀片分别夹在主体刀杆。集成刀块G、集成刀块C、集成刀块P上，都在车床刀架的左侧，所有刀片都是采用机械夹紧方式装夹，每个刀片的定位刀槽后都设立微调螺孔，主体刀杆设有专用夹持集成刀块C37的凹型槽后，X轴向也设有微调螺丝。
由图1.图2.图3.图4比较Y160、Y180、Y200凸缘端盖，查找它们共性的加工面。可以发现它们都需要加工如图6所示的轴承室H面、Z角、Q面、S面、X角、右端止口N面、B面、R面、Y角，左端止口K面、F面、T面、W角，且加工尺寸不同的仅为H面的直径和长度、B面、F面的直径、整体端盖的厚度即K面和N面间的距离，以及N面与Q面、K面与S面之间的距离，其余加工面的加工范围基本相同，据此将它们共性紧密相连的加工面归纳为图4中如下，四个连接加工面。1号放大图由H面、Z角面、Q面连接组成
型，如图粗实线所示的90°角折线加工面。
II号放大图由N面、B面、Y角面、R面连接组成
型如图粗实线所示的梯阶状加工面。
III号放大图由K面、F面、W角面、T面连接组成
型如图粗实线所示的反向梯阶状加工面。
IV号放大图由S面、X角面连接组成
型如图粗实线所示的反向45°拆线加工面。
因此相对以上四个连接加工面，针对性地将几把共性的切削刀刃进行集成，设计成各有特性的四块集成刀块(相当于电子线路中的电子集成块)。
并根据各被加工面X、Y座标定位在各集成刀块设立装刀槽，并且各装刀槽后都设有微调螺钉，使刃磨好的各刀刃只需微调后就能精确定位于各自技术要求的X、Y座标上。
如图5所示将加工轴承室有关加工面的的刀2、刀3集成设定为一集成刀块C，刀1、刀8、刀11集成设定为另一集成刀块即主体刀杆31。加工右端止口各加工面的刀4、刀5、刀6集成设定为集成刀块G。加工左端止口各加面的刀7、刀9、刀10集成设定成集成刀块P。由于上述所说的直径、长度、厚度相对尺寸的不同，把几个刀块的相互位置设计为可调整组合，这样以一组集成组合机夹刀具就可加工一个系列的产品。
在布置组合刀具时应注意某一刀刃集成刀块对某一加工面进行切削时，除同轴向多刀并进切削外，别的刀刃、集成刀块、联接刀杆、刀架都应回避工件的已加面或未加工面，以及夹持工件的卡爪或工装。为此设计了连接刀架、主体刀杆，反向连接刀杆，扩大了刀具X向、Y向装夹范围(设定与车床导轨平行的为X向，垂直的为Y向)。在同一轴向切削时，为节省加工时间以及确保两加工面的相对尺寸工差要求，两加工面可同时被两组刀刃集成刀块的刀刃进行切削加工。
本发明的刀片全部采用YG6-F230型刀片，机夹于主体刀杆31，集成刀块C、集成刀块G、集成刀块P上。由于采用机械夹持方式装夹刀片，避免了刀片经高温焊接时对刀片“红硬性”损坏，以及高温极易在刀片内部产生裂纹，因此提高了刀刃的耐用度。此外焊接刀具在对刀具刃磨时是对刀片、刀杆同时磨削，刀杆耗材大，而采用机夹方式，刀片与刀杆分开，单独磨削刀片，刃磨面积小，刃磨快，更换也方便。在每个刀片的定位刀槽后都设计了微调螺孔，配上微调螺丝可使精磨好的刀片按设计座标需要经微调螺丝调整可精确快速安装定位在各集成刀块上。
由于普通车床刀架沿着车床导轨X轴方向运动的操作轮标定的刻度盘上每小格为1mm进给量，所以要控制精车端盖止口N面与轴承室端面Q以及左端K面与轴承室S端面相对距离尺寸误差值精度在0.05mm以内是很难实现的。因此，在定位安装加工N面的G集成刀块上的刀5与加工Q面的C集成刀块上的刀3的X轴向距离，在定位安装加工K面的P集成刀块上的刀7与加工S面的主体刀杆31的刀8的X轴向距离，特别各设计一高精度对刀块。先对各个集成刀块内的刀刃进行先期对刀定位后，再应用高精度对刀块将各刀刃集成刀块之间整体定位装夹。
如图5所示的集成组合刀具的安装定位过程为先单独调整各集成刀块内各刀刃的相对位置。
刀8与刀11X向定位，刀8的刀尖相对于刀11刀刃斜边45°的中心点。
刀8与刀11Y向距离为系列端盖的S面最大加工范围。
刀2与刀3X向定位，刀3的刀尖相对于刀2刀刃斜边45°的中心点。
刀2与刀3Y向距离为系列端盖的Q面最大加工范围。
刀1与刀2Y向定位，刀1的刀尖相对于刀2刀刃斜边45°的中心点。
刀1与刀3X向距离为轴承室H面的长度。
刀4与刀6X向定位，刀4的刀尖相对于刀6刀刃45°斜边中心点。
刀4与刀6Y向距离为N面最大加工范围约为20mm，刀5与刀4X向距高为5mm。
刀5与刀6Y向定位，刀5的刀尖相对于刀6刀刃45°斜边中心点。
刀9与刀10X向定位，刀尖9相对于刀10刀刃的45°斜边中心点。
刀7与刀10Y向定位，刀尖7相对于刀10刀刃的45°斜边中心点。
刀7与刀9X向距离为5mm。
刀7与刀9Y向距离为左端止口T面的壁厚，约10mm。
安装调整集成刀块。
先将主体刀杆装入车床刀架，使主体刀杆的中心线平行于机床的X轴线。连接刀架装入车床刀架，使连接刀架的J面垂直于机床的X轴线，连接刀架可横向沿车床Y轴线前后移位，按被加工各种端盖直径之大小定位夹持于车床的刀架上。其作用主要是扩大调整车床刀架前后两个X轴装刀槽之间的距离。并在左边设立有九个密距定位螺丝，专用于集成刀块G的Y轴向定位夹持，使集成刀块G可自由小距离按被加工零件尺寸要求，定位夹于连接刀架上。集成刀块G装入连接刀架J面的凹槽内，贴紧凹槽后部，调整刀块G，使刀1的刀尖与刀5的刀尖的Y向距离大于系列端盖右端止口N端面最大半径与轴承室H面半径之差的最大值，调整主体刀杆使刀5刀尖与刀3刀尖的X向距离等于端盖Q面与N面的距离实数再加上0.02～0.05mm公差带，可专门设计一对刀块来调整刀距。调整好主体刀杆与连接刀架，将其固定在车床刀架上。集成刀块P装入反向连接刀杆，反向连接刀杆装入连接刀架33，使刀7的刀尖与主体刀杆的刀8刀尖的X向距离等于K面与S面的距离实数再加上0.02～0.05mm公差带，刀7的刀尖与主刀体31的刀1刀尖的Y向距离等于左端止口F面的半径减去轴承室的半径之后再加上K面最大加工距离及过渡距离合计约65mm，固定反向连接力杆，固定集成刀块P。
按上述将集成组合刀具安装于车床的刀架上，试车测定后，首先选定图7中的“2”号工位，也就是被加工端盖轴承室内圆孔H面所需的精车切削精度定位起始点。向+Y轴向精调移动5mm退至“1”号工位，再向+X轴向移动350mm处，确定以此处为原始点“0”(使组合刀具与工件有350mm的距离，以方便于每次工件上架夹持与下架拆卸以及下架前的质量精度测量)。
其“加工程序”是先将被加工件夹持定位于车床卡盘工装上，操作车床将集成组合刀具，从原始点“0”向-X轴方向快速进给350mm到达“1”号工位，再向-Y轴向精调5mm到达“2”号工位。
如图8，集成组合刀具从“2”号工位切削工步开始。首先由刀1向-X轴向以0.15mm/转的进给量精车切削轴承室内圆H面，至“3”号工位，如图9所示，此时刀1与刀2共同继续向-X轴方向进给，分别对轴承室内圆H面以及轴承室Z倒角面精车切削至“4”号工位，刀1与刀2同时完成对轴承室内圆H面与Z面的切削任务。集成组合刀具停止向-X轴向进给。刀5与刀7是由精刃磨的“甲”刀刃与“乙”刀刃组成的双刃刀。从“4”号工位开始刀3与刀5的“乙”刀刃共同向+Y轴以0.25mm/转进给量，分别对轴承室Q面与右端止口N面进行精车切削，前进至“5”号工位刀4加入进来，形成刀3、刀5的乙刀刃、刀4三把刀刃共同向+Y轴向继续进给，分别对Q面、右端止口N面，R面进行精车切削至“6”号工位停止向+Y轴向进给。
如图10所示，从“6”号工位开始集成组合刀具转向+X轴向以0.30mm/转的进给量用刀5的“乙”刀刃对右端止口B面半精车至“7”号工位停下。向+Y轴向精确调整至右端止口B面精车精度定位点“8”号工位，再调头向-X轴向以0.15mm/转的进给量，用刀5的“甲”刀刃对右端止口B面进行精车切削，在距离“9”号工位之前0.75mm时，刀6与刀5的甲刀刃共同继续向-X轴向进给至“9”号工位，同时分别完成对右端止口Y倒角面及B面的精车切削。至此集成组合刀具同步分别向-Y轴向、+X轴向移位，离开“9”号工位，将刀8及刀7的“甲”刀刃精调整至精车轴承室S面以及精车左端止口K面的起始点“10”号工位。
如图11所示，从“10”号工位开始集成组合刀具向+Y轴方向以0.25mm/转的进给量用刀7的“甲”刀刃对左端止口K面精车切削至“11”号工位，刀8加入进来共同继续向+Y轴向进给至“12”号工位同时分别对K端面与轴承室S面精车切削。
如图12所示，从“12”号工位开始刀8完成对轴承室S面切削，由刀7的“甲”刀刃和刀9继续向+Y轴方向进给，二个刀刃同时分别对K面及T面进行精车切削。至“13”号工位时，刀11加入进来，切削X倒角面继续向+Y轴向进给至“14”号工位，三个刀刃同时分别完成对左端止口端K面、T面以及轴承室X倒角面的精车切削。
如图13所示，从“14”号工位开始，集成组合刀具停止向+Y轴向进给，转向-X轴向以0.30mm/转的进给量由刀7的“甲”刀刃对左端止口F面进行半精车至“15”号工位将刀7的“乙”刀刃向+Y轴向精调至F面精车切削精度定位点“16”号工位，再转向+X轴方向以0.15mm/转的进给量，用刀7的“乙”刀刃对F外圆面进行精车切削。在距离“17”号工位之前0.75mm时，刀10与刀7的“乙”刀刃共同继续向+X轴向进给至“17”号工位同时完成对F面及W倒角面的精车切削。
然后将集成组合刀具同步地向-X轴方向-Y轴方向各退1.5mm移至“18”号工位，此时所有13个刀刃全部完成切削任务，脱离所有已加工面，从“18”号工位块速向-Y轴方向退至“19”号工位，再转向+X轴方向快速退至原始点“O”。至此集成组合刀具已远离被加工工件350mm，可方便地对零部件各部位进行精度检测，确定合格后从车床上卸下，并装上新工件依以上程序、工步、周而复始，快而精地以“一次性装夹精车”工艺大批量生产质优的高同轴度中小型双端面端。
权利要求
1.一种用普通车床及经济型数控车床设备就能生产“同轴度”“端、圆全跳动”精度要求很高的中小型双端面凸缘端盖“一次性装夹精车”加工工艺，其特征在于以端盖的内孔与外圆之间的原非加工面处设置工艺搭子位或设置一个工艺定位夹持面，以回避所有精车刀具的行程空间，按端盖的加工面将所需的刀具直接或间接都夹在车床的刀架(32)上，朝同一侧方向，不需旋转刀架，确保所有切削刀刃不存在重复定位的精度误差，一次性装夹双端面端盖后，就可一次性连续多工步精车双端面端盖左、右两面的所有加工面及倒角。
2.一种专用加工高同轴度中小型双端面端盖的集成组合机夹刀具，其特征在于将所有被加工面归纳为共性紧密相连的若干个连接加工面，并针对性地将几把共性的切削刀刃进行集成设计成各有特性的几块集成刀块，把几个集成刀块的相互位置设计为可调整组合，这样一组集成组合机夹刀具就可加工一个系列的产品。
3.根据权利要求2所述的刀具，其特征在于由刀片(1)～(11)、主体刀杆(31)、连接刀架(33)、反向连接刀杆(34)、集成刀块P(35)、集成刀块G(36)、集成刀块C(37)组成，连接刀架(33)由一侧中间开出一个三面有凸出部分的口，固定在刀架上，外侧的相邻两面有凹槽，槽上有固定螺钉，反向连接刀杆(34)上有相应的凸出部分固定在连接刀架(33)上，集成刀块G(36)固定在连接刀架(33)上，集成刀块C(37)固定在主体刀杆(31)上，集成刀块P(35)固定在反向连接刀杆(34)上，刀片分别夹在主体刀杆(31)、集成刀块G(36)、集成刀块C(37)、集成刀块P(35)上。
4.根据权利要求2或3所述的刀具，其特征在于刀片是采用机械夹紧的方式装夹在集成刀块上，每个刀片的定位刀槽后都设立微调螺孔，并配有微调螺丝，在各集成刀块内可快速精确地将各刀刃进行坐标定位。
全文摘要
本发明属于专门适用于特殊工件的车削工艺及刀具装置,尤其属于高同轴度中小型双端面端盖的加工工艺及集成组合机夹刀具。本发明的工艺是设立一个可回避精车刀具行程空间的工艺夹紧面,设立不需旋转车床刀架,可多方位调整定位的集成组合刀具,一次性装夹端盖后,连续多工步精车所有加工面及倒角。本发明能使按以上工艺与刀具切削的双端面端盖加工同轴度精度提高3～4级,进而使与之配套组装的终端产品、整机质量与价值档次大为提高。
文档编号B23B29/24GK1203134SQ9811124
公开日1998年12月30日 申请日期1998年4月10日 优先权日1998年4月10日
发明者万代 申请人:万代