一种高精度细长套类零件外圆的磨削方法

摘要

本发明公开了一种高精度细长套类工件外圆的磨削方法，长径比大于10的工件通常定义为细长工件，该类工件在磨削加工中易产生变形，加工难度大，外圆相对于内孔的同轴度难以保证。本发明提供了一种高精度细长套类工件外圆的定位装置、装夹方法、磨削参数及步骤。本发明与原有的磨削方法相比，将原有的锥度芯轴改变为圆柱直芯轴；装夹方法从原来的锥度芯轴穿入，靠摩擦力驱动工件转动，改变为采用双股弹性绳通过鸡心夹头将工件拉紧，对称平衡驱动工件转动；以及选用更合理的砂轮及磨削参数。达到外圆相对内孔同轴度指标合格率从81.6％提高到98％，加工效率提高25％的效果；并且芯轴的配磨难度及数量也大大降低，减少工装投入费用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种工件外圆的磨削方法，尤其是长径比大于10的细长阀套类工件的加工。 

背景技术

航空液压产品中常见高精度细长阀套工件，长径比大于10，由于工件细长，精度要求高，加工难度大，质量不稳定。在精磨外圆时，要求外圆相对于基准内孔同轴度不大于Φ0.02mm。一般采用锥度芯轴与工件的基准圆柱孔接触定位进行外圆磨削，由于锥度芯轴穿入工件孔中，依靠工件与芯轴相互之间微量弹性变形所产生摩擦力矩驱动工件旋转，这种定位方式对定位基准孔的几何精度要求较高，芯轴穿入时可能受基准孔型误差的影响发生变形，并且定位面较小，磨削时工件可能发生意外松动，以上原因可能导致同轴度超差。其次，由于工件精度要求高，锥度芯轴锥度不能过大，芯轴与工件需要一一适配，芯轴的投入量大；另外，芯轴的配磨加工，以及芯轴穿入工件内孔的松紧程度，对加工者的技能要求较高。 

发明内容

本发明的目的：本发明正是针对现有技术无法克服的难点，探索设计出用于一种高精度细长套类工件外圆的磨削方法。其目的是实现以内孔为基准磨削外圆，保证外圆相对于基准内孔同轴度，同时也降低了基准内孔的精度要求，并使芯轴的配磨难度极大降低，减少芯轴 的投入量，达到快速换装、降低成本的效果。 

本发明采取的技术方案为： 

步骤1：制作一种用于高精度细长套类工件磨削外圆的定位装置 

定位装置为带有定位片(2)的圆柱芯轴(1)，芯轴(1)两端加工有中心孔(10)，定位片(2)位于芯轴(1)一端，定位片(2)外径大于工件(3)直径，芯轴(1)直径小于工件(3)内径； 

步骤2：装夹工件(3) 

(1)芯轴(1)穿入工件(3)内孔。 

(2)机床床头及尾座顶尖(6)分别顶芯轴两端中心孔，将鸡心夹头(4)夹持到靠近工件(3)左端外圆，双股弹性绳(5)缠绕鸡心夹头(4)两侧，然后再连接到平衡拨杆(7)上； 

步骤3：磨削工件(3)外圆 

(1)粗磨外圆 

(2)半精磨外圆 

(3)无进给光磨 

加工参数选择如下 

砂轮选择：P400×30×127GC100K8V 50m/s 

工件转速：200r/min 

砂轮转速：35m/s 

走刀速度：0.8m/min 

粗磨参数：进给量0.01mm，双侧进给，加工量0.25mm 

半精磨参数：进给量0.005，双侧进给，加工量0.03mm 

精磨参数：进给量0.005，双侧进给，加工量0.02mm 

步骤4：调头装夹工件另一端 

装夹方法如上述步骤2，磨削步骤如步骤3。 

进一步地，上述定位片(2)距离芯轴(1)一端20mm～25mm； 

进一步地，上述芯轴(1)直径比工件(3)孔径小0.05mm～0.15mm； 

为了更好的实施本发明，上述芯轴(1)两端设有台阶。 

进一步地，上述双股弹性绳(5)与主轴夹角a为25°～40°。 

本发明的优点和有益效果：首先芯轴与内孔存在微小间隙，避免了芯轴穿入时导致的工件微量变形，同时消除了因为基准孔型误差的影响芯轴发生的变形；双股弹性绳通过鸡心夹头将工件拉紧，对称平衡驱动工件转动，使工件受力均衡，以减小震动和圆度误差；在磨削过程中，工作液从工件径向孔进入芯轴与工件的间隙中，高速旋转中形成一层薄薄的液膜，这层液膜支撑工件，形成一种均匀的平衡力，从而保证外圆与内孔的同轴度。其次，与原锥度芯轴相比，芯轴的配磨难度及数量都大大降低，减少加工成本，提高了加工效率。 

附图说明

图1为本发明磨削外圆流程图； 

图2为本发明定位装置示意图，其中1-芯轴，2-定位片，10-中心孔，11-定位部位，12-两端部位； 

图3为本发明磨削外圆安装图，其中3-工件，4-鸡心夹头，5-双股弹性绳，6-顶尖，7-平衡拨杆； 

图4为本发明有间隙圆柱芯轴定位机理图，其中8-工作液，9-工件径向孔。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明： 

以一种高精度细长阀套为例，工件3材料为440C不锈钢，长度为287mm，内孔直径Φ11.01mm，要求磨削外圆到Φ18.695mm尺寸，保证外圆相对于Φ11.01内孔同轴度0.02mm。 

加工流程如下如图1所示： 

步骤一：制作一种用于高精度细长套类工件磨削外圆的定位装置 

定位装置为带有定位片2的圆柱芯轴1，芯轴1两端加工有中心孔10，定位片2位于距离芯轴1一端15mm～20mm处，定位片2厚度介于3mm～7mm；定位片2外径大于工件3内径，其作用是限定工件3轴向串动，芯轴1外径小于工件3内径，如图2所示。 

步骤二：装夹工件3 

(1)将芯轴1穿入工件3内孔； 

(2)机床床头及尾座顶尖6分别顶芯轴两端中心孔，将鸡心夹头4夹持到靠近工件3左端外圆，双股弹性绳5缠绕鸡心夹头4两侧，然后再连接到平衡拨杆7上，双股弹性绳5与主轴夹角a为25°～40°，在工作过程中，转动的主轴首先将弹性绳5牵引拉紧，进而驱动工件3转动，从而对工件3外圆进行磨削。 

步骤三：磨削工件3外圆 

加工参数选择如下 

砂轮选择：P400×30×127GC100K8V 50m/s 

工件转速：200r/min 

砂轮转速：35m/s 

走刀速度：0.8m/min 

(1)粗磨外圆：进给量0.01mm，双侧进给，加工量0.25mm 

(2)半精磨外圆：进给量0.005mm，双侧进给，加工量0.03mm 

(3)无进给光磨：进给量0.005mm，双侧进给，加工量0.02mm 

光磨次数：6次 

在磨削过程中，不间断注入切削液8。 

步骤四：调头装夹工件另一端 

装夹方法如上述第2步，磨削步骤如第3步磨削。 

在磨削过程中，切削液8从工件3径向孔9进入芯轴1与工件3的间隙中，高速旋转中形成一层薄薄的液膜，这层液膜支撑工件3，形成一种均匀的平衡力，从而保证外圆与内孔的同轴度，如图4所示。 

进一步地，作为本发明的一个优选实施方式，上述芯轴1直径比工件3孔径小0.05mm～0.15mm；利用芯轴1与工件3的狭小间距，带动工件3转动，从而完成对工件3的磨削加工。 

为了更好的实施本发明，上述芯轴1两端设有台阶，分别为定位部分11和台阶部分12，台阶部分12的外径小于定位部分11外径，这样在安装过程中就更加便于安装，也使芯轴1不容易划伤工件3。 

为了更好的实施本发明，上述双股弹性绳5与主轴夹角a为25°～40°。 

有益效果：本发明中芯轴与内孔存在微小间隙，避免了芯轴穿入时导致的工件微量变形，同时消除了因为基准孔型误差的影响芯轴发生的变形；双股弹性绳通过鸡心夹头将工件拉紧，对称平衡驱动工件转动，使工件受力均衡，以减小震动和圆度误差；在磨削过程中，工作液从工件径向孔进入芯轴与工件的间隙中，高速旋转中形成一层薄薄的液膜，这层液膜支撑工件，形成一种均匀的平衡力，从而保证外圆与内孔的同轴度。其次，与原锥度芯轴相比，芯轴的配磨难度及数量都大大降低，减少加工成本，提高了加工效率。本发明与原工艺方法相比，外圆相对于基准内孔的同轴度指标合格率从81.6％提高到98％，加工效率提高25％。