CN106881634A - 一种钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法，该方法采用 S145 高精度数控内圆磨床并结合 S145 高精度数控内圆磨床的强大编程功能实现钢件衬套一次装夹加工两台阶孔的方法，装夹时以零件外圆为加工的定位夹紧基准面，选用软爪夹具；并修磨软爪使软爪跳动不得大于零件的精度要求；根据零件的尺寸、粗糙度、圆柱度和同轴度要求选择合适的砂轮，采用金刚笔将砂轮外圆表面修平整；编写加工程序，将加工程序输入 S145 高精度数控内圆磨床，在 S145 高精度数控内圆磨床上注册加工零件的三维坐标 0 点位置；将砂轮调整至三维坐标 0 点位置，启动 S145 数控内圆磨床根据程序自动完成加工。本发明使零件的加工合格率由现有的 10-60% 提高到了 90% 以上。

Description

一种钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法

技术领域

本发明涉及一种钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法，属于高精度零件加工技术领域。

背景技术

在某新产品中，有一种钢件衬套类零件，其内孔为两种不同直径的台阶孔，零件对大孔与小孔之间的同轴度要求非常高。对于同轴度要求较高的零件，目前传统的加工方法主要有以下两种：一种是采用数控车床或普通车床一次装夹加工大孔与小孔的方法；另一种是采用同轴度研磨器修正两孔同轴度或跳动的方法。上述两种方法对于加工高硬度的钢材料来说，加工质量很不稳定，一次加工合格率只能达到10-60%，由于钢件衬套的硬度要求较高，热处理变形较大，最终精加工时往往跳动修正达不到要求，加工难度相当大。导致加工停滞不前，任务无法交付。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法，以解决新产品研制过程中关键零件合格率低，无法保证任务交付的技术难题，从而克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的一种钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法为，该方法采用S145高精度数控内圆磨床并结合S145高精度数控内圆磨床的强大编程功能实现钢件衬套一次装夹加工两台阶孔的方法，以保证两台阶孔的同轴度；装夹时以零件外圆为加工的定位夹紧基准面，选用软爪夹具；并修磨软爪使软爪跳动不得大于零件的精度要求；根据零件的尺寸、粗糙度、圆柱度和同轴度要求选择合适的砂轮，采用金刚笔将砂轮外圆表面修平整不能有锥度；编写加工程序，将加工程序输入S145高精度数控内圆磨床，并在S145高精度数控内圆磨床上注册加工零件的三维坐标0点位置；并将砂轮位置调整至三维坐标0点位置，启动S145高精度数控内圆磨床根据程序自动完成加工过程。

前述方法中，所述一次装夹加工两台阶孔是将零件装夹在S145高精度数控内圆磨床的软爪上后，加工完两台阶孔中的一个孔之后，不能将零件从软爪上卸下，直接进行第二个孔的加工，以确保两台阶孔的同轴度要求。

前述方法中，所述选择合适的砂轮是选择砂轮的外径，砂轮杆的直径，砂轮的材料，砂轮材料的粒度；砂轮的外径根据零件中两台阶孔的内径选择；加工φ10mm以上内孔时，砂轮外径=（0.6～0.8）×加工孔径尺寸；加工φ10mm以下的深长孔时，采用电镀立方氮化硼的电镀砂轮；砂轮杆的直径应为0.8～0.9倍的加工孔径尺寸。

前述方法中，所述砂轮的材料根据加工零件的材料选择；砂轮材料的粒度根据加工零件的表面粗糙度要求选择；当零件表面粗糙度要求大于Ra0.4时，选择粒度为46-80的砂轮；当零件表面粗糙度小于Ra0.4时，选择粒度为100-220的砂轮。

前述方法中，所述编写加工程序主要是控制磨削方式及进给量；当加工余量大于0.1mm时，每次的进给量为0.05mm；当加工余量为0.05～0.1mm时，每次的进给量为0.02mm；当加工余量小于或等于0.05mm时，每次的进给量为0.01mm。

前述方法中，所述S145高精度数控内圆磨床使用的是坐标方向固定，坐标0点不确定的活动坐标系；注册加工零件的三维坐标0点位置时，选择大孔外端面为Z坐标的坐标“0”点，零件中心轴线所在的水平面为Y坐标在坐标“0”点，砂轮外圆与零件内孔表面接触的线所在的竖直面为X坐标的坐标“0”点。

前述方法中，所述将砂轮位置调整至三维坐标0点位置采用手动调整方式；通过S145高精度数控内圆磨床手柄控制砂轮的横向进刀速度将砂轮外端面与零件大孔外端面重合注册Z坐标0点；通过手柄调整砂轮轴线的位置与零件中心线重合，注册Y坐标0点；通过手柄控制砂轮的纵向进刀速度，使砂轮外缘与零件内孔边缘接触，注册X坐标0点。

前述方法中，所述注册X坐标0点时，先测量出零件小孔的实际尺寸和砂轮外圆的实际尺寸，计算出尺寸差ΔD；砂轮从小孔中心进入小孔后，横向进刀ΔD/2-0.02mm进行小孔试加工；根据试加工后内孔尺寸的变化量，确定砂轮是否接触到小孔孔壁；如试加工后内孔尺寸无变化则说明砂轮未接触到小孔孔壁，重复进刀，直至内孔尺寸发生变化，将这时的坐标值设为小孔的X坐标0点。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明突破了钢件衬套台阶孔同轴度加工只能采用传统的数控车床或普通车床一次装夹加工和采用同轴度研磨器修正两孔同轴度或跳动的方法，为钢件衬套台阶孔同轴度要求较高零件在数控内圆磨床上加工探索出了一条新的加工手段。使零件的加工合格率由现有的10-60%提高到了90%以上。保证产品质量，节约了加工成本。首次实现了高精度钢件衬套台阶孔同轴度不大于0.005mm要求的加工，为以后此类同轴度要求的零件加工指明了方向。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明实施例3的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。

本发明的一种钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法为，该方法采用S145高精度数控内圆磨床并结合S145高精度数控内圆磨床的强大编程功能实现钢件衬套一次装夹加工两台阶孔的方法，以保证两台阶孔的同轴度；装夹时以零件外圆为加工的定位夹紧基准面，选用软爪夹具；并修磨软爪使软爪跳动不得大于零件的精度要求；根据零件的尺寸、粗糙度、圆柱度和同轴度要求选择合适的砂轮，采用金刚笔将砂轮外圆表面修平整不能有锥度；编写加工程序，将加工程序输入S145高精度数控内圆磨床，并在S145高精度数控内圆磨床上注册加工零件的三维坐标0点位置；并将砂轮位置调整至三维坐标0点位置，启动S145高精度数控内圆磨床根据程序自动完成加工过程。所述一次装夹加工两台阶孔是将零件装夹在S145高精度数控内圆磨床的软爪上后，加工完两台阶孔中的一个孔之后，不能将零件从软爪上卸下，直接进行第二个孔的加工，以确保两台阶孔的同轴度要求。所述选择合适的砂轮是选择砂轮的外径，砂轮杆的直径，砂轮的材料，砂轮材料的粒度；砂轮的外径根据零件中两台阶孔的内径选择；加工φ10mm以上内孔时，砂轮外径=（0.6～0.8）×加工孔径尺寸；加工φ10mm以下的深长孔时，采用电镀立方氮化硼的电镀砂轮；砂轮杆的直径应为0.8～0.9倍的加工孔径尺寸。砂轮的材料根据加工零件的材料选择；砂轮材料的粒度根据加工零件的表面粗糙度要求选择；当零件表面粗糙度要求大于Ra0.4时，选择粒度为46-80的砂轮；当零件表面粗糙度小于Ra0.4时，选择粒度为100-220的砂轮。编写加工程序主要是控制磨削方式及进给量；当加工余量大于0.1mm时，每次的进给量为0.05mm；当加工余量为0.05～0.1mm时，每次的进给量为0.02mm；当加工余量小于或等于0.05mm时，每次的进给量为0.01mm。S145高精度数控内圆磨床使用的是坐标方向固定，坐标0点不确定的活动坐标系；注册加工零件的三维坐标0点位置时，选择大孔外端面为Z坐标的坐标“0”点，零件中心轴线所在的水平面为Y坐标在坐标“0”点，砂轮外圆与零件内孔表面接触的线所在的竖直面为X坐标的坐标“0”点。所述将砂轮位置调整至三维坐标0点位置采用手动调整方式；通过S145高精度数控内圆磨床手柄控制砂轮的横向进刀速度将砂轮外端面与零件大孔外端面重合注册Z坐标0点；通过手柄调整砂轮轴线的位置与零件中心线重合，注册Y坐标0点；通过手柄控制砂轮的纵向进刀速度，使砂轮外缘与零件内孔边缘接触，注册X坐标0点。注册X坐标0点时，先测量出零件小孔的实际尺寸和砂轮外圆的实际尺寸，计算出尺寸差ΔD；砂轮从小孔中心进入小孔后，横向进刀ΔD/2-0.02mm进行小孔试加工；根据试加工后内孔尺寸的变化量，确定砂轮是否接触到小孔孔壁；如试加工后内孔尺寸无变化则说明砂轮未接触到小孔孔壁，重复进刀，直至内孔尺寸发生变化，将这时的坐标值设为小孔的X坐标0点。

本发明的加工方法补充说明

1.加工前准备

A、机床、夹具及定位方式

机床设备为数控内圆磨床，型号：S145。根据零件的结构及数控内圆磨床的特点确定定位装夹方式：以零件外圆为加工的定位夹紧基准面，选用软爪为夹具。加工前采用软爪一方面可以避免夹伤零件，另外还可以根据零件装夹后找正情况镗软爪。

、装夹找正

按零件夹持基准外圆磨软爪，软爪跳动不得大于0.01mm。

将零件装夹在磨床头架上。注意不得将零件夹伤，夹变形。

找正内孔对中心的跳动0.01mm以内。如果是技条要求很高(同轴度或跳动要求0.005mm最大)的零件应找正在0.005mm以内。

、修整砂轮

检查金刚笔的位置是否安装正确，笔尖是否平整。

编程修整砂轮。

注意：如果是电镀立方氮化硼砂轮则不进行砂轮的修整。因为：1、立方氮化硼的硬度高，金刚笔对它的修整效果不明显；2、电镀砂轮的镀层很薄，通常单边只有0.3～0.5mm，多次修整砂轮磨损快。

检查砂轮的修整状况。砂轮外圆表面应修平整，不能有锥度。

数控内园磨床砂轮的选择

A、选择砂轮：

加工钢件类台阶衬套一般选用两个砂轮分别加工大孔和小孔。但当两孔直径相差不大时，可以使用一个砂轮对两孔进行磨削。

、砂轮材料的选择

根据所要加工的零件的材料选择合适砂轮的材料。

表一：常用磨料及应用范围

C、磨料粒度的选择

磨料的粒度表示磨料颗粒尺寸的大小，磨料粒度范围用数字来表示（见表二）。

表二：部分粒度及磨粒实际尺寸对照表

砂轮的粒度直接影响到零件的表面粗糙度及磨削效率。一般来说，用粗粒度的砂轮磨削时磨削效率高，但零件表面的粗糙度差；用细粒度的砂轮磨削时，零件表面粗糙度较好，但磨削效率低。因此，在满足零件表面粗糙度要求的前提下，应尽量选用粒度较粗的砂轮，以保证较高的磨削效率。对于零件表面粗糙度要求大于Ra0.4的零件，建议选择粒度为46-80的砂轮；对于零件表面粗糙度小于Ra0.4的零件，建议选择粒度为100-220的砂轮。

表三：常用粒度及适用范围

表四：典型钢材料及选用砂轮的材料及粒度对照表（供参考）

备注：“（）”内为CBN的粒度。

、砂轮直径的选择

砂轮直径是影响加工效率的一个重要要素。一般来说，砂轮直径越大，切削力越大，切削速度越快，加工效率越高。选择砂轮时应根据所要加工的零件的内孔尺寸选择合适的砂轮外圆。通常，加工φ10以上的内孔时，砂轮外径=（0.6～0.8）×加工孔径尺寸；加工10以下的深长孔（内孔长度/内孔直径≥7的内孔），应采用电镀立方氮化硼的电镀砂轮，砂轮的砂轮杆应尽量粗（一般为0.8～0.9倍的加工孔径尺寸），否则磨削时砂轮杆强度不够，影响加工质量。

程序的编制

A、程序编制中进给量及磨削方式的选择，按表五执行。

表五，钢件类台阶衬套加工参数

程序编制中砂轮走刀方式的选择加工，此方法加工时不但零件的直线度及椭圆度精度较高，而且零件的表面粗糙度也很好，能够满足设计的要求。

、对刀

注册坐标“0”点

数控内磨使用的是坐标方向固定，坐标“0”点不确定的活动坐标系。通常选择大孔外端面为Z坐标“0”点，零件中心轴线所在的水平面为Y坐标“0”点，砂轮外圆与零件内孔表面接触的线所在的竖直面为X坐标“0”点。S145中Z坐标主要影响砂轮的行程，Y坐标主要影响砂轮的高度，X坐标主要影响砂轮的纵向进刀（“+”为退刀，“-”为进刀）。

要注册各坐标的坐标“0”点，需要砂轮接近零件，并深入到零件内孔。在这个过程中为了防止砂轮撞上零件，必须用过程控制单元（俗称手柄）手动控制砂轮的横向进刀速度。砂轮距零件外端面10mm以上时，砂轮移动速度为0.1mm/次；砂轮距零件外端面1～10mm时，砂轮移动速度为0.05mm/次；砂轮距零件外端面1mm以内时，砂轮移动速度不能超过0.02mm/次。在砂轮距离零件5～10mm时，必须要暂停砂轮进刀，用眼睛观察砂轮靠近零件的情况。如果发现砂轮可能撞上零件，应马上将砂轮复位。调整砂轮位置参数后重新进刀，确保砂轮横向进刀时不能撞上零件。当砂轮外端面与零件大孔外端面重合（目视）时，注册Z坐标“0”点。调整砂轮轴线的位置与零件中心线重合（目视），注册Y坐标“0”点。注册X坐标的坐标“0”点比较困难。要注册X坐标的坐标“0”点，必须要将砂轮深入到待加工内孔内部。注册大孔X坐标的坐标“0”点时，用眼睛观察砂轮外圆与零件内孔之间的距离L，用手柄控制砂轮的纵向进刀速度。L≥0.3mm时，进刀速度不得超过0.15mm/次；0.05mm≤L＜0.3mm时，进刀速度不得超过0.02mm/次；L＜0.05mm时，进刀速度不得超过0.01mm/次。如果目视砂轮接触到零件，则转动装夹零件的卡盘，判断零件是否与零件内孔表面实际接触。注册完大孔的X坐标的坐标“0”点后应将砂轮退出零件，然后才能进行小孔X坐标的坐标“0”点注册。在注册小孔X坐标的坐标“0”点时，砂轮必须从小孔中心进入小孔。因为台阶小孔通常处在看不到的位置，只有从小孔中心进刀，才能保证砂轮不和零件碰撞。注册时，先测量出零件小孔的实际尺寸和砂轮外圆的实际尺寸，计算出尺寸差ΔD。砂轮从小孔中心进入小孔后，横向进刀ΔD/2-0.02mm进行小孔试加工。加工后在机床上测量内孔尺寸是否变化。如果内孔尺寸不变，说明砂轮未接触到小孔，进刀Δt（Δt的取值与加工余量有关，见表六）后重新测量。如果内孔尺寸变大，说明砂轮切削到零件内孔，那么就可以将这时的坐标值设为小孔的X坐标的坐标“0”点。

表六：Δt与加工余量对照表（供参考）

加工余量（mm）	≤0.05	0.05～0.1	＞0.1
				Δt（mm）	0.01	0.02	0.05

4.工艺流程方法

热处理­­→研磨内孔→磨外圆→去毛刺→磨内孔；

研磨内孔和磨外圆工序是为了磨内孔有一个同轴度较好的夹持基准，方便在磨内孔时找正零件及对零件的圆柱度有很大的提高。

实施例1

淬火类零件如图1所示，材料为9Cr18。热处理要求：硬度≥56HRC。该零件为薄壁零件，加工过程中极易产生变形。采用本发明的加工方法零件的合格率在98%以上。

实施例2

渗碳类零件如图2所示，材料：12CrNi3A，热处理要求：渗碳深度0.6～0.8mm（设计图要求0.4～0.7mm），硬度≥56HRC。该零件的加工难点在于φ4孔非常小，同轴度难以加工，难以保证。采用本发明的加工方法，零件大孔的圆柱度及大孔对小孔的跳动值能够满足工艺要求，且加工质量稳定。由于φ4小孔位置比较深，需要砂轮杆的长度比较大，因此，砂轮杆的韧性较差，造成φ4孔的圆柱度及表面粗糙度较差，需留一定的加工余量（通常需要0.02～0.03mm）在100工序研磨孔修正。合格率为96%。

实施例3

渗氮类零件如图3所示，材料：4Cr14Ni14W2Mo，热处理要求：渗氮深度≥0.1mm（设计要求渗氮深度不小于0.07mm），硬度≥700HV。这类零件的加工难点是渗氮后零件内孔的余量很小（单边余量为0.03～0.05mm），如果零件渗氮变形过大，很容易造成零件内孔磨不起来，导致零件报废。因此，控制零件渗氮变形十分关键。经过与热表分厂的冷热协调，机加分厂在热处理前保证同轴度φ0.01，热表分厂保证热处理后同轴度φ0.03。热处理后由数控内磨将零件同轴度校正在φ0.005max。磨孔后两孔的同轴度能够满足设计图要求。

采用本发明的技术方案后，最终实现了钢件衬套台阶内孔同轴度高精度的加工，产品检验合格并交付使用。后续零通过双间隙精密偶件低温灵活性试验满足了设计要求。

本发明的技术方案合理的利用了单位现有的加工设备，克服了外界困难，不仅使产品及时的加工交付，还对单位的机加加工能力方面做出了贡献，使钢件衬套台阶孔的加工不再局限于传统的车床及研磨，保证了加工质量，节约了加工成本。最重大的意义在于：首次实现了高精度钢件衬套台阶孔同轴度不大于0.005mm要求的加工，为以后此类同轴度要求的零件加工指明了方向。

Claims (8)

1.一种钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法，其特征在于：该方法采用S145高精度数控内圆磨床并结合S145高精度数控内圆磨床的强大编程功能实现钢件衬套一次装夹加工两台阶孔的方法，以保证两台阶孔的同轴度；装夹时以零件外圆为加工的定位夹紧基准面，选用软爪夹具；并修磨软爪使软爪跳动不得大于零件的精度要求；根据零件的尺寸、粗糙度、圆柱度和同轴度要求选择合适的砂轮，采用金刚笔将砂轮外圆表面修平整不能有锥度；编写加工程序，将加工程序输入S145高精度数控内圆磨床，并在S145高精度数控内圆磨床上注册加工零件的三维坐标0点位置；并将砂轮位置调整至三维坐标0点位置，启动S145高精度数控内圆磨床根据程序自动完成加工过程。

2.根据权利要求1所述钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法，其特征在于：所述一次装夹加工两台阶孔是将零件装夹在S145高精度数控内圆磨床的软爪上后，加工完两台阶孔中的一个孔之后，不能将零件从软爪上卸下，直接进行第二个孔的加工，以确保两台阶孔的同轴度要求。

3.根据权利要求2所述钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法，其特征在于：所述选择合适的砂轮是选择砂轮的外径，砂轮杆的直径，砂轮的材料，砂轮材料的粒度；砂轮的外径根据零件中两台阶孔的内径选择；加工φ10mm以上内孔时，砂轮外径=（0.6～0.8）×加工孔径尺寸；加工φ10mm以下的深长孔时，采用电镀立方氮化硼的电镀砂轮；砂轮杆的直径应为0.8～0.9倍的加工孔径尺寸。

4.根据权利要求3所述钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法，其特征在于：所述砂轮的材料根据加工零件的材料选择；砂轮材料的粒度根据加工零件的表面粗糙度要求选择；当零件表面粗糙度要求大于Ra0.4时，选择粒度为46-80的砂轮；当零件表面粗糙度小于Ra0.4时，选择粒度为100-220的砂轮。

5.根据权利要求4所述钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法，其特征在于：所述编写加工程序主要是控制磨削方式及进给量；当加工余量大于0.1mm时，每次的进给量为0.05mm；当加工余量为0.05～0.1mm时，每次的进给量为0.02mm；当加工余量小于或等于0.05mm时，每次的进给量为0.01mm。

6.根据权利要求5所述钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法，其特征在于：所述S145高精度数控内圆磨床使用的是坐标方向固定，坐标0点不确定的活动坐标系；注册加工零件的三维坐标0点位置时，选择大孔外端面为Z坐标的坐标“0”点，零件中心轴线所在的水平面为Y坐标在坐标“0”点，砂轮外圆与零件内孔表面接触的线所在的竖直面为X坐标的坐标“0”点。

7.根据权利要求6所述钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法，其特征在于：所述将砂轮位置调整至三维坐标0点位置采用手动调整方式；通过S145高精度数控内圆磨床手柄控制砂轮的横向进刀速度将砂轮外端面与零件大孔外端面重合注册Z坐标0点；通过手柄调整砂轮轴线的位置与零件中心线重合，注册Y坐标0点；通过手柄控制砂轮的纵向进刀速度，使砂轮外缘与零件内孔边缘接触，注册X坐标0点。

8.根据权利要求7所述钢件衬套台阶孔同轴度的加工方法，其特征在于：所述注册X坐标0点时，先测量出零件小孔的实际尺寸和砂轮外圆的实际尺寸，计算出尺寸差ΔD；砂轮从小孔中心进入小孔后，横向进刀ΔD/2-0.02mm进行小孔试加工；根据试加工后内孔尺寸的变化量，确定砂轮是否接触到小孔孔壁；如试加工后内孔尺寸无变化则说明砂轮未接触到小孔孔壁，重复进刀，直至内孔尺寸发生变化，将这时的坐标值设为小孔的X坐标0点。