CN110625171A - 活塞杆扁方端精铣成形刀具、定位工装及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞杆扁方端精铣成形刀具和定位工装，精铣成形刀具包括刀杆、左偏刀和右偏刀，左偏刀下端和右偏刀下端分别垂直固定在刀杆中部上，刃尖相对设置的左偏刀和右偏刀上端的两刃尖之间距离L与活塞杆扁方端的左右侧对边距B1相等。定位工装包括底座和间隔固定在底座上的两组V形块夹具，底座下侧固定在机床工作台上。加工方法包括以下步骤：1）安装定位工装和精铣成形刀具，2）活塞杆定位固定在V形块夹具中，3）安装精铣成形刀具并调整机床主轴伸出位置，4）精铣活塞杆扁方端。本发明的制造和刀具消耗成本低，操作简单方便，大大降低了对操作工的技能要求，大幅度提高了加工效率。

Description

活塞杆扁方端精铣成形刀具、定位工装及方法

技术领域

本发明涉及一种用于杆件扁方端的成形切削刀具、工装及方法，尤其涉及一种用于精度较高尺寸公差和形位公差的活塞杆扁方端铣成形刀具和定位工装及方法，属于金属切削加工技术领域。

背景技术

图1和图2所示某型船用低速柴油机的活塞杆1，其右端设有呈端面矩形的活塞杆扁方端11，左端为活塞12；活塞杆扁方端11由两个垂直侧面和垂直于垂直侧面的两个上下侧面包围而成，两个垂直侧面与活塞杆纵向对称面A-A之间距离的尺寸公差为0.05，两个垂直侧面之间的平行度公差及对称度公差均小于0.05。垂直侧面具有面积大、尺寸精度和形位公差精度高的特点。

目前，在普通机床或者数控机床上用普通面铣刀进行活塞杆扁方端11铣削加工的步骤如下：1、先铣削第一垂直侧面11a，保证第一垂直侧面11a到活塞杆纵向对称面A-A的距离符合图纸要求。2、然后松开工装的V形上盖，将活塞杆1绕其轴线旋转180°。3、用百分表检测加工好的第一垂直侧面11a与机床主轴轴线的垂直度，调整第一垂直侧面11a的位置，只有这样才能保证待加工的第二垂直侧面11b平行于与加工好的第一垂直侧面11a，调整好后用V形上压盖压紧活塞杆1。4、铣削第二垂直侧面11b，保证第二垂直侧面11b到活塞杆纵向对称面A-A的距离符合图纸要求。才能使扁方端11的两个垂直侧面满足精度较高的尺寸公差和平行度、对称度的形位公差要求。采用这种加工工艺，无论在普通机床还是在数控机床上加工活塞杆扁方端11，均需操作工具有较高的技术水平，且操作难度大、不安全、尺寸公差和形位公差无法精确控制，加工效率低、加工质量亦难保证。如采用数控加工中心再配全自动进口专用刀具进行加工，不仅刀具投入成本高、且加工成本亦要比普通机床高出数倍。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种活塞杆扁方端精铣成形刀具、定位工装及方法，解决活塞杆扁方端在普通机床、数控加工中心直接加工难、劳动强度大、操作不方便、加工效率低等问题。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种活塞杆扁方端精铣成形刀具和定位工装，精铣成形刀具包括刀杆、左偏刀和右偏刀，左偏刀下端和右偏刀下端分别垂直固定在刀杆中部间隔设置的矩形横孔中，左偏刀和右偏刀上端的刃尖相对设置，两刃尖之间距离L与活塞杆扁方端的左右侧对边距B1关系式：L=B1；定位工装包括底座和间隔固定在底座上的两组V形块夹具，底座下侧固定在机床工作台上，每组V形块夹具包括V形下座和V形上压盖，活塞杆中部支撑在两块V形下座上，并分别通过V形上压盖夹持固定在两组V形块夹具中。

本发明的目的通过以下技术方案第一一步实现：

进一步的，左偏刀刃尖或右偏刀刃尖距刀杆外周面距离E大于活塞杆扁方端被加工面最大宽度D，且E=D+δ1+δ2，其中δ1为刃尖超越最大宽度D的距离，δ2为机床主轴外圆距活塞杆扁方端端头的安全距离，且δ1＞δ2。δ1=4～6mm，δ2=2～3mm。

进一步的，轴向定位块一端固定在远离刀杆中心的V形下座厚度方向的外侧面上，活塞杆支撑在两个V形下座上时，轴向定位块另一端端面抵靠在活塞杆的活塞内侧面上。

进一步的，所述V形下座的V形槽夹角和V形上压盖的V形槽夹角均为90°。

一种使用活塞杆扁方端精铣成形刀具和定位工装加工活塞杆扁方端的方法，包括以下步骤：

1）安装安装定位工装和精铣成形刀具

将V形下座间隔固定在底座上，再将底座固定在机床工作台上，以V形下座宽度方向靠近机床主轴的侧面为基准面G，调整V形下座位置，找平基准面G，使两个V形下座的V形槽支撑轴线垂直于机床主轴轴线；

2）活塞杆定位固定在V形块夹具中

将活塞杆扁方端朝向机床主轴，活塞杆杆身落在两个V形下座的V型槽中，使活塞杆在机床直角坐标系的Y轴和X轴方向得到定位，并将轴向定位块另一端端面抵靠在活塞杆的活塞内侧面上，使活塞杆在机床直角坐标系的Z轴方向得到定位；

然后用标准直角样块靠在待加工的活塞杆扁方端的第一垂直侧面上，使第一垂直侧面垂直于机床工作台，即垂直于机床主轴轴线；再将V形上压盖分别夹持在活塞杆杆身两端上，并与对应的V形下座固定连接，从而将在活塞杆定位固定在定位工装上；

3）安装精铣成形刀具并调整机床主轴伸出位置

先将左偏刀和右偏刀刃尖相对地垂直固定在刀杆中部上，然后将刀杆锥柄固定在机床主轴中；移动机床主轴使精铣成形刀具前端面H和V形下座基准面G的距离N=20mm，将机床数显显示屏上的Z方向坐标清零；

4）精铣活塞杆扁方端

a、铣成形刀具的最大旋转直径为D3，刀杆端面距左偏刀和右偏刀的对称中心面F的距离为M，V形下座的1/2宽度为L1；左偏刀和右偏刀的刀尖朝上，机床主轴外移，使刀杆外圆D1和活塞杆扁方端右端面不干涉；机床主轴外移距离为M+L1+20mm，使刀尖之间对称中心面F与活塞杆轴线垂面C共面；接着向活塞杆方向缓慢横移机床主轴，使刀杆外圆D1和活塞杆扁方端端面的安全距离δ2=2～3mm；把机床数显显示屏上的X方向坐标清零；向上移动机床主轴,使刀杆外圆D1和活塞杆身外圆D2同轴，把机床数显显示屏上的Y方向坐标清零；

b、向上移动机床主轴，跑坐标至机床数显显示屏上的Y=Y1+B2/2，保证精铣成形刀具开始工作时和活塞杆扁方端间隙δ3=10mm；B2为活塞杆扁方端的水平面对边距，精铣成形刀具开始工作时起点坐标为X=0，Y=Y1+B2/2，Z=－( M+L1+20)；

c、精铣成形刀具在起点位置后，启动机床主轴，使精铣成形刀具顺时针旋转；机床主轴沿由上往下直线进给切削至坐标Y=－（Y1+B2/2），一次完成活塞杆扁方端的第一垂直侧面和第二垂直侧面的精铣加工。

本发明通过垂直设置在刀杆中部上、且上端刃尖相对的左偏刀和右偏刀，对找正装夹后的活塞杆一次切削就能完成其扁方端两个平行侧面的精铣加工，取代了现有的活塞杆扁方端需两次装夹、两次找正、两个平行侧面分别加工的工艺，大大提高了加工精度。切削稳定可靠，尺寸统一稳定，解决了现有的加工工艺难以满足活塞杆扁方端尺寸公差和形位公差要求的难题。精铣成形刀具和定位工装制造成本低，操作简单方便，刀具使用消耗成本低。大大降低了对操作工的技能要求，大幅度提高了加工效率，降低了加工成本，减轻了操作工的劳动强度，提高了加工安全性。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给第二的。

附图说明

图1是活塞杆的主视图；

图2是图1 的右视图；

图3是精铣成形刀具的结构图；

图4是在定位工装上找正活塞杆的示意图；

图5是精铣成形刀具位于起始点时的状态图；

图6是图5的左视图；

图7精铣成形刀具按设定的坐标值移动完成活塞杆扁方端的精铣。

具体实施方式

下面结合附图和某型船用低速柴油机活塞杆单边余量为0.5mm的扁方端精铣的实施例对本发明作进一步说明。

如图3所示，本实施例的活塞杆扁方端精铣成形刀具2包括刀杆21、左偏刀22和右偏刀23，左偏刀22下端和右偏刀23下端分别通过紧定螺钉24垂直固定在刀杆21中部间隔设置的矩形横孔211中，左偏刀22和右偏刀23上端的刃尖相对设置，两刃尖之间距离L与活塞杆扁方端11的左右侧对边距B1关系式：L=B1。

如图1和图3所示，左偏刀22刃尖或右偏刀23刃尖距刀杆21外周面距离E大于活塞杆扁方端被加工面最大宽度D，且E=D+δ1+δ2，其中δ1为刃尖超越最大宽度D的距离，δ2为机床主轴20外圆距活塞杆扁方端11端头的安全距离，且δ1＞δ2，本实施例中，δ1=5mm，δ2=2mm，确保活塞杆扁方端的两垂直侧面能完全被精铣到位，且刀杆21不会与活塞杆扁方端11发生干涉。

如图4和图5所示，定位工装3包括底座31和间隔固定在底座31上的两组V形块夹具4，底座31下侧固定在机床工作台10上，每组V形块夹具4包括V形下座41和V形上压盖42，活塞杆1中部支撑在两块V形下座41上，并分别通过V形上压盖42夹持固定在两组V形块夹具4中。V形下座41的V形槽412夹角和V形上压盖42的V形槽412夹角均为90°，对活塞杆1定位精确，且可以减小V形块夹具4的宽度尺寸。

如图5所示，轴向定位块411右端焊接固定在远离刀杆21中心的V形下座4厚度方向的外侧面上，活塞杆1支撑在两个V形下座41上时，轴向定位块411左端端面抵靠在活塞杆1的活塞12右侧面上，从而将活塞杆1轴向定位在V形块夹具4，从而固定活塞杆1右端端面H与活塞杆扁方端精铣成形刀具2的相对位置。在批量精铣活塞杆扁方端11时，可以确保重复精度，提高加工质量和加工效率。

图5所示的直角坐标系为在数显普通镗床上精铣活塞杆扁方端使用的数显机床的直角坐标系，即垂直轴为Y轴，向右的水平轴为X轴，另一根轴为Z轴，且X轴向右为＋，Y轴向上为＋，Z轴向外为＋。

如图4～图7所示，本实施例在数显普通镗床上使用活塞杆扁方端精铣成形刀具2和定位工装3加工活塞杆扁方端的方法，包括以下步骤：

1）安装定位工装3 和精铣成形刀具2

如图4和图5所示，将V形下座41间隔固定在底座31上，再将底座31固定在机床工作台10上。以图3中V形下座41宽度方向靠近机床主轴20的侧面即左侧面为基准面G，调整V形下座41位置，找平基准面G，使两个V形下座41的V形槽412的支撑轴线垂直于机床主轴20的轴线。

2）活塞杆1定位固定在V形块夹具中

如图5和图6所示，将活塞杆扁方端11朝向机床主轴20，活塞杆杆身13落在两个V形下座41的V型槽412中，使活塞杆1在机床直角坐标系的Y轴和X轴方向得到定位，并将轴向定位块411左端端面抵靠在活塞杆1的活塞12右侧面上，使活塞杆1在机床直角坐标系的X轴方向得到定位。

然后用图4所示的标准直角样块5靠在待加工的活塞杆扁方端11左侧的第一垂直侧面11a上，使第一垂直侧面11a垂直于机床工作台10，即垂直于机床主轴20轴线。再将V形上压盖42分别夹持在活塞杆杆身13两端上，并与对应的V形下座41固定连接，从而将在活塞杆1定位固定在定位工装3上。

3）安装精铣成形刀具2并调整机床主轴伸出位置

如图6所示，先将左偏刀22和右偏刀23刃尖相对地垂直固定在刀杆21中部上，然后将刀杆锥柄24固定在机床主轴20中；移动机床主轴20使精铣成形刀具2前端面H和V形下座41基准面G的距离N=20mm，将机床数显显示屏上的Z方向坐标清零。

4）精铣对边距B1的活塞杆扁方端11

a、如图3、图5和图6所示，精铣成形刀具2的最大旋转直径为D3，刀杆21右端面H距左偏刀22和右偏刀23的对称中心面F的距离为M，V形下座41的1/2宽度为L1。左偏刀22和右偏刀23的刀尖朝上，机床主轴20外移，使刀杆外圆D1和活塞杆扁方端11右端面不干涉。机床主轴20外移距离为M+L1+20mm，从而使刀尖之间对称中心面F与活塞杆轴线垂面C共面；接着向活塞杆1方向缓慢横移机床主轴20，使刀杆外圆D1和活塞杆扁方端端面的安全距离δ2=2mm。把机床数显显示屏上的X方向坐标清零；向上移动机床主轴,使刀杆外圆D1和活塞杆身外圆D2同轴，把机床数显显示屏上的Y方向坐标清零。

b、如图5和图6所示，向上移动机床主轴20跑坐标至机床数显显示屏上的Y=Y1+B2/2，保证精铣成形刀具2开始工作时和活塞杆扁方端11的间隙δ3=10mm，其中Y1为直角三角形ghj的垂直直角边，其长度由给定长度的斜边和水平直角边确定。B2为活塞杆扁方端11的水平面对边距，精铣成形刀具开始工作时起点坐标为X=0，Y=Y1+B2/2，Z=－( M+L1+20)。

c、如图7所示，精铣成形刀具2在起点位置后，启动机床主轴20，使精铣成形刀具2顺时针旋转；机床主轴20沿由上往下直线进给切削至坐标Y=－（Y1+B2/2），一次完成图1所示活塞杆扁方端11的第一垂直侧面11a和第二垂直侧面11b的精铣加工，达到图2中B1的尺寸公差和形位公差要求。

在更换两刃尖之间距离L=B2的精铣成形刀具后，将活塞杆1在V形下座41上旋转90°重新找正夹紧后就能完成活塞杆扁方端11的另两个侧面的加工。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种活塞杆扁方端精铣成形刀具和定位工装，精铣成形刀具包括刀杆、左偏刀和右偏刀，定位工装包括底座和间隔固定在底座上的两组V形块夹具，底座下侧固定在机床工作台上，每组V形块夹具包括V形下座和V形上压盖，活塞杆中部支撑在两块V形下座上，并分别通过V形上压盖夹持固定在两组V形块夹具中；其特征在于，左偏刀下端和右偏刀下端分别垂直固定在刀杆中部间隔设置的矩形横孔中，左偏刀和右偏刀上端的刃尖相对设置，两刃尖之间距离L与活塞杆扁方端的左右侧对边距B1关系式：L=B1。

2.如权利要求1所述的活塞杆扁方端精铣成形刀具和定位工装，其特征在于：左偏刀刃尖或右偏刀刃尖距刀杆外周面距离E大于活塞杆扁方端被加工面最大宽度D，且E=D+δ1+δ2，其中δ1为刃尖超越最大宽度D的距离，δ2为机床主轴外圆距活塞杆扁方端端头的安全距离，且δ1＞δ2。

3.如权利要求2所述的活塞杆扁方端精铣成形刀具和定位工装，其特征在于：δ1=4～6mm，δ2=2～3mm。

4.如权利要求1所述的活塞杆扁方端精铣成形刀具和定位工装，其特征在于：轴向定位块一端固定在远离刀杆中心的V形下座厚度方向的外侧面上，活塞杆支撑在两个V形下座上时，轴向定位块另一端端面抵靠在活塞杆的活塞内侧面上。

5.如权利要求1所述的活塞杆扁方端精铣成形刀具和定位工装，其特征在于：所述V形下座的V形槽夹角和V形上压盖的V形槽夹角均为90°。

6.一种使用如权利要求1所述的活塞杆扁方端精铣成形刀具和定位工装加工活塞杆扁方端的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）安装定位工装和精铣成形刀具

将V形下座间隔固定在底座上，再将底座固定在机床工作台上，以V形下座宽度方向靠近机床主轴的侧面为基准面G，调整V形下座位置，找平基准面G，使两个V形下座的V形槽支撑轴线垂直于机床主轴轴线；

2）活塞杆定位固定在V形块夹具中

将活塞杆扁方端朝向机床主轴，活塞杆杆身落在两个V形下座的V型槽中，使活塞杆在机床直角坐标系的Y轴和X轴方向得到定位，并将轴向定位块另一端端面抵靠在活塞杆的活塞内侧面上，使活塞杆在机床直角坐标系的Z轴方向得到定位；

然后用标准直角样块靠在待加工的活塞杆扁方端的第一垂直侧面上，使第一垂直侧面垂直于机床工作台，即垂直于机床主轴轴线；再将V形上压盖分别夹持在活塞杆杆身两端上，并与对应的V形下座固定连接，从而将在活塞杆定位固定在定位工装上；

3）安装精铣成形刀具并调整机床主轴伸出位置

先将左偏刀和右偏刀刃尖相对地垂直固定在刀杆中部上，然后将刀杆锥柄固定在机床主轴中；移动机床主轴使精铣成形刀具前端面H和V形下座基准面G的距离N=20mm，将机床数显显示屏上的Z方向坐标清零；

4）精铣活塞杆扁方端

a、精铣成形刀具的最大旋转直径为D3，刀杆端面距左偏刀和右偏刀的对称中心面F的距离为M，V形下座的1/2宽度为L1；左偏刀和右偏刀的刀尖朝上，机床主轴外移，使刀杆外圆D1和活塞杆扁方端右端面不干涉；机床主轴外移距离为M+L1+20mm，使刀尖之间对称中心面F与活塞杆轴线垂面C共面；接着向活塞杆方向缓慢横移机床主轴，使刀杆外圆D1和活塞杆扁方端端面的安全距离δ2=2～3mm；把机床数显显示屏上的X方向坐标清零；向上移动机床主轴,使刀杆外圆D1和活塞杆身外圆D2同轴，把机床数显显示屏上的Y方向坐标清零；

b、向上移动机床主轴，跑坐标至机床数显显示屏上的Y=－（Y1+B2/2），保证精铣成形刀具开始工作时和活塞杆扁端间隙δ3=10mm；B2为活塞杆扁方端的水平面对边距，精铣成形刀具开始工作时起点坐标为X=0，Y=Y1+B2/2，Z=－( M+L1+20)；

c、精铣成形刀具在起点位置后，启动机床主轴，使精铣成形刀具顺时针旋转；机床主轴沿由上往下直线进给切削至坐标Y=－（Y1+B2/2），一次完成活塞杆扁方端的第一垂直侧面和第二垂直侧面的精削加工。