專利名稱：利用通用機床及標(biāo)準(zhǔn)工裝加工球體不規(guī)則孔及平面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及球體孔面的加工方法，具體的說是利用通用機床及標(biāo) 準(zhǔn)工裝加工球體不規(guī)則孔及平面的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，在加工球體不規(guī)則孔及平面時，由于球體規(guī)格繁雜， 形狀各異，外形分為整球、半球、帶柄球、不規(guī)則曲面及缺口球，各 球面又不規(guī)則分布多個不等的孔及平面，球體孔、面加工時無裝夾校 正基準(zhǔn)，因此無法采用通用機床常規(guī)加工， 一般都需要數(shù)控加工中心 來完成球體不規(guī)則孔面加工。數(shù)控加工球體不規(guī)則孔面存在加工成本
高，加工效率低等問題。例如，國家重大科學(xué)工程L旭0ST項目(大 天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡)中MA鏡室支撐框架結(jié)構(gòu)中， 珩架結(jié)點為197只鋼球，球徑從O90 ①150mm不等，形狀分為整球、 半球、帶柄球及不規(guī)則缺口球。各球表面包含4 14個不等的螺孔及 平面，各螺孔對平面的垂直度公差均為士0.03mm，角度公差士1.5'， 各平面對球心的尺寸公差為士O. 05mm,且各孔均為沿球面不規(guī)則分 布。因無裝夾校正基準(zhǔn)，無法采用通用機床常規(guī)加工，而若采用數(shù)控 加工中心來完成，則加工成本高，加工效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種利用通用機床及標(biāo)準(zhǔn)工裝加工常規(guī) 需要數(shù)控加工中心來完成的球體不規(guī)則孔面的方法，并可降低成本， 提高工效。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
利用通用機床及標(biāo)準(zhǔn)工裝加工球體不規(guī)則孔及平面的方法，所用 工裝包括轉(zhuǎn)盤、卡盤、芯棒，所用機床包括車床、鏜床，按以下步驟 進(jìn)行-
① 圓棒下料，按球徑尺寸放5 6mm余量，長度放10mm余量；
② 粗車球體并保留夾頭檔，將下好的圓棒料裝夾在車床卡爪上， 一端鉆中心孔，尾架頂住中心孔，粗車球的外表面和夾頭檔外圓，球 的外表面放5 6mm精加工余量；
③ 調(diào)質(zhì)處理，粗加工后的球體加熱至840 860°C，水中冷卻， 560 600'C回火；
④ 精車球體，將粗加工后的球體，裝夾在車床卡爪上，尾架頂住 中心孔， 一次完成球體表面加工，保證球體表面不圓度公差《①
0. 04腿；
⑤ 逐面粗精銑平面，逐孔鉆、攻各螺孔，利用夾頭檔將精車后的 球體裝夾在卡盤上，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，選取球體中間部位的螺孔和平面作為
第一加工工位，建立一坐標(biāo)X，并保證此坐標(biāo)在加工過程中不變，利 用芯棒校正轉(zhuǎn)盤、卡盤同心，利用夾頭檔將球體裝夾于卡盤上，通過 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，校正步驟④中球體產(chǎn)生的形位誤差，選擇中間值作為校正 基準(zhǔn)，利用杠桿表校正球面從而確定孔位的立鏜頭加工坐標(biāo)Y和側(cè)鏜 頭加工坐標(biāo)Z，利用側(cè)鏜頭加工第一加工工位的平面和孔，再轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn) 臺，利用側(cè)鏜頭及立鏜頭逐面逐孔加工其它平面及孔；
⑥ 三坐標(biāo)儀檢查各孔面尺寸，先校正球體的外徑，找正球體和芯 棒中心，按圖紙尺寸，逐一檢査各面和孔的角度；
⑦ 球體表面磷化除銹，將已加工球體放入磷酸鹽溶液中浸泡,使 金屬表面獲得一層不溶于水的磷酸鹽薄膜；
⑧ 球體表面涂裝面漆。
本發(fā)明的目的還可以通過以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實現(xiàn)
前述的利用通用機床及標(biāo)準(zhǔn)工裝加工球體不規(guī)則孔及平面的方 法，其中所述步驟⑤中，加工各平面及孔時，按先面后孔的方法加工。
前述的利用通用機床及標(biāo)準(zhǔn)工裝加工球體不規(guī)則孔及平面的方 法，其中所述步驟⑤中，校正步驟④中產(chǎn)生的形位誤差包括以下步驟: 利用百分表，將表頭接觸于球體與主軸中心的最高點，旋轉(zhuǎn)工作臺， 如高低相差0. 02mm，選擇中間值0. Olmm處，將臺面旋轉(zhuǎn)角度鎖死， 做為第一加工工位；將機床床身移至己建立好的X坐標(biāo)原點，使用主 軸旋轉(zhuǎn)校正球體面確定Y值；利用移動床身銑削各面，再按各面的角 度加工各孔，從而保證孔與面之間的角度；加工工藝孔、面；再利用 螺紋芯棒加工相應(yīng)180°反面各孔。
本發(fā)明的優(yōu)點為通過本發(fā)明的方法，利用通用機床及標(biāo)準(zhǔn)工裝 就可加工常規(guī)需要數(shù)控加工中心來完成的球體不規(guī)則孔面，并能保證 加工質(zhì)量，提高了工作效率，降低了成本。


圖1為本發(fā)明實施例所加工球體的主視圖。
圖2為圖1的B-B剖視及工藝夾頭位置示意圖。
圖3為圖1的E-E剖視圖。
圖4為圖1的C-C剖視圖。
圖5為圖1的D-D剖視圖。
圖6為芯棒結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例一
本實施例選取一代表性球體來說明，根據(jù)附圖1 5所示球體11 個表面的螺孔及平面的分布情況，基于一次裝夾完成盡可能多的孔面
加工、減少空間角度換算所產(chǎn)生的累積誤差，并兼顧工藝回轉(zhuǎn)中心與
各螺孔相交于一面上且相互之間夾角大于等于90°的原則，選取夾 頭檔B作為工藝回轉(zhuǎn)中心，如圖2所示。 加工步驟如下
(1) 圓棒下料按球徑尺寸放5 6mm余量，長度放10mm余量。
(2) 粗車球體，保留夾頭檔B :將下好的圓棒料裝夾在機床卡爪 上， 一端鉆中心孔，尾架頂住中心孔，用專用夾具，粗車球的外表面 和B夾頭檔外圓，球的外表面放5 6mm精加工余量。
(3) 調(diào)質(zhì)處理T235:將粗加工后的球體加熱至840 860°C,水中 冷卻，560 60(TC回火。
(4) 精車球體，保證形位公差①0.04:粗加工后的球體，裝夾在數(shù) 控車床卡爪上，尾架頂住中心孔，按圖紙尺寸要求編制加工程序，分 半精和精加工兩道工序， 一次完成球體表面加工，從而保證球體表面 不圓度公差《①0. 04rran。
(5) 逐面粗精銑平面，逐孔鉆、攻各螺孔將球體B夾頭檔裝夾 于旋轉(zhuǎn)卡盤上，通過轉(zhuǎn)動工作臺，校正球體外表面，選擇中間值作為 校正基準(zhǔn)(可以保證各平面與實際回轉(zhuǎn)中心的精度，消除累積加工誤 差)。在校正球體確定X坐標(biāo)后，利用杠桿表校正球面從而確定孔位 的Y (立鏜頭加工)和Z (側(cè)鏜頭加工)坐標(biāo)。鏜加工校正球體形位 誤差的方法利用百分表，將表頭接觸于球體與主軸中心的最高點， 旋轉(zhuǎn)工作臺，如高低相差0.02皿，選擇中間值0.01mm處，將臺面旋 轉(zhuǎn)角度鎖死，做為第一加工工位；將機床床身移至已建立好的X坐標(biāo) 原點，使用主軸旋轉(zhuǎn)校正球體面確定Y值；利用移動床身銑削各面， 再按各面的角度加工各孔，從而保證孔與面之間的角度；加工工藝孔、 面；再利用螺紋芯棒加工相應(yīng)180。反面各孔。應(yīng)注意銑削方向與工
藝孔螺栓夾緊方向一致。
百分表和塊規(guī)的使用是因為球面各孔面的加工會影響其它孔面 至球體中心尺寸的測量。首先在加工水平面各面時可測得第一個面至 球心的尺寸。利用百分表設(shè)定一個值，在加工其它各面時球心至各面 距離為轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心至各面距離，而非實際球心至各面距離，主軸伸
出長度即為此值；第二在加工其余偏轉(zhuǎn)角度后，加工平面時無法測量 則先采用對刀后，利用百分表、塊規(guī)設(shè)定切削余量，然后加工，保證 面至球心精度。
如利用數(shù)控機床加工球體其基本方法和坐標(biāo)鏜加工方法是一致 的，均需進(jìn)行第一、第二甚至第三基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變，只是在加工平面時， 平面至球心尺寸的確定可能容易一些(其難易程度因設(shè)備類型、型號 不同各不相同)，快進(jìn)、工進(jìn)的轉(zhuǎn)換、刀具的變換較為迅速，但刀具 的調(diào)整不方便，加工的準(zhǔn)備周期較長。因為此類零件種類繁多，如用 坐標(biāo)鏜加工此類零件，效率應(yīng)比數(shù)控加工更高，且使用刀具的成本更 低。
(6) 三坐標(biāo)儀檢查各孔面尺寸，并打印編號檢查方法基本上同鏜 加工是一致的，先校正球體的外徑，找正球體和芯棒中心，按圖紙尺 寸，逐一檢查各面和孔的角度。
(7) 表面磷化處理將已加工球體放入磷酸鹽溶液中浸泡，使金屬 表面獲得一層不溶于水的磷酸鹽薄膜，從而提高了金屬抗蝕性能和耐 磨性能。
(8) 涂裝面漆。
鏜床加工各平面及螺孔的步驟為
①選用T42100雙立柱坐標(biāo)鏜床作為加工設(shè)備，利用T456000萬 能轉(zhuǎn)盤、卡盤及芯棒C，如圖6所示，作為主要工藝裝備。② 如圖1建立X坐標(biāo)(此坐標(biāo)在整個加工過程中保持不變)，利 用芯棒C校正轉(zhuǎn)盤、卡盤同心(芯棒C應(yīng)轉(zhuǎn)動180。 二次校正，若卡 爪等與轉(zhuǎn)臺同軸度及垂直度超差，則須自鏜保證)。
③ 利用夾頭檔B將球體裝夾于卡盤上，通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，校正球體 前道工序產(chǎn)生的形位誤差，選擇中間值作為校正基準(zhǔn)(可以保證各平 面與實際回轉(zhuǎn)中心的精度，消除累積加工誤差)。在校正球體確定X 坐標(biāo)后，利用杠桿表校正球面從而確定孔位的Y (采用立鏜頭加工) 和Z (采用側(cè)鏜頭加工)坐標(biāo)。
④ 利用側(cè)鏜頭加工球體面1、 2的孔及平面(采用百分表加塊規(guī) 方法保證平面至球心尺寸精度)。
⑤ 根據(jù)轉(zhuǎn)臺擺放位置及球體面3 8的孔面尺寸與水平面32° 4 '夾角，利用側(cè)鏜頭逐面逐孔加工至尺寸。
⑥ 利用立鏜頭加工球體面9的孔面至尺寸，并同時將其作為第二 回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)(因機床尺寸參數(shù)所限及受力較大故無法采用側(cè)鏜頭加工)。
⑦ 利用芯棒C與球體面9的孔栓連接，二次裝夾分別加工球體面 IO的孔面，如圖3,及球體面ll的孔面，如圖4。
鏜加工原則為先面后孔，具體步驟為
I校正轉(zhuǎn)臺，確定其回轉(zhuǎn)中心X、 Y坐標(biāo)值，轉(zhuǎn)臺傾角為0°。 II校正卡盤與轉(zhuǎn)臺同心。
m夾持球體，利用夾頭檔B，校正球體回轉(zhuǎn)精度，取第一工位。
IV校正側(cè)鏜頭Z值，銑削球體面l、 2的面，然后加工球體面l、 2的孔。利用剛確定的X、 Y值，利用立鏜頭加工球體面9的面及孔。 轉(zhuǎn)臺傾角調(diào)至30°，校正Z值，轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度"，銑削球體面3、 4、 5、 6、 7的面及對應(yīng)各孔。利用球體面9的孔與螺紋芯棒連接夾持在 卡盤上，分別加工球體面10、 11的孔、面(如偏轉(zhuǎn)角度一致， 一次
加工成，若不同可分別加工)。
測量方法為球體面l為直接測量，取主軸伸出量定值，球體面
2為實際測量值，球體面3同球體面1，球體面4 8同球體面2， 9tt、 球體面10、 11為銑刀對刀后采用百分表加塊規(guī)保證精度，或采用計 算方法保證精度，但其精度與測量手法、操作技能以及球體半徑大小有關(guān)。
利用球體面9的孔二次裝夾加工球體面10和11的孔面時，銑刀 進(jìn)刀方向應(yīng)與螺紋夾緊方向一致。在用千分尺測量各平面與球心尺寸 后利用百分表加塊規(guī)對刀，以保證各平面與回轉(zhuǎn)中心距離盡量一致。 對于千分尺無法測量的球體面9、 10、 11的孔面可采用高度尺測量或 直接測量平面直徑通過計算進(jìn)刀(其直徑為①45. 61 ①45. 04mm)， 采用后者時，應(yīng)注意光線、角度對測量結(jié)果的影響。在利用球體面9 的孔二次裝夾加工球體面10、 11的孔面的過程中要同時校正球體面 1、 2的孔面以減少誤差。
本發(fā)明還可以有其它實施方式，凡采用同等替換或等效變換形成 的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.利用通用機床及標(biāo)準(zhǔn)工裝加工球體不規(guī)則孔及平面的方法，所用工裝包括轉(zhuǎn)盤、卡盤、芯棒，所用機床包括車床、鏜床，其特征在于按以下步驟進(jìn)行①圓棒下料，按球徑尺寸放5～6mm余量，長度放10mm余量；②粗車球體并保留夾頭檔，將下好的圓棒料裝夾在車床卡爪上，一端鉆中心孔，尾架頂住中心孔，粗車球的外表面和夾頭檔外圓，球的外表面放5～6mm精加工余量；③調(diào)質(zhì)處理，粗加工后的球體加熱至840～860℃，水中冷卻，560～600℃回火；④精車球體，將粗加工后的球體，裝夾在車床卡爪上，尾架頂住中心孔，一次完成球體表面加工，保證球體表面不圓度公差≤Φ0.04mm；⑤逐面粗精銑平面，逐孔鉆、攻各螺孔，利用夾頭檔將精車后的球體裝夾在卡盤上，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，選取球體中間部位的螺孔和平面作為第一加工工位，建立一坐標(biāo)X，并保證此坐標(biāo)在加工過程中不變，利用芯棒校正轉(zhuǎn)盤、卡盤同心，利用夾頭檔將球體裝夾于卡盤上，通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，校正步驟④中球體產(chǎn)生的形位誤差，選擇中間值作為校正基準(zhǔn)，利用杠桿表校正球面從而確定孔位的立鏜頭加工坐標(biāo)Y和側(cè)鏜頭加工坐標(biāo)Z，利用側(cè)鏜頭加工第一加工工位的平面和孔，再轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，利用側(cè)鏜頭及立鏜頭逐面逐孔加工其它平面及孔；⑥三坐標(biāo)儀檢查各孔面尺寸，先校正球體的外徑，找正球體和芯棒中心，按圖紙尺寸，逐一檢查各面和孔的角度；⑦球體表面磷化除銹，將已加工球體放入磷酸鹽溶液中浸泡，使金屬表面獲得一層不溶于水的磷酸鹽薄膜；⑧球體表面涂裝面漆。
2. 如權(quán)利要求1所述的利用通用機床及標(biāo)準(zhǔn)工裝加工球體不規(guī)則孔及平面的方法，其特征在于所述步驟⑤中，加工各平面及孔時，按先面后孔的方法加工。
3. 如權(quán)利要求1所述的利用通用機床及標(biāo)準(zhǔn)工裝加工球體不規(guī)則孔及平面的方法，其特征在于所述步驟⑤中，校正步驟④中產(chǎn)生 的形位誤差包括以下步驟利用百分表，將表頭接觸于球體與主軸中心的最高點，旋轉(zhuǎn)工作臺，如高低相差0. 02mm，選擇中間值0. Olmm 處，將臺面旋轉(zhuǎn)角度鎖死，做為第一加工工位；將機床床身移至己建 立好的X坐標(biāo)原點，使用主軸旋轉(zhuǎn)校正球體面確定Y值；利用移動床身銑削各面，再按各面的角度加工各孔，從而保證孔與面之間的角度; 加工工藝孔、面；再利用螺紋芯棒加工相應(yīng)180。反面各孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及球體孔面的加工方法，是利用通用機床及標(biāo)準(zhǔn)工裝加工球體不規(guī)則孔及平面的方法，按以下步驟進(jìn)行圓棒下料；粗車球體并保留夾頭檔；調(diào)質(zhì)處理；精車球體；逐面粗精銑平面，逐孔鉆、攻各螺孔；三坐標(biāo)儀檢查各孔面尺寸；球體表面磷化除銹；球體表面涂裝面漆。通過本發(fā)明的方法，利用通用機床及標(biāo)準(zhǔn)工裝就可加工常規(guī)需要數(shù)控加工中心來完成的球體不規(guī)則孔面，并能保證加工質(zhì)量，提高了工作效率，降低了成本。
文檔編號B23P13/00GK101337311SQ200710024838
公開日2009年1月7日 申請日期2007年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月4日
發(fā)明者波 仲, 俞曉剛, 耿文俊 申請人:南京南汽汽車裝備有限公司