异形腔体零件加工方法与流程

1.本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种异形腔体零件加工方法。


背景技术：

2.某零件的毛坯为整体挤压成型，成品结构图如图7所示，其整体呈筒状结构。这类零件在结构上存在如下特点：其一，两端壁厚较薄；其二，内腔某段或某几段设有异形腔；其三，至少一端的加工深度较长。
3.对应上述特点，这类零件加工时存在如下难点：其一，端部腔壁较薄，尤其加工基准后更薄，极易受到夹紧力、切削力、切削热等因素影响造成工件变形；其二，内腔结构复杂，轴向上不同位置的直径变化没有规律，一次加工成型较为困难，且切削应力较大易导致产品变形；其三，加工深度较长，对刀杆的刚性要求高，容易发生振刀，加工质量较难保证。
4.由于存在上述加工难点，现有技术中仍未存在此类零件的有效加工方法，能够使得所加工的产品各项技术指标皆符合图纸设计要求。


技术实现要素：

5.为克服现有针对前述异形腔体零件缺乏有效加工方法的技术缺陷，本发明提供了一种异形腔体零件加工方法。
6.本发明提供的异形腔体零件加工方法，依次包括如下步骤：s1.准备工作：对应零件两端设计两套支撑套，每套支撑套皆包括内撑套和外撑套；设计加长刀座，所述加长刀座包括支撑筒，所述支撑筒适于插装刀杆，且所述支撑筒的一端设有适于固定在刀盘上的连接部；s2.加工零件第一端部的装夹基准：将零件第二端部装夹在数控车床上，加工零件第一端部的内圆装夹基准和外圆装夹基准；s3.装夹零件第一端部：选取步骤s1中所设计的对应支撑套，并将所述内撑套间隙套接在第一端部内，将外撑套间隙套接在第一端部外，然后将零件第一端部装夹在数控车床上；s4.加工零件第二端部的装夹基准：加工零件第二端部的内圆装夹基准和外圆装夹基准；s5.加工零件第二端部的内腔：对于异形腔，采用几何分割法进行加工，即将异形腔分为至少两个加工区域，分步对各个加工区域依次加工；对于加工深度较大的区域，首先将步骤s1中所设计的加长刀座通过所述连接部固定在数控车床的刀盘上，然后将刀具的刀杆插装在所述支撑筒内，最后进行加工；s6.装夹零件第二端部：
选取步骤s1中所设计的对应支撑套，并将所述内撑套间隙套接在第二端部内，将外撑套间隙套接在第二端部外，然后将零件第二端部装夹在数控车床上；s7.加工零件第一端部的内腔：对于异形腔，采用几何分割法进行加工，即将异形腔分为至少两个加工区域，分步对各个加工区域依次加工；对于加工深度较大的区域，首先将步骤s1中所设计的加长刀座通过所述连接部固定在刀盘上，然后将刀具的刀杆插装在所述支撑筒内，最后进行加工。
7.可选的，所述连接部包括：键部，其凸设于所述支撑筒的底部且适于卡接在刀盘的键槽内；耳部，其设有两个且分别一体成型于所述支撑筒的两侧，所述耳部上开设有安装孔，所述耳部适于通过插装在所述安装孔内的紧固件固定在刀盘上。
8.可选的，在步骤s2、步骤s3和步骤s6中，采用加长扇形卡爪进行装夹。
9.可选的，在步骤s5和步骤s7中，还包括：对于斜面凹腔，采用反钩内镗刀进行加工，所述反钩内镗刀的刀具后角大于已加工斜面的角度，且所述反钩内镗刀的有效切深大于斜面凹腔的深度。
10.可选的，在步骤s5和步骤s7中，还包括：精加工，所述精加工位于异形腔、加工深度较大区域和斜面凹腔加工完毕之后。
11.可选的，所述精加工选用内孔球头刀。
12.本发明提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明提供的异形腔体零件加工方法，通过设计支撑套支撑于待装夹端部的内外两侧，能够有效避免壁厚薄导致的产品变形；通过设计加长刀座，能够在加工深度较大的区域加工时将刀具的刀杆支撑在加长刀座内，避免刀杆悬空刚性不足导致晃动所引起的振刀，从而保证了加工质量；对于异形腔，采用几何分割法将其划分为几个加工区域，分步完成加工，优化了走刀路线，提升了加工效率，同时也避免一次加工导致的应力变形。本发明加工方法通过以上几点相互配合，能够实现异形腔体零件在数控车床上的加工，从而满足生产需要。
附图说明
13.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1表示本发明实施例中零件装夹状态示意图；图2表示本发明实施例中加长刀座的结构示意图；图3表示本发明实施例中反钩内镗刀的结构示意图；图4表示本发明实施例中内孔球头刀的结构示意图；图5表示本发明实施例中正刀的结构示意图；图6表示本发明实施例中反刀的结构示意图；
图7表示本发明实施例中加工零件的结构示意图；图8表示本发明实施例中第一异形腔的结构示意图；图9表示本发明实施例中第二圆台腔的结构示意图；图10表示本发明实施例中第二异形腔的结构示意图。
16.图中：1、内撑套；2、外撑套；3、加长刀座；31、支撑筒；311、螺纹孔；32、连接部；321、键部；322、耳部；3221、安装孔；4、反钩内镗刀；5、内孔球头刀；61、第一圆柱腔；62、第一圆台腔；63、第一异形腔；64、第二圆柱腔；65、第二圆台腔；66、第三圆柱腔；67、第四圆柱腔；68、第二异形腔；69、第五圆柱腔；7、正刀；8、反刀。
具体实施方式
17.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
18.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
19.下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
20.在一个实施例中，异形腔体零件加工方法包括如下步骤。
21.s1.准备工作：参照图1，对应零件两端设计两套支撑套，每套支撑套皆包括内撑套1和外撑套2；参照图2，设计加长刀座3，加长刀座3包括支撑筒31，支撑筒31适于插装刀杆，且支撑筒31的一端设有适于固定在刀盘上的连接部32。
22.具体的，参照图7，零件两端直径不等形成大径端和小径端。所以，两套支撑套的直径不相同，内撑套1的外径与零件对应端部的内圆直径适配即可，外撑套2的内径与零件对应端部的外圆直径适配即可。容易理解的，适配指的是间隙配合以能完成套装于拆卸，即内撑套1的外径略小于零件对应端部的内圆直径，外撑套2的内径略大于零件对应端部的外圆直径，例如，本实施例中，外撑套2和内撑套1与工件的装配间隙皆为0.02mm。
23.其他实施例中，零件两端也可直径相等，使得两套支撑套共用。
24.具体的，支撑套的材料选用硬度低于工件硬度的铝合金。
25.其他实施例中，支撑套还可采用硬度低于工件且具有一定刚性，能够起到支撑作用的其他金属或非金属材料。
26.具体的，参照图2，支撑筒31的侧壁上开设有螺纹孔311，刀具的刀杆通过拧装在螺纹孔311内的螺丝顶紧以实现在支撑筒31内的固定。
27.其他实施例中，支撑筒31也可在未设有连接部32的端部安装卡箍，待刀杆插入支撑筒31内时利用卡箍将刀杆锁紧。
28.容易理解的，加长刀座3固定在刀盘上，而刀盘本身的作用是为了安装刀具，所以加长刀座3应与刀盘可拆卸固定。
29.具体的，参照图2，连接部32包括键部321和耳部322，键部321凸设于支撑筒31的底
部且适于卡接在刀盘的键槽内，耳部322设有两个且分别一体成型于支撑筒31的两侧，耳部322上开设有安装孔3221，耳部322适于通过插装在安装孔3221内的紧固件固定在刀盘上。这种固定方式结构较为简单，并且能够与刀盘结构适配，装拆较为方便。
30.其他实施例中，连接部32也可为块状结构，其焊接在支撑筒31的一端，块状结构的连接部32通过磁吸或卡扣等可拆卸固定方式固定在刀盘上。
31.s2.加工零件第一端部的装夹基准：将零件第二端部装夹在数控车床上，加工零件第一端部的内圆装夹基准和外圆装夹基准。
32.容易理解的，这里零件第二端部仍为毛坯。
33.具体的，采用加长扇形卡爪对零件第二端部进行装夹，接触面积较大，能够减少装夹变形，同时也能保证零件加工时自身的刚性。另外，本实施例中的零件壁厚较薄且轴向尺寸相对较小，零件外圆没有空间架置数控车床的液压中心架，加长扇形卡爪也能解决这一问题。容易理解的，这里的加长扇形卡爪是相对普通数控车床上的夹爪而言的，其目的是在不设置液压中心架的情况下，能够通过加长扇形卡爪增大零件的装夹面积。
34.其他实施例中，也可采用普通扇形夹爪进行装夹，只是没有本实施例采用加长扇形卡爪所具有的效果。
35.s3.装夹零件第一端部：选取步骤s1中所设计的对应支撑套，并将内撑套1间隙套接在第一端部内，将外撑套2间隙套接在第一端部外，然后将零件第一端部装夹在数控车床上。
36.具体的，采用加长扇形卡爪对零件第一端部进行装夹，具体效果如前文所述，这里不再赘述。
37.其他实施例中，也可采用普通扇形夹爪进行装夹，只是没有本实施例采用加长扇形卡爪所具有的效果。
38.s4.加工零件第二端部的装夹基准：加工零件第二端部的内圆装夹基准和外圆装夹基准。
39.s5.加工零件第二端部的内腔：对于异形腔，采用几何分割法进行加工，即将异形腔分为至少两个加工区域，分步对各个加工区域依次加工；对于加工深度较大的区域，首先将步骤s1中所设计的加长刀座3通过连接部32固定在数控车床的刀盘上，然后将刀具的刀杆插装在支撑筒31内，最后进行加工。
40.为方便描述，参照图7，将本实施例中零件大径端作为零件第二端部，零件大径端从外向内依次设有第一圆柱腔61、第一圆台腔62、第一异形腔63、第二圆柱腔64、第二圆台腔65和第三圆柱腔66。
41.具体的，零件大径端同时存在异形腔和加工深度较大的区域。
42.其他实施例中，零件大径端也可仅存在异形腔或加工深度较大的区域，或者皆没有。但需要注意的是，零件大径端和零件小径端中应至少含有一个异形腔和一个加工深度较大的区域，以使得零件适用于本方法进行加工。
43.具体的，参照图8，将第一异形腔63分为a区、b区和c区；a区采用数控车床g75模式进行加工，将大径端的异形腔内的大部分余量去除；b区采用数控车床g01/g00模式进行车
削；c区用g71的第二种模式进行加工。
44.容易理解的，划分后的区域应为本领域容易加工的形状。
45.本实施例针对第一异形腔63的具体形状，将其划分为了a区、b区和c区。
46.其他实施例中，对于其他形状的异形腔，可适应性的将其划分为几个容易加工的区域，然后分步进行加工。
47.另外，参照图3、图7至图9，第一异形腔63的c区和第二圆柱腔64与第二圆台腔65的交接处皆为斜面凹腔。斜面凹腔即槽底为斜面且开设于腔壁上的凹腔。斜面凹腔的加工难度较大，现有斜面凹腔在加工完毕后其尺寸精度难以满足工艺要求。本实施例针对斜面凹腔设计反钩后镗刀，反钩内镗刀4的刀具后角大于已加工斜面的角度α，且反钩内镗刀4的有效切深大于斜面凹腔的深度h。采用反钩内镗刀4对斜面凹腔进行加工，能够保证零件的尺寸精度、粗糙度要求和形位公差要求。
48.当然，其他实施例中，零件结构中也可不存在斜面凹腔。
49.另外，第一圆柱腔61、第一圆台腔62、第二圆柱腔64、第二圆台腔65和第三圆柱腔66皆为本领域常规加工形状，具体加工方法这里不再赘述。
50.进一步的，为保证成品质量，在异形腔、加工深度较大区域和斜面凹腔加工完毕之后，还需对内腔进行精加工。
51.具体的，参照图4，精加工选用内孔球头刀5，利用内孔球头刀5能够同时横向和纵向切削的加工特点，沿零件内腔结构一次加工成形，不仅能够保证光洁度要求和各处圆弧要求，而且编程量小，效率高。
52.其他实施例中，也可采用其他常用精加工刀具进行精加工。
53.s6.装夹零件第二端部：选取步骤s1中所设计的对应支撑套，并将内撑套1间隙套接在第二端部内，将外撑套2间隙套接在第二端部外，然后将零件第二端部装夹在数控车床上。
54.具体的，采用加长扇形卡爪对零件第二端部进行装夹，具体效果如前文所述，这里不再赘述。
55.其他实施例中，也可采用普通扇形夹爪进行装夹，只是没有本实施例采用加长扇形卡爪所具有的效果。
56.s7.加工零件第一端部的内腔：对于异形腔，采用几何分割法进行加工，即将异形腔分为至少两个加工区域，分步对各个加工区域依次加工；对于加工深度较大的区域，首先将步骤s1中所设计的加长刀座3通过连接部32固定在刀盘上，然后将刀具的刀杆插装在支撑筒31内，最后进行加工。
57.为方便描述，参照图7，将本实施例中零件小径端作为零件第一端部，零件小径端从外向内依次设有第四圆柱腔67、第二异形腔68和第五圆柱腔69。
58.本实施例中，零件小径端仅存在异形腔。
59.其他实施例中，零件小径端也可仅存在加工深度较大的区域，或者同时存在异形腔和加工深度较大的区域，亦或者皆没有。但需要注意的是，零件大径端和零件小径端中应至少含有一个异形腔和一个加工深度较大的区域，以使得零件适用于本方法进行加工。
60.具体的，参照图5、图6和图10，将第二异形腔68沿过p点的轴向线分为上下两部分，
采用数控车床g72模式，上部分采用反刀8进行加工，下部分采用正刀7进行加工。为避免刀具与工件干涉，8反刀的刀倾角大于图中所示角度β，正刀7的前端长度需大于图中所示长度l。
61.本实施例针对第二异形腔68的具体结构，采用正反两把刀具，利用刀具既可以微量的往毛坯里横向车削，也可以纵向车削的特性，能够保证切削强度和精度。
62.其他实施例中，对于其他形状的异形腔，可适应性的将其划分为几个容易加工的区域，然后采用适合的刀具分步进行加工。
63.另外，第四圆柱腔67和第五圆柱腔69皆为本领域常规加工形状，具体加工方法这里不再赘述。
64.进一步的，为保证成品质量，在异形腔加工完毕之后，还需对内腔进行精加工。
65.具体的，参照图4，精加工选用内孔球头刀5，利用内孔球头刀5能够同时横向和纵向切削的加工特点，沿零件内腔结构一次加工成形，不仅能够保证光洁度要求和各处圆弧要求，而且编程量小，效率高。
66.本实施例的加工方法，通过设计支撑套支撑于待装夹端部的内外两侧，能够有效避免壁厚薄导致的产品变形；通过设计加长刀座3，能够在加工深度较大的区域加工时将刀具的刀杆支撑在加长刀座3内，避免刀杆悬空刚性不足导致晃动所引起的振刀，从而保证了加工质量；对于异形腔，采用几何分割法将其划分为几个加工区域，分步完成加工，优化了走刀路线，提升了加工效率，同时也避免一次加工导致的应力变形。本发明加工方法通过以上几点相互配合，能够实现异形腔体零件在数控车床上的加工，从而满足生产需要。
67.以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。尽管参照前述各实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离各实施例技术方案的范围，其均应涵盖权利要求书的保护范围中。

技术特征：
1.一种异形腔体零件加工方法，其特征在于，依次包括如下步骤：s1.准备工作：对应零件两端设计两套支撑套，每套支撑套皆包括内撑套(1)和外撑套(2)；设计加长刀座(3)，所述加长刀座(3)包括支撑筒(31)，所述支撑筒(31)适于插装刀杆，且所述支撑筒(31)的一端设有适于固定在刀盘上的连接部(32)；s2.加工零件第一端部的装夹基准：将零件第二端部装夹在数控车床上，加工零件第一端部的内圆装夹基准和外圆装夹基准；s3.装夹零件第一端部：选取步骤s1中所设计的对应支撑套，并将所述内撑套(1)间隙套接在第一端部内，将外撑套(2)间隙套接在第一端部外，然后将零件第一端部装夹在数控车床上；s4.加工零件第二端部的装夹基准：加工零件第二端部的内圆装夹基准和外圆装夹基准；s5.加工零件第二端部的内腔：对于异形腔，采用几何分割法进行加工，即将异形腔分为至少两个加工区域，分步对各个加工区域依次加工；对于加工深度较大的区域，首先将步骤s1中所设计的加长刀座(3)通过所述连接部(32)固定在数控车床的刀盘上，然后将刀具的刀杆插装在所述支撑筒(31)内，最后进行加工；s6.装夹零件第二端部：选取步骤s1中所设计的对应支撑套，并将所述内撑套(1)间隙套接在第二端部内，将外撑套(2)间隙套接在第二端部外，然后将零件第二端部装夹在数控车床上；s7.加工零件第一端部的内腔：对于异形腔，采用几何分割法进行加工，即将异形腔分为至少两个加工区域，分步对各个加工区域依次加工；对于加工深度较大的区域，首先将步骤s1中所设计的加长刀座(3)通过所述连接部(32)固定在刀盘上，然后将刀具的刀杆插装在所述支撑筒(31)内，最后进行加工。2.根据权利要求1所述的异形腔体零件加工方法，其特征在于，所述连接部(32)包括：键部(321)，其凸设于所述支撑筒(31)的底部且适于卡接在刀盘的键槽内；耳部(322)，其设有两个且分别一体成型于所述支撑筒(31)的两侧，所述耳部(322)上开设有安装孔(3221)，所述耳部(322)适于通过插装在所述安装孔(3221)内的紧固件固定在刀盘上。3.根据权利要求1所述的异形腔体零件加工方法，其特征在于，在步骤s2、步骤s3和步骤s6中，采用加长扇形卡爪进行装夹。4.根据权利要求1至3任一项所述的异形腔体零件加工方法，其特征在于，在步骤s5和步骤s7中，还包括：对于斜面凹腔，采用反钩内镗刀(4)进行加工，所述反钩内镗刀(4)的刀具后角大于已加工斜面的角度，且所述反钩内镗刀(4)的有效切深大于斜面凹腔的深度。5.根据权利要求4所述的异形腔体零件加工方法，其特征在于，在步骤s5和步骤s7中，
还包括：精加工，所述精加工位于异形腔、加工深度较大区域和斜面凹腔加工完毕之后。6.根据权利要求5所述的异形腔体零件加工方法，其特征在于，所述精加工选用内孔球头刀(5)。

技术总结
本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种异形腔体零件加工方法。本方法设计专用的支撑套对零件进行支撑，设计专用的加长刀座对刀具导杆进行支撑，采用几何分割法对异形腔体进行加工。通过支撑套对待装夹端部的内外两侧进行支撑，能够有效避免壁厚薄导致的产品变形；通过加长刀座对刀具的刀杆进行支撑，能够避免刀杆悬空刚性不足导致晃动所引起的振刀，从而保证了加工质量；对于异形腔，采用几何分割法将其划分为几个加工区域，分步完成加工，优化了走刀路线，提升了加工效率，同时也避免一次加工导致的应力变形。本发明加工方法通过以上几点相互配合，能够实现异形腔体零件在数控车床上的加工，从而满足生产需要。从而满足生产需要。从而满足生产需要。


技术研发人员：韦国栋 聂文斌 薛勇 潘晓凡 原杰 刘明月
受保护的技术使用者：山西平阳重工机械有限责任公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/10/11