一种阶台孔薄壁钢制零件的内、外径磨削加工方法
阅读说明：本技术 一种阶台孔薄壁钢制零件的内、外径磨削加工方法 (Grinding method for inner diameter and outer diameter of step hole thin-wall steel part ) 是由 孟祥志 闫颢天 张王生 曹建国 王德宽 毕达尉 杜强 王秋菊 宋丽君 朱佳伟 王 于 2021-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种阶台孔薄壁钢制零件的内、外径磨削加工方法,通过采取创新设计的夹具,实现了对精密阶台孔薄壁钢制零件的中心对准调整及定位夹紧,解决了对产品生产中精密阶台孔薄壁钢制零件在磨削加工时因夹具夹紧时造成的变形所导致的零部件报废的问题。可以磨削加工大于等于1mm壁厚的精密阶台孔薄壁钢制零件,尺寸公差在0.05mm以内,形状和位置公差也能保证在0.05mm以内,本发明适用于各种精密阶台孔薄壁钢制零件的加工,其定位精度高、操作简单、装卸工件方便,轴向夹紧力靠永磁铁牢固吸附在工作面上,径向上的夹紧力可均匀作用在装夹工件上且夹紧力可根据不同情况在一定范围内进行调整。加工范围广泛,适用性强。(The invention relates to a grinding method for the inner and outer diameters of a step hole thin-wall steel part, which realizes the center alignment adjustment and the positioning clamping of the precise step hole thin-wall steel part by adopting an innovatively designed clamp and solves the problem of scrapping of parts caused by deformation caused by the clamping of the clamp during the grinding processing of the precise step hole thin-wall steel part in the production of products. The invention is suitable for processing various precise step hole thin-wall steel parts, has high positioning precision, simple operation and convenient workpiece loading and unloading, axial clamping force is firmly adsorbed on a working surface by a permanent magnet, radial clamping force can be uniformly acted on a clamping workpiece, and the clamping force can be adjusted in a certain range according to different conditions. The processing range is wide, and the applicability is strong.)
技术领域
本发明属于机械加工领域，具体涉及一种阶台孔薄壁钢制零件的内、外径磨削加工方法。
背景技术
目前，针对阶台孔薄壁钢制零件内、外径的磨削加工方法，一般都是先机加至内外径至预留磨削尺寸后，先通过三爪自定心夹盘内撑起待磨削零件，磨削外径至成品尺寸后，再使用专用模套夹住磨削好外径的薄壁钢制零件，然后磨削内径至成品尺寸。在夹爪夹紧力作用下薄壁零件会产生变形，最终导致工件超差报废，无法使用。
发明内容
本发明提供一种阶台孔薄壁钢制零件的内、外径磨削加工方法，要解决的技术问题是：解决薄壁钢制零件加工过程中产生因夹紧力产生变形过大而导致零件报废的问题。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种阶台孔薄壁钢制零件的内、外径磨削加工方法，其特征在于，具体包括以下加工步骤：
S1、精车阶台孔薄壁钢制零件的内、外径及端面长度，其内、外径及端面长度预留余量0.5～0.8mm；
S2、把已完成步骤S1的零件放在平磨台上，用平磨磨床进行两端磨削，保证工件两端的平行度；
S3、把已完成步骤S2的零件安装在磨削阶台孔薄壁钢制零件外径的夹具上，磨削阶台孔薄壁钢制零件外径及端面至成品尺寸；
所述磨削阶台孔薄壁钢制零件外径的夹具包括永磁铁内套筒3、2个内部固定方形永磁铁4、可旋转方形永磁铁9、外磨支撑夹瓦11、楔形支撑块、调整杆21；2个内部固定方形永磁铁4安装在永磁铁内套筒3中；可旋转方形永磁铁9通过旋转轴安装在永磁铁内套筒3内；外磨支撑夹瓦11与永磁铁内套筒靠近可旋转方形永磁铁的一端固定连接；待加工外径的阶台孔薄壁钢制零件套在外磨支撑夹瓦11上；外磨支撑夹瓦11上设有多个凹槽，用于放置楔形支撑块，调整杆21为变截面结构，旋入外磨支撑夹瓦11内，调整杆与楔形支撑块配合使楔形支撑块向外延伸支撑起待加工的阶台孔薄壁钢制零件；
S4、伸出外径磨削砂轮，将待加工外径的薄壁钢制零件预留余量磨削加工至成品尺寸，加工时外径表面和工件外露端面在一次装夹中磨削完成，保证工件外圆与工件外露端面的垂直度；
S5、将用于加工外径的外磨支撑夹瓦卸下，更换成加工内径的内磨专用工装，在磨削内孔前，通过探出夹具零件的外圆进行找正后，再将内径磨削砂轮深入待加工内径的阶台孔薄壁钢制零件的内部，将待加工内径的阶台孔薄壁钢制零件内径上预留余量磨削加工至成品尺寸。
S1中，所述薄壁钢制零件采用管料加工或选取合格的成形毛坯，且外径表面和工件底面在一次装夹中车削完成，保证工件外圆与工件底面的垂直度。
旋转轴包括上部方形旋转轴6、中部方形旋转轴和下部方形旋转轴10；可旋转方形永磁铁9套在中部方形旋转轴7上并固定；中部方形旋转轴7两端方槽内分别安装有下部方形旋转轴10和上部方形旋转轴6。
下部方形旋转轴10和上部方形旋转轴6设置在永磁铁内套筒上，固定铁片5固定在永磁铁内套筒3上，对上部方形旋转轴6进行限位。
通过旋转上部方形旋转轴，改变可旋转方形永磁铁9的磁极方向，当处于停止工作或卸载状态时，可旋转方形永磁铁9与2个内部固定方形永磁铁4组成了磁路的闭合回路，对物体不会产生吸力。
永磁铁内套筒3另一端固定有中心轴17，中心轴17放入本体12中，并将多个径向调整螺钉13穿过本体旋入中心轴17的方形槽中固定，中心轴17的方形槽与径向调整螺钉的定位轴直径尺寸之间的间隙为0.02～0.03mm，所述楔形支撑块为软橡胶楔形支撑块。
内磨专用工装包括内磨专用套筒22、调整螺杆23、调整弹簧25、2个半圆固定套26、径向调整螺钉27、径向固定爪28；调整弹簧25和半圆固定套26固定在调整螺杆23上，调整螺杆23伸入内磨专用套筒22中，在内磨专用套筒外部用调整螺母24固定调整螺杆，并通过旋转调整螺母24使调整螺杆23带动半圆固定套26张开，径向调整螺钉27沿径向穿过内磨专用套筒的外壁并螺纹连接，径向固定爪28的凸台放入径向调整螺钉27的内孔中；通过旋转径向调整螺钉27，带动径向固定爪28夹紧阶台孔薄壁钢制零件。
马蹄防屑圈15嵌入本体12端面与中心轴17之间。
本体12与法兰盘18连接在一起，法兰盘18与磨床主动轴连接固定。
调整软橡胶垫29用固定胶粘接在径向固定爪28的内圆上。
有益效果：本发明保证了对精密阶台孔薄壁钢制零件的磨削加工精度，在装夹阶段，通过采取创新设计的夹具，实现了对精密阶台孔薄壁钢制零件的中心对准调整及定位夹紧，解决了对产品生产中精密阶台孔薄壁钢制零件在磨削加工时因夹具夹紧时造成的变形所导致的零部件报废的问题。可以磨削加工大于等于1mm壁厚的精密阶台孔薄壁钢制零件，尺寸公差在0.05mm以内，形状和位置公差也能保证在0.05mm以内，本发明适用于各种精密阶台孔薄壁钢制零件的加工，其定位精度高、操作简单、装卸工件方便，轴向夹紧力靠永磁铁牢固吸附在工作面上，径向上的夹紧力可均匀作用在装夹工件上且夹紧力可根据不同情况在一定范围内进行调整。加工范围广泛，适用性强。
附图说明
图1——已完成内、外径及长度精加工的精密薄壁钢制零件的半成品图
图2——准备进行精密薄壁钢制零件两端平磨的示意图
图3——安装好的永磁铁吸附装置和外磨支撑夹瓦工装的示意图
图4——图3的A-A、B-B剖视图
图5——外磨支撑夹瓦的C-C、D-D剖视图
图6——永磁铁吸附工装与4项可调整工装组合示意图
图7——图6的E-E剖视图
图8——工装与磨床连接固定示意图
图9——完成待加工零件外径磨削装夹示意图
图10——图9的F-F、G-G剖视图
图11——更换内磨专用工装的示意图
图12——完成待加工零件内径磨削装夹示意图
图13——图12的H-H剖视图
图14——图12的I-I剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提出的一种阶台孔薄壁钢制零件的内、外径磨削加工方法，具体包括以下加工步骤：
S1、精车阶台孔薄壁钢制零件1的内、外径及端面长度，内、外径及端面长度按图纸成品尺寸留量0.5～0.8mm或选取合格的成形毛坯，且外径表面和工件底面在一次装夹中车削完成，保证工件外圆与工件底面的垂直度，如图1所示；
本零件采用管料加工，若零件结构不宜采用管料加工，为了避免材料的浪费，对于不需要承受高过载、综合机械性能无特殊要求的零部件，可采用铸造成形毛坯。若零件需承受一定的高过载，其综合机械性能有相应要求，则在能够节约成本的前提下可考虑用模锻成形毛坯或强力旋压毛坯，但必须根据产品设计要求提出相应的毛坯制作技术要求。
S2、把已完成步骤S1的零件放在平磨台上，两端用2个阶梯V型固定铁2固定在两端，用平磨磨床进行两端磨削，保证工件两端的平行度，如图2所示；
精车加工后的零件，经过平磨加工，保证工件上下底面的平行度。通过平磨既可以保证后续加工的位置精度，还可以保证后续加工的吸附强度。
S3、把已完成步骤S2的零件安装在磨削外径及端面至成品尺寸的专用夹具上，磨削阶台孔薄壁钢制零件外径至成品尺寸：
由于该工序为精磨工序，宜选用精度高、状态稳定、冷却充分的内、外孔磨削专用机床完成精加工。为解决磨削外径时用通用工装夹紧时，因阶台孔薄壁钢制零件太薄而造成的不可逆形变，本发明中创新的设计了一种磨削阶台孔薄壁钢制零件外径的专用夹具，如图3～10所示，包括：永磁铁内套筒3、2个内部固定方形永磁铁4、固定铁片5、上部方形旋转轴6、中部方形旋转轴7、固定圈8、可旋转方形永磁铁9、下部方形旋转轴10、外磨支撑夹瓦11、本体12、4个径向调整螺钉13、密封片14、马蹄防屑圈15、4个轴向紧固螺钉16、中心轴17、法兰盘18、4个紧固螺钉19、6个软橡胶楔形支撑块20、调整杆21。
每班开始对零件加工前，需对设备进行预热，使设备空转半个小时以上，达到设备最佳稳定状态后再开始加工。根据零件加工的精度要求，在加工前检查设备主轴的径向跳动和轴向窜动情况，以满足加工精度的要求。
使用时，第一步组装永磁铁吸附工装，如图3～5所示。
将2个内部固定方形永磁铁4安装在永磁铁内套筒3中；将下部方形旋转轴10放入永磁铁内套筒3中，将可旋转方形永磁铁9套在中部方形旋转轴7上，并用固定圈8拧紧牢固；将上部方形旋转轴6放入永磁铁内套筒3中并提起，把上一步组装好可旋转方形永磁铁9的中部方形旋转轴7安装在下部方形旋转轴10的方槽内；松开上部方形旋转轴6，使其固定在中部方形旋转轴7上端的方槽内；用沉头螺钉将固定铁片5固定在永磁铁内套筒3上；将外磨支撑夹瓦11通过螺纹与永磁铁内套筒3靠近可旋转方形永磁铁的一端固定好；用专用扳手把上部方形旋转轴6旋转180°，使其指针旋转到固定铁片5上所对应的“开”的位置上，此时永磁铁吸附工装处于停止工作或卸载状态，磁力线不会到达永磁铁吸附工装的工作面，就在永磁铁吸附工装内部，可旋转方形永磁铁9与2个内部固定方形永磁铁4组成了磁路的闭合回路，几乎没有磁力线从永磁铁吸附工装的工作面上泄露出去，所以对物体不会产生吸力。
第二步将组装好的永磁铁吸附工装与4项可调整工装组合，如图6～7所示。将中心轴17与永磁铁内套筒3另一端通过4个轴向紧固螺钉16连接在一起；中心轴17放入本体12中，并将4个径向调整螺钉13穿过本体旋入中心轴17的方形槽中固定，方槽与径向调整螺钉定位轴直径尺寸之间的间隙为0.02～0.03mm；马蹄防屑圈15嵌入本体12端面与中心轴17之间，用沉头螺钉将密封片14固定在本体12和中心轴17上，确保马蹄防屑圈15在机加旋转过程中不会脱离；
第三步将工装与磨床连接固定，如图8所示。将本体12通过4个紧固螺钉19与法兰盘18连接在一起，法兰盘18与磨床主动轴连接固定。外磨支撑夹瓦11在组装完成后，在使用的磨床上自磨夹具底面，保证底面与磨床主轴的垂直度。
第四步安装待加工外径的阶台孔薄壁钢制零件1，如图9所示。a、将调整杆21旋入外磨支撑夹瓦11内；将6个软橡胶楔形支撑块20放入外磨支撑夹瓦11的6个凹槽内；将待加工外径的阶台孔薄壁钢制零件1套在外磨支撑夹瓦11上；用专用扳手把上部方形旋转轴6旋转180°，使其指针旋转到固定铁片5上所对应的“合”的位置上，此时可旋转方形永磁铁9的磁极方形将发生改变，磁力线从磁体的N极出来，通过磁力线传输的软磁材料，再经过待加工的阶台孔薄壁钢制零件1，最后回到磁体的S极，最终构成一个磁性闭合回路，这样就能把待加工的阶台孔薄壁钢制零件1牢牢的吸附在工装上；将调整杆21通过螺纹深入到外磨支撑夹瓦11的内部，使6个软橡胶楔形支撑块20向外延伸，在内部支撑起待加工的阶台孔薄壁钢制零件1；
加工过程中零件的专用工装保证了零件和夹具的定位、压紧面的平面度、平行度等状态良好，各面清理干净，保证不夹屑，专用工装各组成部分定位、控制压紧力大于磨削力即可，零件装夹不能过紧，避免加工后产生较大的应力变形。
加工成品外径的外磨支撑夹瓦11选用高级优质碳素结构钢T8A制成，其淬火后的硬度可达到HRC50～55，壁厚达到20mm，能够保证其强度要求，加工成品外径的外磨支撑夹瓦11经粗车、淬火、精车、磨削等多道工序反复加工，保证其内外径同轴度小于0.01mm，外磨支撑夹瓦11的尺寸与已完成内、外径精加工的精密薄壁钢制零件的外径间隙为0.05～0.10mm，保证在外径精加工时的成品尺寸，表面粗糙度达到Ra0.8，能够保证反复装夹拆卸后的精度，满足生产加工要求。
中心轴17选用高级优质碳素结构钢T8A制成，其淬火后的硬度可达到HRC50～55，中心轴17经粗车、淬火、精车、立铣、磨削等多道工序反复加工，保证其内外径同轴度小于0.01mm，中心轴17与径向调整螺钉13所配合的方形凹槽面的间隙为0.02～0.04mm，可保证中心轴在加工过程中的稳定性。
为了防止待加工工件在夹紧过程中因夹紧力过大导致的变形，设计使用一种轴向用永磁铁吸附，径向通过楔形块支撑装置。为了便于待加工外径的阶台孔薄壁钢制零件1的找正，保证工件的同轴度，用磁力表找正时，同轴度误差过大，待加工外径的阶台孔薄壁钢制零件1达不到同轴度小于0.03mm的要求，这时就可通过调整4个径向螺钉13，来找正待加工外径的阶台孔薄壁钢制零件1的同轴度，保证误差小于0.05mm，之后锁紧4个径向调整螺钉13，完成装夹，如图9所示。
S4、伸出外径磨削砂轮，将待加工外径的薄壁钢制零件1预留的0.5～0.8mm磨削加工至成品尺寸，加工时外径表面和工件外露端面在一次装夹中磨削完成，保证工件外圆与工件外露端面的垂直度；
S5、a、待确定加工至成品尺寸后，拔出深入外磨支撑夹瓦11的调整杆21，使6个软橡胶楔形支撑块20向内收缩，松开径向的支撑力；b、用专用扳手把上部方形旋转轴6旋转180°，使其指针旋转到固定铁片5上所对应的“开”的位置上，使已加工完外径和一个端面的阶台孔薄壁钢制零件从吸附工作面上松开，进而卸下零件；
S6、进行外径及端面壁厚的成品尺寸检验；
S7、将用于加工外径的外磨支撑夹瓦11卸下，更换成加工内径的内磨专用工装。该专用夹具包括：内磨专用套筒22、2个调整螺杆23、2个调整螺母24、2个调整弹簧25、2个半圆固定套26、8个径向调整螺钉27、8个径向固定爪28、8个调整软橡胶垫29。
使用时：a、将调整弹簧25和半圆固定套26固定在调整螺杆23上，再将调整螺杆23伸入内磨专用套筒22中，在外部用调整螺母24固定，并通过旋转调整螺母24使调整螺杆23带动半圆固定套26张开，方便放入待加工内径的阶台孔薄壁钢制零件30；b、将调整软橡胶垫29用固定胶粘接在径向固定爪28的内径上，再将径向固定爪28放入径向调整螺钉27的内孔中；c、将待加工内径的阶台孔薄壁钢制零件30放入，通过旋转径向调整螺钉27，带动径向固定爪28上粘接的调整软橡胶垫29，使待加工内径的阶台孔薄壁钢制零件30与磨床同轴；d、用专用扳手把上部方形旋转轴6旋转180°，使其指针旋转到固定铁片5上所对应的“合”的位置上，此时可旋转方形永磁铁9的磁极方形将发生改变，磁力线从磁体的N极出来，通过磁力线传输的软磁材料，再经过待加工内径的阶台孔薄壁钢制零件30，最后回到磁体的S极，最终构成一个磁性闭合回路，这样就能把待加工内径的阶台孔薄壁钢制零件30牢牢的吸附在工装上。e、反向旋转调整螺母24，使半圆固定套26与待加工内径的阶台孔薄壁钢制零件30紧密贴合，完成最终的装夹。
S8、在磨削内孔前，通过探出夹具工件的外圆进行找正后，再将内径磨削砂轮深入待加工内径的阶台孔薄壁钢制零件30的内部，将待加工内径的阶台孔薄壁钢制零件30内径上预留的0.5～0.8mm磨削加工至成品尺寸；
S9、用专用扳手把上部方形旋转轴6反向旋转180°，使其指针旋转到固定铁片5上所对应的“开”的位置上，松开半圆固定套26和调整螺钉27，取下已加工完成内、外径的阶台孔薄壁钢制零件。
S10、消除磁力。
S11、完工检验。
一般尺寸的检验应尽可能的采用通用量具。
对于高精度、关重尺寸的检验科采用专用量具。
对于精度要求较高的形位公差检测，为了客观的反应零件加工的实际状态，允许进行机内测量，即在原加工设备上使用加工时所用的工装装夹零件进行打表验收。
本发明在轴向上通过永磁铁将阶台孔薄壁钢制零件牢固的吸附在专用工装上。磨削外径时，安装外径专用夹具，内撑待磨削零件的内孔；磨削内径时，在径向上通过调整螺钉使薄壁钢制零件与加工磨床同轴，再通过半圆弹簧固定装置进一步浮动支撑待磨削的薄壁钢制零件，半圆弹簧固定装置产生的支撑力即能保证工件定位稳定且不发生变形，又能保证支撑力在切削力的作用下，工件不发生位移，这样就可以最大限度的消除因径向夹紧时引起的薄壁钢制零件的变形。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
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