本發明屬于機械加工用工裝領域，特別涉及一種用立式插齒機加工薄壁空心長軸的工裝及使用方法。

背景技術：

在薄壁空心長軸內壁上進行內花鍵、鍵槽等加工，立式插齒機是一種使用較多的機床，但用立式插齒機加工，存在以下難點：(1)由于被加工零件壁厚較薄，傳統徑向受力的裝夾方式極易導致零件變形；(2)若被加工零件長度超過1000mm，加工時必須對零件上端進行固定，但此類軸沒有外圓臺階，在避免變形的情況下實現零件上部的固定非常困難；(3)若被加工零件的加工位置距離底部裝夾位置大于800mm，則加工時被加工零件上端在直徑方向會受到阻力而發生偏移，出現讓刀現象，導致零件振動，無法保證加工質量。因此，針對立式插齒機加工薄壁空心長軸存在的難點開發出合適的工裝，對于加工的順利進行和加工質量的保證非常重要。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種用立式插齒機加工薄壁空心長軸的工裝及使用方法，以便在加工中避免被加工零件變形，消除振動，保證加工精度和表面質量并便于操作。

本發明所述用立式插齒機加工薄壁空心長軸的工裝，包括定位底盤、定位環、定位芯軸、擋板、緊固螺釘、脹套、錐度芯軸、蓋板、基座、定位支座、夾套和定位螺釘；所述定位底盤的數量為一個，定位底盤中心部位設置有上大下小的階梯通孔，所述階梯通孔中，位于下部的小孔供定位芯軸下端通過，位于上部的大孔對被加工薄壁空心長軸下端定位；所述定位環的數量為一個，定位環為圓筒體，其上端端部設置有第一定位軸肩，第一定位軸肩以下部分為定位環主體部分，定位環主體部分的外徑d9＝d8－(0.1～0.5)mm，定位環第一定位軸肩的外徑d10＝d1－(2～3)mm，式中，d1為被加工薄壁空心長軸定位段的內徑或定位段主體部分的內徑，d8為被加工薄壁空心長軸內孔中設置的定位臺階的中心孔孔徑，所述d8＝d1－(12～20)mm，所述d1由被加工薄壁空心長軸的具體類型而定，定位環的內徑d12無特別要求，只要能滿足定位芯軸的強度要求和組裝要求即可；所述定位芯軸的數量為一根，定位芯軸為圓柱體，其上端設置有外螺紋段，下端設置有內螺紋段，靠外螺紋段一端設置有第二定位軸肩，定位芯軸的直徑d11與定位環的內徑為間隙配合，第二定位軸肩的直徑d2＝d10－(15～35)mm，外螺紋段的大徑小于定位芯軸的直徑，第二定位軸肩下環面與外螺紋段端面之間的長度L7小于被加工薄壁空心長軸定位段的長度L5，第二定位軸肩下環面與定位芯軸下端面之間的長度L9－被加工薄壁空心長軸內孔中設置的定位臺階上環面與被加工薄壁空心長軸下端面之間的長度L10－定位環第一定位軸肩的長度L8＝定位底盤中心部位設置的階梯通孔中小孔的長度；所述擋板的數量為一個，擋板中心部位設置有供緊固螺釘通過的過孔，所述緊固螺釘的數量為一顆，緊固螺釘的外螺紋與定位芯軸設置的內螺紋段的內螺紋相匹配；所述脹套的數量為一個，脹套的制作材料為黃銅，外形為圓臺形，內孔為有錐度的圓形通孔，脹套的外徑d3與被加工薄壁空心長軸定位段或定位段主體部分的內徑d1為過盈配合，脹套內孔小端的孔徑d4＝d2+(2～4)mm、脹套內孔大端的孔徑d5＝d4+2×L2×tgα1，式中，α1為脹套內孔的錐度角，α1＝1.0°～2.0°，L2為脹套的長度，L2＝L1，式中，L1為定位芯軸中第二定位軸肩下環面與外螺紋段起始處之間的長度，所述脹套至少被分割成五個圓弧片，其中，至少有兩個圓心角為10°的圓弧片；所述錐度芯軸的數量為一個，錐度芯軸為筒體結構，其外形為圓錐臺形，內孔為圓形通孔，錐度芯軸內孔的孔徑與定位芯軸的直徑d11為間隙配合，錐度芯軸大端的外徑d6＝d5+(0.2～1.0)mm、錐度芯軸小端的外徑d7＝d6－2×L3×tgα2，式中，α2為錐度芯軸外壁的錐度角，α2＝α1＝1.0°～2.0°，L3為錐度芯軸的長度，L3＝L2－(20～30)mm；所述夾套的數量為一個，夾套內孔的孔徑與被加工薄壁空心長軸定位段的外徑為間隙配合，夾套被分割成尺寸相同的兩個圓弧片；所述蓋板的數量為一個，蓋板中心部位設置有供定位芯軸的螺紋段通過的過孔；所述基座的數量為雙數且至少為四個，所述定位支座的數量與基座的數量相同，所述定位螺釘的數量與定位支座的數量相同，定位支座上部設置有與定位螺釘匹配的螺孔。

本發明所述用立式插齒機加工薄壁空心長軸的工裝，其定位環所設置的第一定位軸肩的長度L8控制在10mm～20mm，定位芯軸所設置的第二定位軸肩的長度L6控制在10mm～25mm，以便滿足裝配需要和保證第一定位軸肩和第二定位軸肩的強度。

當被加工薄壁空心長軸定位段的內徑或定位段主體部分的內徑大于被加工薄壁空心長軸被加工段內徑或/和被加工段以上部段的內徑時，應將定位環以其軸線為基準在定位環兩側對稱去除一部分，以便使定位環能裝入被加工薄壁空心長軸定位段或定位段主體部分，實現與定位臺階的組合。

在加工薄壁空心長軸時，本發明所述工裝按下述方式與被加工薄壁空心長軸及立式插齒機進行組合：

①定位環與被加工薄壁空心長軸內孔中設置的定位臺階組合

將定位環的主體部分穿過被加工薄壁空心長軸內孔中設置的定位臺階的中心孔位于定位臺階之下，使定位環設置的第一定位軸肩下環面與所述定位臺階上環面接觸；

②定位芯軸與定位環組合

將定位芯軸的下端穿過定位環的內孔從被加工薄壁空心長軸下端的內孔伸出，使定位芯軸設置的第二軸肩下環面與定位環設置的第一定位軸肩上端面接觸；

③將定位芯軸及被加工薄壁空心長軸與定位底盤組合

將定位芯軸下端插入定位底盤中心部位設置的階梯通孔，使被加工薄壁空心長軸的下端位于定位底盤中心部位設置的階梯通孔的上部大孔中，通過擋板、緊固螺釘與定位芯軸下端設置的內螺紋段的配合，將定位芯軸及被加工薄壁空心長軸與定位底盤組合；

④脹套與被加工薄壁空心長軸及定位環組合

將脹套內孔小端的端面與定位環設置的第一定位軸肩上端面接觸，使脹套定位在定位環(2)上端面；

⑤錐度芯軸與脹套及定位芯軸組合

將錐度芯軸套在定位芯軸設置的第二定位軸肩之上的部段，使錐度芯軸的小端朝向定位芯軸設置的第二定位軸肩方向，通過錐度芯軸與脹套內孔的錐度配合實現脹套與被加工薄壁空心長軸定位段或定位段主體部分的內孔緊密結合；

⑥蓋板與錐度芯軸及定位芯軸的組合

將蓋板套裝在定位芯軸設置的外螺紋段上，并使蓋板與錐度芯軸的大端端面接觸，通過螺母與所述外螺紋段的配合，將定位底盤、定位環、定位芯軸、錐度芯軸、脹套和被加工薄壁空心長軸的定位段結合成一體，形成組合體；

⑦步驟⑥形成的組合體在立式插齒機上的安裝

將步驟⑥形成的組合體置于立式插齒機的卡盤上，使其中心線與立式插齒機卡盤的中心線重合，用機床壓板將步驟⑥形成的組合體固定在立式插齒機的卡盤上；

⑧被加工薄壁空心長軸定位段的支撐

將各基座環繞步驟⑥形成的組合體中的定位底盤等角度放置并固定在立式插齒機的卡盤上，將各定位支座分別安裝在相應的基座上，將各定位螺釘分別安裝在相應的定位支座上，將夾套與被加工薄壁空心長軸定位段的外壁貼合，通過各定位螺釘對夾套施力，實現被加工薄壁空心長軸定位段的支撐。

本發明具所述工裝有以下有益效果：

1、本發明所述工裝中定位底盤、定位環、定位芯軸、錐度芯軸、脹套和被加工薄壁空心長軸的定位段的組合方式，及所形成的組合體在立式插齒機卡盤上的安裝方式，實現了對被加工薄壁空心長軸的軸向受力裝夾，有效解決了薄壁空心長軸的變形問題。

2、本發明所述工裝中脹套、錐度芯軸與定位芯軸、定位環和被加工薄壁空心長軸定位段的組合方式，以及夾套、定位螺釘、基座、定位支座的設置，不僅在避免變形的情況下實現了被加工薄壁空心長軸上部的固定，增強了被加工薄壁空心長軸加工段的剛性，消除了加工中的振動，而且對組合安裝過程中的找正沒有任何干涉。

3、試驗表明，使用本發明所述工裝，可在立式插齒機上對長度為1025-1400mm、長徑比為6-14、壁厚為6-15mm、內花鍵位置距離下端裝夾位置大于800mm的薄壁空心長軸正常進行漸開線內花鍵加工，獲得精度和表面質量符合要求的產品。

4、本發明所述工裝中脹套被分割成多個圓弧片、夾套被分割成尺寸相同的兩個圓弧片，因而組合時便于操作。

附圖說明

圖1是本發明所述用立式插齒機加工薄壁空心長軸的工裝的示意圖，該圖還描述了本發明所述工裝與被加工薄壁空心長軸及立式插齒機的組合方式；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是被加工薄壁空心長軸的一種示意圖；

圖4是本發明所述用立式插齒機加工薄壁空心長軸的工裝中定位芯軸的示意圖；

圖5是本發明所述用立式插齒機加工薄壁空心長軸的工裝中脹套的示意圖；

圖6是圖5的左視圖；

圖7是本發明所述用立式插齒機加工薄壁空心長軸的工裝中錐度芯軸的示意圖；

圖8是本發明所述用立式插齒機加工薄壁空心長軸的工裝中定位環的示意圖；

圖9是圖8的A-A剖視圖。

圖中，1—定位底盤、2—定位環、2-1—第一定位軸肩、2-2—定位環主體部分、3—定位芯軸、3-1—外螺紋段、3-2—內螺紋段、3-3—第二定位軸肩、4—擋板、5—緊固螺釘、6—脹套、6-1—脹套的第一圓弧片、6-2—脹套的第二圓弧片、6-3—脹套的第三圓弧片、6-4—脹套的第四圓弧片、6-5—脹套的第五圓弧片、7—錐度芯軸、8—蓋板、9—基座、10—定位支座、11—夾套、12—定位螺釘、13—高壓壓氣機轉子軸(被加工薄壁空心長軸)、13-1—定位段、13-2—定位臺階、13-3—內花鍵加工段、14—立式插齒機的卡盤、15—機床壓板。

具體實施方式

下面通過實施例并結合附圖對本發明所述用立式插齒機加工薄壁空心長軸的工裝結構及使用方法作進一步說明。

實施例1

本實施例中的工裝用于在立式插齒機上加工高壓壓氣機轉子軸的內花鍵，所述高壓壓氣機轉子軸如圖3所示，是一種薄壁空心長軸，其長度為1025.5mm、長徑比為6.8、壁厚為7mm，內花鍵加工段13-3之下為定位段13-1，定位段下端有定位臺階13-2，所述定位段的長度L5＝257.5mm，定位段的外徑為151mm，定位段靠近內花鍵加工段的孔徑與內花鍵加工段的孔徑相同，定位段主體部分的內徑d1大于內花鍵加工段的孔徑，所述d1＝137mm，所述定位臺階中心孔的孔徑d8＝d1－13mm＝124mm。

本實施例中的工裝如圖1、圖2所示，包括定位底盤1、定位環2、定位芯軸3、擋板4、緊固螺釘5、脹套6、錐度芯軸7、蓋板8、基座9、定位支座10、夾套11和定位螺釘12。

所述定位底盤1的數量為一個，定位底盤中心部位設置有上大下小的階梯通孔，所述階梯通孔中，位于下部的小孔供定位芯軸3下端通過，位于上部的大孔對高壓壓氣機轉子軸13下端定位；

所述定位環2的數量為一個，如圖8、圖9所示，定位環為圓筒體，其上端端部設置有第一定位軸肩2-1，第一定位軸肩以下部分為定位環主體部分2-2，定位環主體部分的外徑d9＝d8－0.2mm＝123.8mm，定位環第一定位軸肩的外徑d10＝d1－2mm＝135mm、長度L8控制在13mm，定位環的內孔d12＝80.2mm，為了便于與高壓壓氣機轉子軸的定位段和定位臺階組合，以定位環軸線為基準在定位環兩側對稱去除了一部分；

所述定位芯軸3的數量為一根，如圖4所示，定位芯軸為圓柱體，其上端設置有外螺紋段3-1，下端設置有內螺紋段3-2，靠外螺紋段一端設置有第二定位軸肩3-3，定位芯軸的直徑d11與定位環2的內徑d12為間隙配合，第二定位軸肩3-3的直徑d2＝d10－25mm＝110mm、長度L6控制在20mm，外螺紋段的大徑小于定位芯軸的直徑，第二定位軸肩3-3下環面與外螺紋段3-1端面之間的長度L7＝240mm(小于高壓壓氣機轉子軸定位段13-1的長度L5)，第二定位軸肩3-3下環面與外螺紋段3-1起始處之間的長度L1＝160mm，第二定位軸肩3-3下環面與定位芯軸下端面之間的長度L9－高壓壓氣機轉子軸內孔中設置的定位臺階13-2上環面與高壓壓氣機轉子軸下端面之間的長度L10－定位環第一定位軸肩2-1的長度L8＝定位底盤中心部位設置的階梯通孔中小孔的長度；

所述擋板4的數量為一個，擋板中心部位設置有供緊固螺釘5通過的過孔，所述緊固螺釘5的數量為一顆，緊固螺釘的外螺紋與定位芯軸設置的內螺紋段3-2的內螺紋相匹配；

所述脹套6的數量為一個，脹套的制作材料為黃銅，如圖5、圖6所示，脹套的外形為圓臺形，內孔為有錐度的圓形通孔，脹套的外徑d3與高壓壓氣機轉子軸定位段13-1主體部分的內徑d1為過盈配合，脹套內孔小端的孔徑d4＝d2+4mm＝114mm、脹套內孔大端的孔徑d5＝d4+2×L2×tgα1＝122.379mm，式中，α1為脹套內孔的錐度角，α1＝1.5°，L2為脹套的長度，L2＝L1＝160mm，所述脹套被分割成五個圓弧片，其中，第一圓弧片6-1的圓心角為100°、第二圓弧片的圓心角為120°、第三圓弧片6-3的圓心角為120°、第四圓弧片6-4的圓心角為10°、第五圓弧片6-5的圓心角為10°；

所述錐度芯軸7的數量為一個，錐度芯軸如圖7所示，為筒體結構，其外形為圓錐臺形，內孔為圓形通孔，錐度芯軸內孔的孔徑與定位芯軸3的直徑d11為間隙配合，錐度芯軸大端的外徑d6＝d5+0.262mm＝122.641mm、錐度芯軸小端的外徑d7＝d6－2×L3×tgα2，式中，α2為錐度芯軸外壁的錐度角，α2＝α1＝1.5°，L3為錐度芯軸的長度，L3＝L2－22mm＝138mm；

所述夾套11的數量為一個，夾套內孔的孔徑與高壓壓氣機轉子軸定位段13-1的外徑為間隙配合，夾套被分割成尺寸相同的兩個圓弧片(見圖1、圖2)；

所述蓋板8的數量為一個，蓋板中心部位設置有供定位芯軸的螺紋段3-1通過的過孔(見圖1)；

所述基座9的數量為四個，所述定位支座10的數量與基座的數量相同，所述定位螺釘12的數量與定位支座的數量相同，定位支座10上部設置有與定位螺釘匹配的螺孔。

實施例2

本實施例用實施例1所述工裝在立式插齒機上加工高壓壓氣機轉子軸的內花鍵，所述工裝與高壓壓氣機轉子軸及立式插齒機組合的方式如圖1、圖2所示，使用方法如下：

①定位環與高壓壓氣機轉子軸內孔中設置的定位臺階組合

將定位環2的主體部分2-2穿過高壓壓氣機轉子軸內孔中設置的定位臺階的中心孔位于定位臺階之下，使定位環設置的第一定位軸肩2-1下環面與所述定位臺階13-2上環面接觸；

②定位芯軸與定位環組合

將定位芯軸3的下端穿過定位環2的內孔從高壓壓氣機轉子軸下端的內孔伸出，使定位芯軸設置的第二軸肩3-3下環面與定位環2設置的第一定位軸肩2-1上端面接觸；

③將定位芯軸及高壓壓氣機轉子軸與定位底盤組合

將定位芯軸下端插入定位底盤1中心部位設置的階梯通孔，使高壓壓氣機轉子軸的下端位于定位底盤1中心部位設置的階梯通孔的上部大孔中，通過擋板4、緊固螺釘5與定位芯軸下端設置的內螺紋段的配合，將定位芯軸及高壓壓氣機轉子軸與定位底盤組合；

④脹套與高壓壓氣機轉子軸及定位環組合

將脹套6內孔小端的端面與定位環2設置的第一定位軸肩2-1上端面接觸，使脹套定位在定位環(2)上端面；

⑤錐度芯軸與脹套及定位芯軸組合

將錐度芯軸7套在定位芯軸設置的第二定位軸肩之上的部段，使錐度芯軸的小端朝向定位芯軸設置的第二定位軸肩方向，通過錐度芯軸與脹套內孔的錐度配合實現脹套與高壓壓氣機轉子軸定位段主體部分的內孔緊密結合；

⑥蓋板與錐度芯軸及定位芯軸的組合

將蓋板8套裝在定位芯軸設置的外螺紋段3-1上，并使蓋板與錐度芯軸7的大端端面接觸，通過螺母與所述外螺紋段3-1的配合，將定位底盤、定位環、定位芯軸、錐度芯軸、脹套和高壓壓氣機轉子軸的定位段結合成一體，形成組合體；

⑦步驟⑥形成的組合體在立式插齒機上的安裝

將步驟⑥形成的組合體置于立式插齒機的卡盤14上，使組合體中的定位底盤1與立式插齒機的卡盤14接觸，使組合體的中心線與立式插齒機卡盤的中心線重合(見圖1)，用機床壓板15將步驟⑥形成的組合體固定在立式插齒機的卡盤上，所述機床壓板15的數量為四個，環繞組合體中的定位底盤1等角度分布，通過對定位底盤1的固定實現對步驟⑥形成的組合體的固定(見圖1、圖2)；

⑧高壓壓氣機轉子軸定位段的支撐

將各基座9環繞定位底盤1等角度放置并固定在立式插齒機的卡盤14上，將各定位支座10分別安裝在相應的基座上，將各定位螺釘12分別安裝在相應的定位支座上，將夾套11與高壓壓氣機轉子軸定位段的外壁貼合，通過各定位螺釘對夾套11施力，實現高壓壓氣機轉子軸定位段的支撐。

按上述方法組合后，用立式插齒機對高壓壓氣機轉子軸進行內花鍵加工。加工過程中無振動，加工精度和表面質量均符合要求，且高壓壓氣機轉子軸未發生任何變形。