修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装的制作方法

1.本实用新型涉及大型花键轴套加工技术领域，特别是一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装和加工方法。


背景技术：

2.花键连接是一种轴与孔之间的连接，轴上的花键称为外花键，轮毂孔的花键称为内花键，内、外花键是一种标准结构。花键的侧面是工作面，工作时靠内花键和外花键的相互挤压来传递转矩，花键连接的优点是定心精度高、导向性好、传递转矩大。广泛应用于航空发动机、汽车、燃气轮机、机床、工程机械、拖拉机、农业机械及一般机械传动装置等领域。花键连接根据定心方式的不同，可分为小径定心和大径定心两类。其中，小径定心即内外花键以小径为配合面，大径为间隙配合；大径定心即内外花键以大径为配合面，小径为间隙配合。某连接结构的花键轴套整体长度超过1200mm，其中花键长度为700mm。常规加工方式中内花键的小径精度容易满足，但是大径的加工方式常采用插、拉、刨等加工方式，精度难以满足技术要求。而采用大型专用设备成本过高。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装和加工方法，能够以普通镗床进行加工，确保长度超过1米的大型花键轴套的内花键的加工精度，并且能够降低加工成本。
4.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装，包括分度工装，分度工装成环状，分度工装的内圈与键槽的顶面对齐，分度工装的端面设有固定螺孔和定位销孔，固定螺孔和定位销孔用于与工件的端面连接；
5.在分度工装的端面还设有多个分度槽，分度槽的数量和尺寸与工件的键槽相对应；
6.分度槽的分度位置与键槽的位置对应，分度槽两侧侧面位置与键槽的两侧侧面位置对应。
7.优选的方案中，所述的分度槽沿着分度工装布置，分度槽的侧壁与键槽的侧壁对齐，用于以分度槽的侧壁进行对刀。
8.优选的方案中，还包括主轴调平工装，主轴调平工装包括连接板和支撑臂，连接板用于与镗床平旋盘固定连接，支撑臂与连接板固定连接，支撑臂用于支承镗床主轴。
9.优选的方案中，在支撑臂的端头还设有修正调平座，修正调平座用于与镗床主轴的底部接触；
10.修正调平座的结构为：底座与支撑臂的自由端固定连接，在底座的顶部设有支承座，支承座的两侧设有挡板，挡板与底座固定连接，支承座与挡板和底座的顶部滑动连接；
11.支承座的顶部成“v”字形，支承座的顶部与镗床主轴接触。
12.优选的方案中，在支承座的顶部设有至少两组支承辊，支承辊分别位于靠近支承座两端顶部的位置。
13.优选的方案中，在底座与支撑臂连接的一侧侧面还设有对正楔块，对应的在支撑臂的自由端设有楔形槽；
14.在底座与支撑臂连接的一侧侧面设有定位阶台，定位阶台用于限定底座的高度位置；
15.底座上还设有连接螺栓孔，连接螺钉穿过连接螺栓孔与支撑臂固定连接。
16.优选的方案中，在底座上还设有竖直的修正调平螺钉，修正调平螺钉至少有两组，两组的修正调平螺钉分别顶在支承座底部的位置，同过调节修正调平螺钉为镗床主轴修正变形。
17.优选的方案中，在修正调平螺钉上设有应变传感器，应变传感器与调平控制装置电连接，调平控制装置与反馈装置电连接，用于检测和反馈修正调平螺钉所受到的应力。
18.一种采用上述的修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装加工大型花键轴套的加工方法，包括以下步骤：
19.s1、将分度工装与工件固定连接；
20.s2、将镗床主轴伸出后即固定位置不动；
21.将直角铣头与镗床主轴固定连接，在直角铣头上设置整硬立铣刀，整硬立铣刀的侧面用于加工键槽的侧面，整硬立铣刀的顶面用于加工键槽的顶面；
22.s3、利用分度工装对刀；
23.工件固定安装在镗床床身，z轴进给由镗床床身的移动完成；
24.工件一次装夹后加工垂直和水平方向的键槽；
25.优选的方案中，还包括以下步骤：
26.在步骤s1中，工件的毛坯轴向预留足够的长度，以加工用于固定螺孔以安装分度工装，在立车上加工外圆、端面和内孔直至符合预设尺寸和精度；
27.在步骤s2中，安装主轴调平工装，主轴调平工装与镗床的平旋盘固定连接；
28.修正调平座，修正调平座位于镗床主轴下方，并与镗床主轴接触，调节修正调平螺钉，直至修正调平螺钉的应力达到预设范围内；
29.修正调平螺钉的应力值预设范围根据镗床主轴伸出长度与变形之间的关系得到；
30.镗床主轴伸出到位后安装直角铣头，调整直角铣头与分度工装的位置固定，完成整硬立铣刀的对刀试切；
31.工件水平放置在镗床床身工作台的“v”形铁上，根据分度工装校正工件端面分度槽水平与垂直跳动精度。
32.本实用新型提供的一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装及加工方法，通过设置的分度工装，能够实现直角铣头的精确对刀，确保普通镗床的加工精度。设置的主轴调平工装，能够修正镗床主轴的悬臂变形，进一步提高加工精度。设置的修正调平座，能够量化的修正镗床主轴的悬臂变形。本实用新型的加工方法，以工件运动替代镗床主轴的运动，减少了镗床主轴的变形量，进一步确保了内花键的加工精度。
附图说明
33.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
34.图1为本实用新型的大型花键轴套工件加工时的结构示意图。
35.图2为本实用新型的工件端面结构示意图。
36.图3为本实用新型的分度工装的主视图。
37.图4为本实用新型的分度工装的侧视图。
38.图5为本实用新型的主轴调平工装的仰视图。
39.图6为本实用新型的主轴调平工装的侧视图。
40.图7为本实用新型的主轴调平工装的主视图。
41.图8为本实用新型的修正调平座的主视图。
42.图9为本实用新型的修正调平座的自动修正电路框图。
43.图中：工件1，固定螺孔101，键槽102，定位销孔103，整硬立铣刀2，直角铣头3，修正调平座4，连接螺钉401，支承座402，底座403，修正调平螺钉404，调平控制装置405，支承辊406，挡板407，对正楔块408，定位阶台409，应变传感器410，连接螺栓孔411，led灯412，电源413，分度工装5，螺钉孔51，分度槽52，定位销孔53，固定螺钉6，主轴调平工装7，连接板71，支撑臂72，镗床主轴8。
具体实施方式
44.实施例1：
45.如图1~4中，一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装，包括分度工装5，分度工装5成环状，分度工装5的内圈与键槽102的顶面对齐，分度工装5的端面设有固定螺孔101和定位销孔103，固定螺孔101和定位销孔103用于与工件1的端面连接；定位销孔103用于提高分度工装5的安装精度。
46.在分度工装5的端面还设有多个分度槽52，分度槽52的数量和尺寸与工件1的键槽102相对应，分度槽52的分度位置与键槽102的位置对应，分度槽52两侧侧面位置与键槽102的两侧侧面位置对应。由此结构，便于辅助镗床加工键槽102，提高加工精度。分度工装5在使用前，需要采用高精度三坐标检测相关尺寸精度和形位公差。
47.优选的方案如图3、4中，所述的分度槽52沿着分度工装5布置，分度槽52的侧壁与键槽102的侧壁对齐，用于以分度槽52的侧壁进行对刀。
48.优选的方案如图5~7中，还包括主轴调平工装7，主轴调平工装7包括连接板71和支撑臂72，连接板71用于与镗床平旋盘固定连接，支撑臂72与连接板71固定连接，支撑臂72用于支承镗床主轴8。支撑臂72的横截面为“t”字形，在支撑臂72上还设有多个工艺孔，以减轻自重。
49.优选的方案如图7、8中，在支撑臂72的端头还设有修正调平座4，修正调平座4用于与镗床主轴8的底部接触；悬臂结构受到重力的影响，具有一定的变形，导致镗床安装直角铣头3以整硬立铣刀2铣削键槽102时，精度误差超标，设置的主轴调平工装7虽然能够支承部分自重，减少变形，但是精度仍不够理想。
50.修正调平座4的结构为：底座403与支撑臂72的自由端固定连接，在底座403的顶部设有支承座402，支承座402的两侧设有挡板407，挡板407与底座403固定连接，支承座402与
挡板407和底座403的顶部滑动连接；
51.支承座402的顶部成“v”字形，支承座402的顶部与镗床主轴8接触。由此结构，便于实现支承座402自动对中。
52.优选的方案如图8中，在支承座402的顶部设有至少两组支承辊406，支承辊406分别位于靠近支承座402两端顶部的位置。由此结构，对于某些加工过程中，需要镗杆转动，例如精加工小径时，支承座402也能够较好的提供支承。
53.优选的方案如图7、8中，在底座403与支撑臂72连接的一侧侧面还设有对正楔块408，对应的在支撑臂72的自由端设有楔形槽；由此结构，使底座403确保横向对中定位。
54.在底座403与支撑臂72连接的一侧侧面设有定位阶台409，定位阶台409用于限定底座403的高度位置；由此结构，确保底座403竖向限位。
55.底座403上还设有连接螺栓孔411，连接螺钉401穿过连接螺栓孔411与支撑臂72固定连接。
56.优选的方案如图7、8中，在底座403上还设有竖直的修正调平螺钉404，修正调平螺钉404至少有两组，两组的修正调平螺钉404分别顶在支承座402底部的位置，同过调节修正调平螺钉404为镗床主轴8修正变形。设置的修正调平螺钉404以过矫正的方式，能够修正镗床主轴8的悬臂变形，尤其是能够为整硬立铣刀2的切削提供支承力，从而确保加工精度。
57.优选的方案中，在修正调平螺钉404上设有应变传感器410，应变传感器410与调平控制装置405电连接，调平控制装置405与反馈装置电连接，用于检测和反馈修正调平螺钉404所受到的应力。优选的，反馈装置为led灯412。还设有电源，例如电池，以为调平控制装置405和led灯412供电。使用时，拧紧修正调平螺钉404后，应变传感器410为压电元件，通过压力变化产生电信号，电信号输入至调平控制装置405的ac-dc电路后，转化为数字信号，在调平控制装置405内还设有主控芯片，例如stm32f系列芯片，经过与预设的压力值进行比对后，调平控制装置405控制led灯412发光。优选的，led灯412至少具有两色灯光，当压力未达到预设值，led灯412不发光，当压力达到预设值，led灯412发出第一色光，当压力超出预设值，则led灯412发出第二色光，由此结构，能够辅助控制修正调平螺钉404的调节，提高加工精度和加工效率。
58.实施例2：
59.以参数12
×
400h7
×
430h10
×
50h9 gb/t 1144规范的平底大径内花键为例，一种采用上述的修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装加工大型花键轴套的加工方法，包括以下步骤：
60.s1、工件1的毛坯轴向预留足够的长度，优选的，预留50mm，以加工用于固定螺孔101以安装分度工装5，在立车上加工外圆、端面和内孔直至符合预设尺寸和精度，例如小径φ400h7。
61.加工分度工装5，其中定位销孔53采用φ10mm的尺寸，合计2个。分度槽52采用12-30h7分度圆周均布。
62.将分度工装5与工件1固定连接；
63.s2、如图1中，安装主轴调平工装7，主轴调平工装7与镗床的平旋盘固定连接；
64.修正调平座4，修正调平座4位于镗床主轴8下方，并与镗床主轴8接触，调节修正调平螺钉404，直至修正调平螺钉404的应力达到预设范围内；
65.修正调平螺钉404的应力值预设范围根据镗床主轴8伸出长度与变形之间的关系得到；
66.镗床主轴8伸出到位后安装直角铣头3，调整直角铣头3与分度工装5的位置固定，完成整硬立铣刀2的对刀试切；
67.工件1固定安装在镗床床身，优选的，工件1水平放置在镗床床身工作台的“v”形铁上，根据分度工装5校正工件1端面分度槽水平与垂直跳动精度≤0.02mm，用压板将工件1压紧。
68.将镗床主轴8伸出后即固定位置不动；z轴进给由镗床床身的移动完成；
69.将直角铣头3与镗床主轴8固定连接，在直角铣头3上设置整硬立铣刀2，整硬立铣刀2的侧面用于加工键槽102的侧面，整硬立铣刀2的顶面用于加工键槽102的顶面；
70.s3、利用分度工装5对刀；
71.用整硬立铣刀2侧刃铣削花键键槽102的齿侧，两侧边控制尺寸相对小径轴线对称，如图2所示，保证尺寸50h9、对称度0.03、粗糙度ra1.6；用整硬立铣刀2的底刃铣削花键大径，保证尺寸430h10、粗糙度ra3.2。
72.工件1一次装夹后加工垂直和水平方向的键槽102；重复装夹3次，每次需要重新根据分度槽52校正水平与垂直跳动≤0.02mm，重新对刀保证花键齿圆周分度精度和齿宽对称度。
73.用内径千分尺和专用检具一次复测花键轴套的加工精度，满足技术指标后取下加工工装，在立车上返工，将其车削到轴向最终尺寸。
74.通过以上步骤以普通镗床实现对大型花键轴套的高精度和低成本的铣削加工。
75.上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装，其特征是：包括分度工装（5），分度工装（5）成环状，分度工装（5）的内圈与键槽（102）的顶面对齐，分度工装（5）的端面设有固定螺孔（101）和定位销孔（103），固定螺孔（101）和定位销孔（103）用于与工件（1）的端面连接；在分度工装（5）的端面还设有多个分度槽（52），分度槽（52）的数量和尺寸与工件（1）的键槽（102）相对应，分度槽（52）的分度位置与键槽（102）的位置对应，分度槽（52）两侧侧面位置与键槽（102）的两侧侧面位置对应。2.根据权利要求1所述的一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装，其特征是：所述的分度槽（52）沿着分度工装（5）布置，分度槽（52）的侧壁与键槽（102）的侧壁对齐，用于以分度槽（52）的侧壁进行对刀。3.根据权利要求1所述的一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装，其特征是：还包括主轴调平工装（7），主轴调平工装（7）包括连接板（71）和支撑臂（72），连接板（71）用于与镗床平旋盘固定连接，支撑臂（72）与连接板（71）固定连接，支撑臂（72）用于支承镗床主轴（8）。4.根据权利要求3所述的一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装，其特征是：在支撑臂（72）的端头还设有修正调平座（4），修正调平座（4）用于与镗床主轴（8）的底部接触；修正调平座（4）的结构为：底座（403）与支撑臂（72）的自由端固定连接，在底座（403）的顶部设有支承座（402），支承座（402）的两侧设有挡板（407），挡板（407）与底座（403）固定连接，支承座（402）与挡板（407）和底座（403）的顶部滑动连接；支承座（402）的顶部成“v”字形，支承座（402）的顶部与镗床主轴（8）接触。5.根据权利要求4所述的一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装，其特征是：在支承座（402）的顶部设有至少两组支承辊（406），支承辊（406）分别位于靠近支承座（402）两端顶部的位置。6.根据权利要求4所述的一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装，其特征是：在底座（403）与支撑臂（72）连接的一侧侧面还设有对正楔块（408），对应的在支撑臂（72）的自由端设有楔形槽。7.根据权利要求6所述的一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装，其特征是：在底座（403）与支撑臂（72）连接的一侧侧面设有定位阶台（409），定位阶台（409）用于限定底座（403）的高度位置。8.根据权利要求7所述的一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装，其特征是：底座（403）上还设有连接螺栓孔（411），连接螺钉（401）穿过连接螺栓孔（411）与支撑臂（72）固定连接。9.根据权利要求4所述的一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装，其特征是：在底座（403）上还设有竖直的修正调平螺钉（404），修正调平螺钉（404）至少有两组，两组的修正调平螺钉（404）分别顶在支承座（402）底部的位置，同过调节修正调平螺钉（404）为镗床主轴（8）修正变形。10.根据权利要求9所述的一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装，其特征是：在修正调平螺钉（404）上设有应变传感器（410），应变传感器（410）与调平控制装置
（405）电连接，调平控制装置（405）与反馈装置电连接，用于检测和反馈修正调平螺钉（404）所受到的应力。

技术总结
本实用新型提供一种修正悬臂主轴变形的大型花键轴套加工工装，包括分度工装，分度工装成环状，分度工装的内圈与键槽的顶面对齐，分度工装的端面设有固定螺孔和定位销孔，固定螺孔和定位销孔用于与工件的端面连接；在分度工装的端面还设有多个分度槽，分度槽的数量和尺寸与工件的键槽相对应。加工时，利用分度工装对刀；工件固定安装在镗床床身，z轴进给由镗床床身的移动完成；工件一次装夹后加工垂直和水平方向的键槽。通过设置的分度工装，能够实现直角铣头的精确对刀，确保普通镗床的加工精度。设置的主轴调平工装，能够修正镗床主轴的悬臂变形，进一步提高加工精度。设置的修正调平座，能够量化的修正镗床主轴的悬臂变形。能够量化的修正镗床主轴的悬臂变形。能够量化的修正镗床主轴的悬臂变形。


技术研发人员：吴正江 张润林 伍健 范月霞 向超 曾保平 刘贻欧 毋迪 吴勇 贺学明 郑天平 王内 赖奇暐 毛旭耀
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一九研究所
技术研发日：2023.05.20
技术公布日：2023/9/16