一种半轴套管多台阶精密车削定位装置及方法与流程

本发明属于轴类管件精密车削工装，具体涉及一种半轴套管多台阶精密车削定位装置及配套定位加工方法，适用于汽车半轴套管两端多台阶外圆、内孔、端面的数控精车加工。

背景技术：

1、汽车半轴套管为典型多台阶管状零件，一端为大直径法兰大头，另一端为细长小径小头，工件内外分布多级台阶，车削加工需分两种工况：工况一，大头朝下装夹，车削小头外圆、内孔及小头端面；工况二，工件倒置小头朝下装夹，车削大头法兰、大头内孔与内衬台阶。

2、现有同类车削定位工装存在以下缺陷：

3、1.工装夹持模式单一，内撑工装仅适配大头装夹，外夹工装仅适配小头装夹，加工两种工况需更换两套夹具，换型耗时久，批量生产换型效率低；

4、2.定心与轴向压紧机构相互独立，先径向卡爪定心、再单独使用尾座顶尖抵紧工件端面，两点锁紧不同步，加工过程工件易产生轴向窜动与径向微偏移，多台阶车削同轴度、端面跳动超差；

5、3.对比现有专利工装缺陷：

6、（1）cn215788272u轴承内径车削定位装置：采用螺栓单点定位结合侧边压板夹持，仅适配小型轴承单件定位，无同步定心卡盘结构，无法适配长管状半轴套管，不支持正反双向装夹；

7、（2）cn220971464u滚珠丝杠螺母车削定位装置：仅采用外周固定弧爪外夹工件外圆，无内撑夹持结构，仅单一夹持模式，无法完成半轴套管大头内撑装夹；

8、（3）cn220006025u行星齿轮支架车削定位装置：依靠电机、电动推杆、电磁铁组合调节夹持，结构复杂成本高，无车床卡盘一体化集成结构，无法直接安装数控车床主轴，不适用于回转类管件车削。

9、综上，亟需一种一体化集成、双模式夹持、同步定心压紧、可自动复位的半轴套管多台阶车削定位装置，一套工装完成工件正反两种装夹，提升多台阶加工精度与生产效率。

技术实现思路

1、针对现有技术工装夹持模式单一、换型繁琐、定心压紧不同步、加工精度差、无法适配自动化批量生产的缺陷，本发明提供一种半轴套管多台阶精密车削定位装置及方法，实现一套工装完成半轴套管大头内撑、小头外夹两种装夹工况，卡爪同步径向定心结合尾座顶针联动轴向同步压紧，机构自带弹簧自动复位，降低工件装夹变形，提升多台阶车削尺寸精度与上下料自动化程度。

2、方案一：

3、一种半轴套管多台阶精密车削定位装置包括卡盘、多组卡爪、传动机构、导柱、直线轴承、复位弹簧、顶块、多组压爪、压盖；所述卡盘固定安装于数控车削机床主轴端，卡盘包含盘体与密封盘盖，盘盖开设径向导向槽；多组卡爪沿卡盘圆周径向等距布设并滑动装配于导向槽内；

4、所述传动机构集成设置于盘体内部环形腔，用于同步驱动全部卡爪同步径向扩张/收缩；

5、所述导柱沿卡盘中心轴向贯穿卡盘，卡盘底部固定直线轴承，直线轴承对导柱滑动导向；

6、所述复位弹簧同轴套设于导柱外侧，复位弹簧一端抵紧盘体内端面、另一端抵紧导柱中部台阶面，常态下为导柱提供向上顶出预紧力；

7、所述压盖锁紧固定于导柱顶端端面，压盖内部中空并滑动装配顶块，顶块上端伸出压盖外与机床尾座顶针对应，顶块下端一体成型锥体；

8、多组压爪沿压盖顶部圆周径向等距布置，压爪中部开设锥形面与顶块下端锥体斜面贴合；压爪外端底部设置爪头用于压紧半轴套管端面/内衬台阶；

9、所述压盖底部内侧一体成型多根限位柱，每根限位柱外侧套装压簧，单根压簧一端抵紧压盖内壁、另一端抵紧对应压爪，常态下压簧驱动所有压爪向压盖中心收缩；

10、所述卡爪包含滑座与可拆卸夹块，滑座底面开设卡槽与传动机构螺旋导向条匹配；夹块一体成型第一台阶面、第二台阶面，第一台阶面用于由内向外撑紧半轴套管大头大径内壁，第二台阶面用于由外向内夹紧半轴套管小头外圆，第二台阶面两侧设置限位卡柱；

11、所述传动机构包含丝盘、螺旋导向条、斜面齿环、多组伞齿轮；盘体内侧同轴设置凸环，凸环外周形成环形腔用于安装丝盘；丝盘顶面环形布置螺旋导向条，丝盘底面一体成型斜面齿环；盘体环形等距转动装配多组伞齿轮，伞齿轮与斜面齿环啮合，外部驱动伞齿轮旋转带动丝盘周向转动，螺旋导向条驱动全部卡爪同步径向移动。

12、进一步，所述压爪顶部开设限位槽，限位槽与压盖侧壁滑动配合，限制压爪径向滑动行程，防止压爪完全脱出压盖。

13、进一步，所述卡爪数量、压爪数量均为3组，沿卡盘中心呈120°等角度均匀分布，保证工件圆周定心均匀受力。

14、进一步，所述直线轴承采用铜基含油直线滑动轴承，通过螺栓装配于盘体底部，降低导柱轴向滑动摩擦阻力。

15、进一步，所述盘盖通过内六角螺栓锁紧固定于盘体上端面，导向槽开设于盘盖表面且与卡爪滑座间隙配合，对卡爪径向滑动精准导向。

16、进一步，所述顶块与压盖中心孔间隙滑动配合，顶块上端设置倒角，便于尾座顶针精准对中顶压。

17、方案二：

18、一种半轴套管多台阶精密车削定位方法，采用上述半轴套管多台阶精密车削定位装置，包含大头朝下装夹车削工序、小头朝下倒置装夹车削工序；

19、步骤1：工装预装调试

20、将卡盘整体固定于数控车床主轴法兰，完成主轴同轴度校正；调试传动机构伞齿轮外部驱动旋钮，确认三组卡爪同步扩张、收缩无卡滞；校验导柱、顶块滑动顺畅，复位弹簧、压簧弹力正常，压爪可自动向中心收缩复位。

21、步骤2：半轴套管大头朝下装夹（车削小头侧多台阶）

22、s201工件放置：将半轴套管大头向下、小头朝上，吊装放置于三组卡爪之间，半轴套管大头大径内壁对应卡爪第一台阶面；

23、s202径向内撑定心：旋转外部驱动旋钮带动伞齿轮啮合斜面齿环驱动丝盘旋转，螺旋导向条推动三组卡爪同步径向向外扩张，第一台阶面贴合半轴套管大头内壁，由内向外撑紧工件完成径向定心；

24、s203轴向同步压紧：机床尾座顶针向前进给顶压顶块上端，顶块沿压盖向下滑动，下端锥体挤压三组压爪的锥形面，克服压簧弹力驱动压爪同步径向向外伸出，爪头下压贴合半轴套管上端顶沿，完成工件轴向锁紧，消除工件轴向窜动；

25、s204车削加工：启动车床主轴旋转，依次车削半轴套管小头外圆、多级台阶、小头端面；

26、s205松料卸料：尾座顶针后退脱离顶块，压簧拉动压爪向中心收缩复位；反向旋转驱动旋钮，卡爪同步径向向内收缩松开大头内壁，机械手抓取工件下料。

27、步骤3：半轴套管倒置小头朝下装夹（车削大头侧多台阶）

28、s301工件倒置放置：将加工小头后的半轴套管翻转，小头向下、大头朝上，放置于三组卡爪之间，半轴套管小头外圆对应卡爪第二台阶面，两侧卡柱限位工件径向偏移；

29、s302径向外夹定心：反向旋转驱动旋钮，丝盘带动三组卡爪同步径向向内收缩，第二台阶面由外向内夹紧半轴套管小头外圆，完成倒置工件径向定心；

30、s303轴向同步压紧：尾座顶针再次进给顶压顶块，锥体撑开压爪径向伸出，爪头下压贴合半轴套管内部内衬台阶，实现倒置工件轴向压紧；

31、s304车削加工：主轴回转，车削半轴套管大头法兰外圆、大头多级台阶、大头内孔、内衬台阶端面；

32、s305成品卸料：尾座顶针后退，压爪自动收缩，卡爪同步向外扩张松开小头外圆，取出成品工件。

33、步骤4：连续批量循环加工重复步骤2、步骤3，完成批量半轴套管两端多台阶车削，加工过程无需更换任何工装组件。

34、与相关技术相比较，本发明提供的一种半轴套管多台阶精密车削定位装置及方法具有如下有益效果：

35、1.双模式一体化夹持，一套工装两用，卡爪集成第一、第二台阶夹持面，分别适配大头内撑、小头外夹两种工况，工件正反装夹无需更换夹具，省去换型拆装工装时间，批量生产换型效率提升60%以上；对比现有两套分离式工装，设备采购、存放成本大幅降低。

36、2.全同步定心压紧，加工精度显著提升，采用伞齿轮-斜面齿环-丝盘螺旋同步传动结构，三组卡爪120°同步径向运动，夹持受力均匀，薄壁半轴套管无局部夹持变形；尾座顶针联动顶块同步撑开全部压爪，径向定心与轴向压紧同步完成，消除工件轴向窜动、径向微偏，多台阶外圆同轴度、端面跳动控制在0.005mm以内，尺寸一致性大幅提高。

37、3.弹簧联动自动复位，适配自动化产线，复位弹簧控制导柱常态上抬，压簧常态收拢压爪，尾座顶针后退后压爪自动收回、卡爪松开即可直接机械手上下料，无需人工手动拨开压紧组件，可对接数控车床自动上下料机构，实现无人化连续加工。

38、4.结构集成度高，通用性强，卡盘、定心传动、轴向压紧组件一体化集成，直接适配标准数控车床主轴；卡爪夹块可拆卸更换，可适配不同管径系列半轴套管，工装通用性强；导向槽、直线轴承滑动副降低运动磨损，工装使用寿命长。

39、5.本发明依托车床主轴卡盘一体化结构，回转夹持刚性更强，同时具备内撑结合外夹双夹持模式，同步定心压紧机构简化，无额外电机、电磁铁等电控部件，故障率低、维护简便，更适配长管状半轴套管多台阶精密车削批量生产。