專利名稱：一種夾頭及其該夾頭的加工工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種夾頭及其該夾頭的加工工藝。
背景技術：
細長精密工件在切削力的作用下，容易產生較大的彎曲變形，進而會影響到加工精度，增大工件加工難度。為了消除上述不利因素，減少這類細長工件在切削過程中的受力變形，在機床的床身中部或主軸箱的前面都會安裝固定有夾頭，如圖1所示，該類夾頭主要用于加工細長的精密工件，夾頭包括有本體I’和沿本體I’軸向開設軸孔11’，工件則穿設于夾頭的軸孔11’中，該夾頭起著支撐細長工件的作用，可以用來直接承受加工時的切削力。通常，夾頭與刀具的距離越近，則被加工工件在機加工時的彎曲變形越小，而且，考慮到刀具一般是固定不動的，要求工件在加工過程中能夠轉動，則工件與夾頭的內孔之間還應保持一定的間隙；當夾頭和工件之間的間隙過大時，會影響加工工件的精度，當夾頭和工件之間的間隙過小時，則會損傷工件表面的光潔度和精度，嚴重時會產生咬死現象。因此，夾頭和工件之間的間隙應該控制在一個合適的范圍內，以保證工件能夠在夾頭內正常的旋轉和沿軸向的進料移動。目前，現有技術中的工件是直接穿設于夾頭的軸孔內，被加工的工件在夾頭的內孔中旋轉，工件和夾頭之間直接接觸，兩者之間會產生摩擦，夾頭內孔的粗糙度低，很容易磨損，最終會造成工件和夾頭軸孔的同心度差，加工工件的精度降低。
發明內容
本發明所要解決的第一個技術問題是針對上述現有技術現狀而提供一種耐磨性良好且能保證被加工的工件精度的夾頭。本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種用于制造上述夾頭的加工工藝，該夾頭的加工工藝能夠提高夾頭的同心度和粗糙度，保證夾頭質量。本發明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為一種夾頭，包括有夾頭本體，該夾頭本體沿軸向開設有內孔，其特征在于所述內孔在位于所述夾頭本體的前端還固定嵌設有硬質合金套管，該硬質合金套管具有可供工件轉動穿設的管孔。為了減小因工件在加工過程中，因為作用在夾頭頭部的切削力而引起靠近夾頭頭部的內孔面的磨損，作為優選，所述管孔呈倒錐形，并且，靠近車刀一端的管孔直徑小于遠離車刀一端的管孔直徑。倒錐形結構既方便工件安裝時的插入，又能夠有效防止因為頭部內孔直徑的變大而造成工件在夾頭內孔中晃動產生的彎曲變形。為了增加夾頭的彈性和柔性，確保加工過程中的工件在夾頭內孔中旋轉，作為優選，所述的夾頭本體在所述內孔的前端形成能張開或收攏的多個爪瓣，相應地，所述的硬質合金套管分割成為與每一所述爪瓣對應連接的多個硬質合金基片。為了方便夾頭在夾頭裝夾體上的裝配連接，作為優選，所述夾頭本體的尾部具有外螺紋，該夾頭本體在靠近尾部的外周壁上開設有定位尾槽。于是，夾頭的尾部通過螺紋與夾頭裝夾體實現連接，同時又通過定位尾槽實現軸向定位，防止裝夾過程中夾頭旋轉，既方便安裝，又能夠保證夾頭固定的可靠性。本發明解決上述第二個技術問題所采用的技術方案為所述夾頭的加工工藝，其特征在于，該加工工藝包括有以下步驟(I)、下料，得到胚料；(2)、對所述胚料進行熱處理，并退火，得到硬度不大于197HB的胚料；(3)、對上述退火后的胚料進行車加工，得到所需尺寸的夾頭胚料；(4)、檢驗車加工后的所述夾頭胚料的各部分尺寸和粗糙度，符合要求的進入下一
道工序；(5)、將硬質合金套管焊接固定于合格的所述夾頭胚料的內孔前端；(6)、對焊接有硬質合金套管的所述夾頭胚料進行熱處理，并退火，退后的胚料硬度控制在197HB 200HB ；(7)、檢驗熱處理后的所述夾頭胚料是否有碎裂、脫焊及明顯不正中現象，符合要求的進入下一道工序；(8)、對上述合格的焊接有硬質合金套管的所述夾頭胚料的頭部沿徑向銑槽，形成均分的多個爪瓣；(9)、檢驗銑削后的夾頭胚料尺寸是否符合要求，符合要求的進入下一道工序；(10)、對所述夾頭胚料進行再次熱處理整體淬硬HRc50 55，然后進行低溫回火，再用100度熱水煮夾頭胚料10 15分鐘；(11)、研磨所述夾頭胚料的內孔，使該內孔粗糙度在RaO. 2 RaO. 4之間，并作為夾頭后續加工的基準；(12)、對所述夾頭胚料的外周面進一步進行磨削加工，得到能與夾頭裝夾體進行裝配的外周面尺寸；(13)、檢驗所述的夾頭胚料的粗糙度，并檢驗該夾頭胚料是否符合裝配尺寸的要求，符合要求的進入下一道工序；(14)、在電鏜磨床上對所述夾頭胚料的內孔進行電鏜磨加工；(15)、用100度熱水煮所述夾頭胚料I 2小時，定性并消除夾頭應力；(16)、用線切割把所述硬質合金套管切割成為和所述夾頭胚料的頭部爪瓣相對應的多個基片；(17)、將所述夾頭的內孔撐大并定型，保證夾頭的內孔大于工件的直徑；(18)、對所述夾頭的內孔進行研磨，直至達到規定的尺寸要求；(19)、綜合檢驗。為了保證硬質合金套管和夾頭之間的連接可靠性，防止脫落、碎裂，作為優選，所述步驟(5)通過以下工藝步驟實現a、按規格選用硬度為85 90HRA的硬質合金套管，去黑皮，所述硬質合金套管的內徑余量為O. 2 O. 4毫米，磨削硬質合金套管的管孔與外圓，并且保證硬質合金套管的管孔與外圓同心度不超過O. 05毫米；b、清洗硬質合金套管及夾頭胚料，以鉛筆芯棒封堵硬質合金套管的管孔；C、將所述硬質合金套管裝入并固定于夾頭胚料中，使得硬質合金套管的外圓與夾頭胚料的內孔進行過渡配合；d、將所述夾頭胚料與所述硬質合金套管銅焊成一體。為了方便后道工序的機械加工，作為優選，所述步驟(6)的熱處理采用如下方式實現在750 770度下加熱并保溫I 2小時，爐冷到550 580出爐空冷，完成退火。為了防止破壞焊接層，確保硬質合金套管的連接可靠度，作為優選，所述步驟(8)銑槽后的槽深距離所述夾頭胚料的焊接層為O. 5 I毫米。考慮到夾頭和工件均為剛性部件，為了減少兩者因相對運動產生的應力，提高夾頭的彈性，作為優選，所述銑槽后的爪瓣為三瓣結構，相應地，所述步驟(16)中的硬質合金套管沿周向被均勻分成三等份。夾頭的爪瓣和硬質合金套管優選地均分呈三等分，能夠達到最佳的效果，若小于三等份，則分割數量太少，彈性不佳；若分割數量太多，則硬質合金套管與夾頭之間的焊接接觸面積減小，容易造成切割后的硬質合金套管掉落，因此，選擇均分為三等份為最佳優選方案。為了方便工件的安裝，同時防止靠近車刀的工件在受力作用下產生較大的變形，作為進一步優選，所述步驟(18)研磨后的夾頭內孔自靠近車刀的位置向后呈倒錐形，并且，所述研磨后的夾頭內孔的表面粗糙度小于RaO. 2，該粗糙度能夠保證夾頭對工件的夾持效果，同時又能夠實現工件相對于夾頭內孔的旋轉運動。與現有技術相比，本發明的優點在于在現有的夾頭內孔中固定有硬質合金套管，減小了加工過程中夾頭內孔的磨損，提高了夾頭的耐磨性，延長了夾頭的使用壽命；其次，夾頭的頭部采用均勻等份的結構，使得夾頭的頭部具有一定的彈性，既方便了工件的裝入，又保證夾頭與工件的夾持力，防止工件因夾持過緊而發生咬死，提高加工安全性；本申請的夾頭采用了新型的加工工藝，能夠保證夾頭材質的均勻性，減小夾頭的變形，提高夾頭的同心度、粗糙度，并且整個工藝流程成本低，容易實現，加工獲得的夾頭質量好，從而保證了通過該夾頭固定加工出的工件具有更高的精度和更好的質量。
圖1為現有技術中的夾頭結構示意圖。圖2為本發明實施例的夾頭結構示意圖。圖3為圖2所示的A-A向剖視圖。圖4為圖2所示的B向視圖。圖5為本發明實施例的夾頭與工件配合的局部放大結構示意圖。圖6為本發明實施例的夾頭使用狀態圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。如圖2 圖6所示，本實施例公開了一種用于加工細長精密工件的夾頭，該夾頭包括有夾頭本體1，夾頭本體I沿軸向開設有內孔11，內孔11在位于夾頭本體I的前端還固定嵌設有硬質合金套管2，該硬質合金套管2具有可供工件轉動穿設的管孔21，硬質合金套管2和夾頭內孔11之間通過銅焊固定于一體。其中，硬質合金套管2的管孔21內腔呈倒錐22，并且，靠近車刀一端的管孔21直徑小于遠離車刀一端的管孔21直徑；夾頭本體I在內孔11的前端沿周向均勻分割形成可張開或收攏的爪瓣12，為了保證連接強度，同時增加夾頭的彈性，本實施例的爪瓣12優選地均分為三個，相應地，硬質合金套管2沿周向均勻分割成為與每一爪瓣12對應連接的三個硬質合金基片22;當分割數太少，則打不到夾頭彈性的要求，當分割數太多(如四等份、五等份等等)，則硬質合金套管2與夾頭之間的焊接接觸面積減小，容易造成切割后的硬質合金套管2掉落，因此，選擇均分為三等份為最佳優選方案。為了方便夾頭的安裝，夾頭本體I的尾部具有螺紋15，該夾頭本體I在靠近尾部的外周壁上開設有定位尾槽16，定位尾槽16能夠防止夾頭在安裝時發生旋轉。本實施例的夾頭采用了硬質合金套管2，具有更好的耐磨性，延長了夾頭的使用壽命，而且夾頭的頭部采用爪瓣12式結構，具有一定的彈性，能夠更加方便工件4的裝配和進給，還能夠減小兩者之間硬性接觸產生的應力，提高工件4加工的精密度和質量。本實施例的上述夾頭通過以下工藝過程加工而成，具體地，該工藝過程包括有如下步驟:1、下料:以TlOA的棒料為原材料，下料獲得直徑為Φ 18X60的胚料。
2、熱處理:步驟I的胚料在750 770度下加熱并保溫I 2小時，使胚料的材料組織均勻；爐冷到550度出爐空冷，實現退火，胚料的硬度不大于197HB。3、車削加工:I)、車加工得到如圖2所示的夾頭本體I基本結構，該夾頭本體I具有外圓13、錐面14和尾部的螺紋15 ；2)、上述夾頭本體I的外圓13和錐面14、螺紋要保證一次裝夾加工，避免產生外圓
13、錐面14與螺紋不同心，減少裝夾誤差；3)、加工螺紋時，應先去掉部份余量(可以先挑幾刀)，然后再用精車螺紋；4)、鉆孔時，留出0.15 0.25毫米的余量(如優選可以預留0.2毫米余量)，再用與基本尺寸相符的鉆頭進行加工，同時保證夾頭的同心度；5)、加工錐面14時，不能用成型刀一次車出，應該用精密車床調整好車床拖板角度，然后進行錐面14車加工，以保證錐面14的角度以及錐面14與外圓13的同心度；6)、設定夾頭本體的內孔11用于夾持硬質合金套管2的孔徑為Φ ，夾頭本體的內孔11用于穿設工件4的孔徑為要大于工件4坯料的直徑)，其中，孔徑Φ 和孔徑Φ d的同心度要小于0.03 0.05毫米,一旦孔徑Φ0和孔徑Φ d發生偏心,就會導致硬質合金套管在后面線切割套管時發生基片不均勻；并且，為保證硬質合金套管的外圓在夾頭本體中心，孔徑Φ 與錐面14、外圓13的同心度要小于0.05 0.08毫米，同樣地，為了保證硬質合金套管的內孔在夾頭中心，孔徑Φ(1與錐面14、外圓13的同心度也要小于0.05
0.08暈米。4、檢驗:檢驗上述車削加工后的各部分尺寸及粗糙度，符合要求的進入下一道工序。5、焊接硬質合金套管2:I)、按規格選用硬度為85 90HRA的硬質合金套管2，去黑皮以去除硬質合金套管2的表面氧化層，硬質合金套管2的內徑余量一般選0.2 0.4毫米，最大不超過0.4毫米，然后，磨削硬質合金套管2的管孔21與外圓13，并且保證硬質合金套管2的管孔21與外圓13同心度不超過0.05毫米；2)、清洗硬質合金套管2及夾頭本體1，由于銅焊時，熔化的銅水有可能流入硬質合金套管2的管孔21中，而且殘留的銅痕跡無法清除，因此，在焊接之前需要以鉛筆芯棒堵硬質合金套管2的管孔21;3)、將硬質合金套管2裝入夾頭本體I的內孔11中，硬質合金套管2的外圓13與夾頭內孔11的孔徑Φ 之間為過渡配合；4)、將夾頭與硬質合金套管2銅焊成一體，并且保證焊接過程中不得有虛焊和脫焊。6、為便于后道工序的機械加工，對步驟5中焊接一體后的夾頭進行熱處理:將夾頭在750 770度下加熱并保溫I 2小時，爐冷到550 580度出爐空冷，實現退火，保證夾頭的硬度不大于197 200HB。7、檢驗:檢查夾頭是否碎裂、脫焊，同時檢查硬質合金套管在夾頭內是否明顯不正中現象，符合要求的進入下一道工序。8、銑削加工:I)、按照如圖4所示在夾頭的頭部銑出三個凹槽，獲得沿周向均勻分布的三個爪瓣12結構，凹槽的深度距焊接層3為0.5 I毫米；2)、按圖3所示銑削夾頭的定位尾槽16，定位尾槽16能夠防止裝夾過程中夾頭發生旋轉。9、檢驗:檢查銑削后的夾頭尺寸是否符合圖紙要求，爪瓣12結構是否等份均勻，符合要求的進入下一道 工序。10、熱處理:保證夾頭具有一定的硬度、彈性與剛性。I)、整體淬硬HRc50 55，加熱到400 500°C后，預熱30 60min，再加熱到780 800°C，保溫I小時，然后在鹽水中冷卻；熱處理加熱后、冷卻前，把夾頭的螺紋部分涂上硼酸，進行冷卻，能夠防止夾頭螺紋部分的氧化起皮；2)、加熱到300 320°C，保溫I小時，然后在空氣中冷卻到室溫，硬度達到50 55HRC ;低溫回火能夠保證夾頭材料組織均勻，晶粒細化，減少夾頭的變形及應力集中；3)、用100度的熱水煮夾頭10 15分鐘，清除夾頭螺紋部分的硼酸。11、研磨夾頭的內孔11，使該內孔11粗糙度在Ra0.2 Ra0.4之間，作為夾頭后續加工的基準。12、磨削加工:I)、一次裝夾磨削夾頭的外圓13及外錐面14 ；2)、三個爪瓣12的切口凹槽沿錐面14磨平，防止夾頭錐面14有毛刺而與夾頭裝夾體5產生裝配定位誤差；3)磨削時，應加皂化液，以防止夾頭在磨削過程中燒傷。13、檢驗:I)、檢查經步驟12磨削后的夾頭尺寸是否符合圖紙要求；2)、檢查粗糙度是否符合要求。14、在電鏜磨床上對夾頭內孔11進行電鏜磨加工:I)、校準夾盤，其裝夾夾頭的錐孔同心度不大于0.005毫米，控制倒錐22 ；
2)、電鏜磨粗糙度為Ra3. 2 ；3)、工作前檢查夾盤精度。15、用100度的熱水煮夾頭I 2個小時，定性并消除應力。16、用線切割把硬質合金套管2切割成為和夾頭胚料的頭部爪瓣12相對應的基片22，即將硬質合金套管2分割成沿周向均勻分布的三等份，參見圖4。17、定型將夾頭的內孔11用芯棒撐大后，加溫200 230度以上，保溫10 12小時以上，由此保證夾頭的內孔11大于工件4的直徑，并且使夾頭具有彈性。18、研磨研磨夾頭的內孔11至規定尺寸，表面粗糙度小于RaO. 2，同時，控制內孔11的喇叭口形狀，允許微小的倒錐22，即內孔11的直徑自靠近車刀的位置向后從小變大，參見圖5 ;但絕對不允許順錐，即內孔11的直徑自靠近車刀的位置向后由大變小，當夾頭的內孔11呈順錐時，工件4在車刀的作用下，會產生較大的變形，無法保證工件4的加工精度。19、綜合檢驗I)、檢驗夾頭的同心度。2)、檢驗夾頭的粗糙度。3)、檢驗夾頭的孔錐度。4)、檢驗夾頭的三瓣是否均勻彈開。5)、檢驗各部分尺寸等。如圖6所示，為本實施例的夾頭使用狀態圖，工件4安裝在夾頭內孔11中，夾頭的尾部與夾頭裝夾體5固定連接，夾頭裝夾體5的前端設置有車刀6，夾頭裝夾體5的尾部設置有可帶動工件4旋轉的主軸箱7，工作時，工件4在主軸箱7的帶動下旋轉，工件4的前端通過夾頭的內孔11支撐夾持，工件4相對于夾頭的內孔11做旋轉運動。本實施例對現有夾頭的加工工藝進行了改進，在普通夾頭的加工過程中加入了硬質合金套管2的焊接工藝，從而增強了夾頭內孔11面的硬度，降低了脆性，提高了夾頭的耐磨性，延長夾頭壽命；并且，通過多次檢驗和熱處理，以及研磨等工藝步驟，提高了夾頭的同心度和粗糙度，不僅保證了夾頭在加工過程中材質的均勻性，有效防止夾頭的變形，而且還是得加工后的夾頭具有彈性，并且整套工藝過程簡單，易實施，加工成本低，夾頭質量高，被加工工件4的精度和質量也有更好的保證。
權利要求
1.一種夾頭，包括有夾頭本體，該夾頭本體沿軸向開設有內孔，其特征在于:所述內孔在位于所述夾頭本體的前端還固定嵌設有硬質合金套管，該硬質合金套管具有可供工件轉動穿設的管孔。
2.根據權利要求1所述的夾頭，其特征在于:所述管孔呈倒錐形，并且，靠近車刀一端的管孔直徑小于遠離車刀一端的管孔直徑。
3.根據權利要求1所述的夾頭，其特征在于:所述的夾頭本體在所述內孔的前端形成能張開或收攏的多個爪瓣，相應地，所述的硬質合金套管分割成為與每一所述爪瓣對應連接的多個硬質合金基片。
4.根據權利要求1所述的夾頭，其特征在于:所述夾頭本體的尾部具有外螺紋，該夾頭本體在靠近尾部的外周壁上開設有定位尾槽。
5.—種如權利要求1 4中任一權利要求所述的夾頭的加工工藝,其特征在于,該加工工藝包括有以下步驟: (1)、下料，得到胚料； (2)、對所述胚料進行熱處理，并退火，得到硬度不大于197HB的胚料； (3)、對上述退火后的胚料進行車加工，得到所需尺寸的夾頭胚料； (4)、檢驗車加工后的所述夾頭胚料的各部分尺寸和粗糙度，符合要求的進入下一道工序; (5)、將硬質合金 套管焊接固定于合格的所述夾頭胚料的內孔前端； (6)、對焊接有硬質合金套管的所述夾頭胚料進行熱處理，并退火，退后的胚料硬度控制在 197HB 200HB ； (J)、檢驗熱處理后的所述夾頭胚料是否有碎裂、脫焊及硬質合金套管安裝在夾頭內是否有明顯不正中現象，符合要求的進入下一道工序； (8)、對上述各合格的焊接有硬質合金套管的所述夾頭胚料的頭部沿徑向銑槽，形成均分的多個爪瓣； (9)、檢驗銑削后的夾頭胚料尺寸是否符合要求，符合要求的進入下一道工序； (10)、對所述夾頭胚料進行再次熱處理:整體淬硬HRc50 55，然后進行低溫回火，再用100度熱水煮夾頭胚料10 15分鐘； (11)、研磨所述夾頭胚料的內孔，使該內孔粗糙度在Ra0.2 Ra0.4之間，并作為夾頭后續加工的基準； (12)、對所述夾頭胚料的外周面進一步進行磨削加工，得到能與夾頭裝夾體進行裝配的外周面尺寸； (13)、檢驗所述的夾頭胚料的粗糙度，并檢驗該夾頭胚料是否符合裝配尺寸的要求，符合要求的進入下一道工序； (14)、在電鏜磨床上對所述夾頭胚料的內孔進行電鏜磨加工； (15)、用100度熱水煮所述夾頭胚料I 2小時，定性并消除夾頭應力； (16)、用線切割把所述硬質合金套管切割成為和所述夾頭胚料的頭部爪瓣相對應的多個基片； (17)、將所述夾頭的內孔撐大并定型，保證夾頭的內孔大于工件的直徑； (18)、對所述夾頭的內孔進行研磨，直至達到規定的尺寸要求；(19)、綜合檢驗。
6.根據權利要求5所述的夾頭的加工工藝，其特征在于:所述步驟(5)通過以下工藝步驟實現: a、按規格選用硬度為85 90HRA的硬質合金套管，去黑皮，所述硬質合金套管的內徑余量為0.2 0.4毫米，磨削硬質合金套管的管孔與外圓，并且保證硬質合金套管的管孔與外圓同心度不超過0.05毫米； b、清洗硬質合金套管及夾頭胚料，以鉛筆芯棒封堵硬質合金套管的管孔； C、將所述硬質合金套管裝入并固定于夾頭胚料中，使得硬質合金套管的外圓與夾頭胚料的內孔進行過渡配合； d、將所述夾頭 胚料與所述硬質合金套管銅焊成一體。
7.根據權利要求5所述的夾頭的加工工藝，其特征在于:所述步驟(6)的熱處理采用如下方式實現:在750 770度下加熱并保溫I 2小時，爐冷到550 580出爐空冷，完成退火。
8.根據權利要求5所述的夾頭的加工工藝，其特征在于:所述步驟(8)銑槽后的槽深距離所述夾頭胚料的焊接層為0.5 I毫米。
9.根據權利要求8所述的夾頭的加工工藝，其特征在于:所述銑槽后的爪瓣為三瓣結構，相應地，所述步驟(16)中的硬質合金套管沿周向被均勻分成三等份。
10.根據權利要求5所述的夾頭的加工工藝，其特征在于:所述步驟(18)研磨后的夾頭內孔自靠近車刀的位置向后呈倒錐形，并且，所述研磨后的夾頭內孔的表面粗糙度小于Ra0.2。
全文摘要
一種夾頭，包括有夾頭本體，該夾頭本體沿軸向開設有內孔，其特征在于所述內孔在位于所述夾頭本體的前端還固定嵌設有硬質合金套管，該硬質合金套管具有可供工件轉動穿設的管孔。本發明的優點在于夾頭內孔中固定有硬質合金套管，減小了加工過程中夾頭內孔的磨損，提高了夾頭的耐磨性；夾頭的頭部采用均勻等份的結構，使得夾頭的頭部具有一定的彈性，防止工件因夾持過緊而發生咬死；夾頭采用了新型的加工工藝，能夠保證夾頭材質的均勻性，減小夾頭的變形，提高夾頭的同心度、粗糙度，并且整個工藝流程成本低，容易實現，加工獲得的夾頭質量好，從而保證了通過該夾頭固定加工出的工件具有更高的精度和更好的質量。
文檔編號B23Q3/12GK103072029SQ20121057623
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者張翔 申請人:浙江工商職業技術學院