本发明涉及技工圆环类零件的技术领域，具体涉及提高薄壁圆环类零件硬车削圆度的方法。
背景技术：
轴承是一种广泛应用于机械、电子产品的基础部件。它一般由外圈、内圈、滚动体和保持架组成。轴承外圈和内圈统称轴承套圈，它们是典型的薄壁圆环类零件，其通常采用的加工工艺为：毛坯成形(锻件或管件)→退火→车削或冷辗扩→淬火、回火→磨削→超精研。其中磨削一般包括端面磨、外圆磨或内圆磨、滚道无心磨。多道磨削工艺成本高、效率低，而且工艺参数控制不当很容易造成套圈磨削烧伤，产生表面变质层，对轴承寿命造成严重影响。随着数控机床技术、刀具技术的高速发展，近年来发展出一种可能替代磨削加工技术作为轴承套圈精加工工艺的硬车削技术。硬车削技术即采用特殊刀具(PCBN、陶瓷、金刚石等刀具)在高主轴刚度、高精度车床上加工淬硬零件的技术，它具有高精度、高效、经济、清洁的特点。在合适的切削条件和工艺下，硬车削技术能获得与磨削技术相当甚至更好的几何精度和表面质量，包括表面粗糙度、尺寸精度、形状精度、位置精度，硬度分布、金相组织、残余应力状态等，尤其是经硬车削加工的表面呈残余压应力状态，对提高零件的抗疲劳寿命有重要作用。轴承套圈的精密硬车削工艺一般采用三爪卡盘装夹定位，以轴承内圈为例，先以外径和端面定位，硬车内径和另一端面，再以硬车过的内径和端面定位，精密硬车外径、端面和沟道，轴承套圈是薄壁圆环类零件，刚度差，装夹过程、切削过程中极易因装夹力、切削力而产生较大径向变形，严重影响加工精度，进而影响轴承装配精度和使用寿命。在这种加工工艺中，每个套圈经两次装夹定位，引入定位误差，同时，使用三爪卡盘装夹，加工后沟道容易出现三角形圆度误差轮廓，影响加工精度。
综上，由于轴承套圈刚度不足，现行硬车加工工艺在装夹方式、加工工艺上存在比较突出的技术、质量问题。因此，研究、发明轴承套圈新的加工工艺，克服现有硬车加工工艺需多次装夹、装夹和加工变形较大的问题，实现轴承的高精度制造，显得十分迫切和必要。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种提高薄壁圆环类零件硬车削圆度的方法，采用磁力卡盘或真空吸盘对薄壁圆环类零件的一端进行轴向夹持，且所述薄壁圆环类零件采用端部平面定位与圆柱面千分表对中相结合的定位方式来进行定位；
其中，所述磁力卡盘或真空吸盘与所述薄壁圆环类零件接触的装夹定位面的平面度小于或等于3μm，所述薄壁圆环类零件与所述磁力卡盘或真空吸盘接触的定位端面的平面度小于或等于1μm。
较佳地，所述薄壁圆环类零件夹紧、定位的具体步骤为：
(1)将所述薄壁圆环类零件的一端贴于所述磁力卡盘或真空吸盘的装夹定位面上，且使得所述薄壁圆环类零件与所述磁力卡盘或真空吸盘同轴；
(2)所述磁力卡盘或真空吸盘施加夹紧力到一定程度，此时轻敲所述薄壁圆环类零件，其能在磁力卡盘或真空吸盘的装夹定位面上微小滑动但不会在重力作用下掉落；
(3)将所述千分表的表座固定在车床刀塔上，使得所述千分表的表针打在所述薄壁圆环类零件的外圆面上，拨动车床卡盘使其转动，观察千分表表头指针变化；同时轻敲所述薄壁圆环类零件的内圆面，直至拨动车床主轴时，千分表表头指针变化最小为止；
(4)然后，将所述磁力卡盘或真空吸盘的夹紧力提升至最大，对所述薄壁圆环类零件进行硬车加工。
较佳地，对所述薄壁圆环类零件仅通过一次定位夹紧，来实现薄壁圆环类零件的外圆柱面、内圆柱面、端面以及内外圆柱面上的环形沟道的加工。
较佳地，所述薄壁圆环类零件在夹紧、定位前先进行淬火、回火处理，使得所述薄壁圆环类零件的硬度大于45HRC。
较佳地，所述薄壁圆环类零件的硬度为58HRC-62HRC。
较佳地，在硬车加工前通过对所述薄壁圆环类零件的端部进行磨削加工，从而来保证端部的平面度。
较佳地，用于对所述薄壁圆环类零件进行硬车加工的刀具采用PCBN涂层刀片。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
(1)本发明提供的提高薄壁圆环类零件端面车削圆度的方法，通过控制薄壁圆环类零件端面平面度及其装夹定位件(磁力卡盘或真空吸盘)工作面的平面度，从而大大提高了薄壁圆环类零件夹紧定位的精确度，从而提高了薄壁圆环类零件的圆度，实现高精度制造；
(2)本发明采用千分表与磁力卡盘或真空吸盘进行定位夹紧的方式，与现有技术中采用三爪卡盘定位夹紧的方式相比，本发明的定位夹紧与加工方法，可通过一次装夹定位，就能够实现薄壁圆环类零件的外圆柱面、内圆柱面、端面、内外圆柱面上的环形沟道等的加工，能够有效防止装夹和加工过程中薄壁圆环类零件的径向变形，显著提高薄壁圆环类零件的车削加工圆度，为轴承套圈等薄壁圆环类零件超精密车削加工提供了一种有效方法；
附图说明
结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：
图1为本发明实施例一中单列角接触轴承内圈装夹对中示意图；
图2为本发明实施例一中单列角接触轴承内圈各表面定义示意图；
图3为本发明中磁力卡盘或真空吸盘的各表面定义示意图；
图4为本发明中千分表各关键部件的示意图；
图5为本发明实施例二中单列角接触轴承外圈装夹对中示意图；
图6为本发明实施例二中单列角接触轴承外圈各表面定义示意图。
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
本发明提供了一种提高薄壁圆环类零件端面车削圆度的方法，用以解决现有技术中薄壁圆环类零件在硬车加工时易变性、精度差等问题；其中，薄壁圆环类零件具体可为轴承内圈、轴承外圈等，当并不局限与轴承内圈、轴承外圈，且薄壁圆环类零件的材料可采用轴承用钢材、工程陶瓷、工程塑料、复合材料等，此处不作限制。
本发明提供的提高薄壁圆环类零件硬车削圆度的方法，采用磁力卡盘或真空吸盘对薄壁圆环类零件的一端进行轴向夹持，且薄壁圆环类零件采用端部平面定位与圆柱面千分表对中相结合的定位方式来进行定位；其中，磁力卡盘或真空吸盘与薄壁圆环类零件接触的装夹定位面的平面度小于或等于3μm，薄壁圆环类零件与磁力卡盘或真空吸盘接触的定位端面的平面度小于或等于1μm。
具体的，制备一有加工余量的薄壁圆环类零件，薄壁圆环类零件在进行硬车加工前先对薄壁圆环类零件进行淬火、回火热处理，从而来提高薄壁圆环类零件的硬度使其大于45HRC，优选的，使得薄壁圆环类零件的硬度达到58HRC-62HRC。
进行淬火、回火处理后的薄壁圆环类零件，再对其一端或两端进行磨削处理，以改善薄壁圆环类零件的端部的平面度，从而便于后续薄壁圆环类零件的夹紧和定位。优选的，经磨削后的薄壁圆环类零件端面的平面度小于1μm，且平面误差轮廓均匀分布，无较大凸起或凹陷部。
薄壁圆环类零件在端面磨削后，进行夹紧定位，以便后续进行硬车加工，夹紧、定位具体包括以下步骤：
(1)将薄壁圆环类零件的一端贴于磁力卡盘或真空吸盘的装夹定位面上，且使得薄壁圆环类零件与磁力卡盘或真空吸盘同轴；其中，磁力卡盘或真空吸盘与薄壁圆环类零件接触的装夹定位面的平面度小于或等于3μm，以便于薄壁圆环类零件与磁力卡盘或真空吸盘紧密贴合，以保证后续定位的精确度；
(2)磁力卡盘或真空吸盘施加夹紧力到一定程度，此时轻敲薄壁圆环类零件，保证其能在磁力卡盘或真空吸盘的装夹定位面上微小滑动但不会在重力作用下掉落；
(3)将千分表的表座固定在用于硬车加工的车床刀塔上，并使千分表的表针垂直打在薄壁圆环类零件的外圆面上，拨动车床卡盘使其旋转，观察千分表表头指针变化；同时采用塑料锤轻敲薄壁圆环类零件的内圆面，直至拨动车床卡盘时，千分表表头指针变化最小为止；
(4)然后，将卡磁力卡盘或真空吸盘的夹紧力提升至最大，完成夹紧，后续再对薄壁圆环类零件进行硬车加工。
本发明提供的提高薄壁圆环类零件端面车削圆度的方法，通过提高薄壁圆环类零件端面平面度及其装夹定位件(磁力卡盘或真空吸盘)工作面的平面度，从而大大提高了薄壁圆环类零件夹紧定位的精确度，从而提高了薄壁圆环类零件的圆度，实现高精度制造。而且，本发明采用千分表与磁力卡盘或真空吸盘进行定位夹紧的方式，与现有技术中采用三爪卡盘定位夹紧的方式相比，本发明的定位夹紧与加工方法，可通过一次装夹定位，就能够实现薄壁圆环类零件的外圆柱面、内圆柱面、端面、内外圆柱面上的环形沟道等的加工，能够有效防止装夹和加工过程中薄壁圆环类零件的径向变形，显著提高薄壁圆环类零件的车削加工圆度，为轴承套圈等薄壁圆环类零件超精密车削加工提供了一种有效方法。
下面就本发明运用到具体实施例中，结合附图，作进一步的说明：
实施例1
参照图1-4，在本实施例中，薄壁圆环类零件为单列角接触球轴承的内圈3，包括定位端面31，外圆面32，外沟道或外滚道33，非定位端面34，内圆面35；夹具为磁力卡盘1，包括装夹定位面11，外圆面12，与车床主轴头连接的表面13.
单列角接触球轴承的内圈3的加工包括以下步骤：
1、制备有加工余量的内圈3。
2、将有加工余量的内圈3进行淬火和回火热处理。
其中，单列角接触球轴承内圈3材料采用GCr15轴承钢，正常淬火、回火热处理，热处理后单列角接触球轴承内圈3硬度应高于45HRC，优选地，58HRC-62HRC。
3、磨削内圈3的端面31、34，保证其平面度小于或等于1μm
其中，刀具可采用PCBN涂层刀片。
4、如果磁力卡盘1的装夹定位面11平面度较差，应车削装夹定位面11保证其平面度在一定范围内(平面度小于或等于3μm)。
5、将端面磨削后的内圈3进行精密硬车加工。
具体的，将内圈3的定位端面31贴于磁力卡盘1的装夹定位面11上，尽量使内圈3的轴线与磁力卡盘1的轴线同轴。施加磁力卡盘1夹紧力到一定程度，此时轻敲内圈3，其能在磁力卡盘1的装夹定位面11上微小滑动但不会在重力作用下掉落。将千分表2固定在车床刀塔上，表针23打在内圈3的外圆面32上，拨动车床卡盘使其转动，观察千分表表头指针22变化，使用塑料锤轻敲内圈3的内圆面35，直至拨动车床卡盘时，千分表表头指针22变化最小；然后，将磁力卡盘1夹紧力提升至最大，开始分别加工内圆面35、端面34、外圆面32和沟道33。加工完毕，将磁力卡盘1夹紧力减到较小值，轻轻取下已精密硬车加工的内圈3。
实施例2
参照图3-6，在本实施例中，薄壁圆环类零件为单列角接触球轴承的外圈4，包括定位端面41，外圆面42，非定位端面43，内圆面44，内滚道或内沟道45；夹具为磁力卡盘1，包括装夹定位面11，外圆面12，与车床主轴头连接的表面13。
单列角接触球轴承的外圈4的加工包括以下步骤：
1、制备有加工余量的外圈4。
2、将有加工余量的外圈4进行淬火和回火热处理。
其中，外圈4的材料采用GCr15轴承钢，正常淬火、回火热处理，热处理后外圈4的硬度应高于45HRC，优选地，58-62HRC。
3、磨削外圈4的端面41、43，保证其平面度小于或等于1μm。
其中，刀具采用PCBN涂层刀片。
4、如果磁力卡盘1的装夹定位面11平面度较差，应车削装夹定位面11保证其平面度在一定范围内(平面度小于或等于3μm)。
5、将端面磨削后的外圈4进行精密硬车加工。
具体的，将外圈4的定位端面41贴于磁力卡盘1的装夹定位面11上，尽量使外圈4的轴线与磁力卡盘1的轴线同轴。施加磁力卡盘1的夹紧力到一定程度，此时轻敲外圈4，其能在磁力卡盘1的装夹定位面11上滑动但不会再重力作用下掉落；将千分表2固定在车床刀塔上，表针23打在外圈4的外圆面42上，拨动车床卡盘使其转动，观察千分表表头指针22变化，使用塑料锤轻敲外圈4的内圆面44，直至拨动车床卡盘时，千分表表头指针22变化最小，然后，将磁力卡盘1夹紧力提升至最大，开始分别加工外圆面42、端面43、内圆面44和沟道45。加工完毕，将磁力卡盘1夹紧力减到较小值，轻轻取下已精密硬车加工的外圈4。
本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离其本身的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施案例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围之内作出变化和修改。