專利名稱:強(qiáng)應(yīng)力定位萬(wàn)能頂尖的制作方法
本發(fā)明是用于機(jī)械加工中心定位的固定頂尖。
頂尖是機(jī)械加工中心定位必需使用的工具。到目前為止世界上使用的頂尖，共分固定頂尖與回轉(zhuǎn)頂尖二類。固定頂尖具有定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，故被廣泛采用于要求較高精度的加工工序中。但當(dāng)徑向切削力較大或轉(zhuǎn)速較高時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較大的軸向伸長(zhǎng)和摩擦熱，破壞已建立的油膜發(fā)生咬死現(xiàn)象而限制其使用范圍，故只能用于小負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速切削?；剞D(zhuǎn)頂尖因其本身帶有良好潤(rùn)滑的滾動(dòng)軸承，故能適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速和較大切削負(fù)荷，彌補(bǔ)了固定頂尖的不足。但由于回轉(zhuǎn)頂尖結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及滾動(dòng)軸承自身的游隙問(wèn)題，就產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)誤差，且剛性亦差。這些，影響了工件的元跳動(dòng)精度及粗切削時(shí)由于加工余量的不均勻產(chǎn)生變切削力而導(dǎo)致加工件的仿形誤差，增大了工件的元跳動(dòng)量。故回轉(zhuǎn)頂尖僅適用于精度質(zhì)量要求不高的粗車，半精車加工工序。另一方面，粗加工中切削熱的積累而使工件產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)，對(duì)于無(wú)補(bǔ)償?shù)幕剞D(zhuǎn)頂尖或無(wú)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的機(jī)床尾座會(huì)產(chǎn)生極大的軸向負(fù)荷而易于損壞回轉(zhuǎn)頂尖。機(jī)加工中使用的靜壓頂尖應(yīng)屬于回轉(zhuǎn)頂尖，它比回轉(zhuǎn)頂尖有所改進(jìn)，但結(jié)構(gòu)甚為復(fù)雜，本身的加工要求高，能耗大，造價(jià)亦高。長(zhǎng)期來(lái)頂尖的改進(jìn)，較多均著眼于潤(rùn)滑，并也有為此而設(shè)計(jì)專門的潤(rùn)滑裝置的。頂尖的形狀與結(jié)構(gòu)改進(jìn)不多。
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種兼有固定頂尖及回轉(zhuǎn)頂尖二類頂尖的優(yōu)點(diǎn)，即既有高精度定位，又有較大許用徑向切削力、許用轉(zhuǎn)速高、潤(rùn)滑條件好及能自動(dòng)補(bǔ)償工件軸向伸長(zhǎng)的萬(wàn)能頂尖。
本發(fā)明的頂尖，著眼于能強(qiáng)應(yīng)力定位。所謂應(yīng)力定位，即工件中心孔處有預(yù)加一定軸向力條件下的定位。軸向力可以大至接近工件中心孔材料的σs，在這樣大的軸向力下定位，稱強(qiáng)應(yīng)力定位。這是不同于一般頂尖的定位原理。
本發(fā)明的強(qiáng)應(yīng)力定位萬(wàn)能頂尖，可以是如圖2所示的一體結(jié)構(gòu)，也可以是如圖3所示的組合結(jié)構(gòu)。由圖2及圖3可以看出它與普通頂尖在頭部的不同點(diǎn)是新頂尖頭部元錐定位面是間斷的，如圖2、圖3中的(1)及(6)。它是將原元錐定位面等分地去除數(shù)條弓形(圖Ⅰ-1)扇形(圖Ⅰ-2)或槽形(圖Ⅰ-3，Ⅰ-4)截面的體積剩余的元錐面。例如將元錐定位面等分地去除4條，剩余下的元錐定位面也是間斷的4部份。間斷的元錐面即加工時(shí)的定位面。故本實(shí)用新型的頂尖的頭部有以下特征1.頂尖頭定位表面是幾部份周向等分的，間斷的，三角條狀的元錐面，即圖2、3中的(1)、(6)等。
2.每一個(gè)三角形條狀元錐定位面的二條邊線(圖2、圖3中的(3)、(5)即成為二條特定前角的切削刃。
3.相鄰的三角條狀元錐定位面之間有一空缺部份。
本發(fā)明頂尖的頸部(圖2、圖3中的(7))有平行于軸線的平行平面。這是為使用中拆卸的方便而設(shè)計(jì)的。
本發(fā)明頂尖的尾錐體部，從圖3可見是由階梯軸體，彈性封圈(13)，碟形彈簧(14)、(15)及尾錐體(8)組成。安裝于軸段(12)上的碟形彈簧起著軸向伸長(zhǎng)的補(bǔ)償作用。其組合方式是彈性封圈(13)套于軸段(9)上，碟形彈簧(14)、(15)數(shù)片成組地套于軸段(12)上，尾錐體(8)由銷(16)與軸體聯(lián)接。當(dāng)工件由切削熱產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)時(shí)，伸長(zhǎng)量由碟形彈簧補(bǔ)償。
綜上所述，本發(fā)明強(qiáng)應(yīng)力定位萬(wàn)能頂尖有以下幾個(gè)特征1.頂尖頭元錐定位面是幾部份周向等分的，間斷的元錐面。
2.頂尖頭部每一塊元錐定位面的邊線形成二條特定前角的切削刃。
3.相鄰二塊元錐面之間有一空缺部份。
4.頂尖尾錐體部設(shè)計(jì)有軸向伸長(zhǎng)的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明頂尖的外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)是與眾不同的，它具有以下特點(diǎn)1.定位精度高。
由于頂尖頭部元錐定位面上的切削刃∫在軸向力作用下，與工件中心孔產(chǎn)生切削與擠研，即自動(dòng)會(huì)很好地修正加工件中心孔，使工件中心孔適合頂尖頭本身已有的元錐角度，且具有相適應(yīng)的元度及光潔度。從而保證了零件中心孔與頂尖頭元錐定位面同軸及接觸面吻合無(wú)間隙。從中心孔表面精度及與頂尖的配合來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是遠(yuǎn)較一般工藝中另用刃具、另道工序修正中心孔者為高，且自然地去掉了這一工序，減少了因工件中心孔與頂尖元錐定位面二者的同軸度、錐度、元度、光潔度等誤差而產(chǎn)生的定位誤差。又由于頂尖頭元錐定位面間斷均分，且面積減少，也就減少元錐定位面本身的精度誤差，即減少頂尖本身的定位誤差。自動(dòng)同軸高質(zhì)量地修正中心孔又可保證無(wú)數(shù)次重復(fù)加工的精確定位。只要機(jī)床允許，粗、半精加工可合成一道工序連續(xù)進(jìn)行。
再則，由于定位是應(yīng)力定位或強(qiáng)應(yīng)力定位，工件中心孔受壓而產(chǎn)生微量下凹，這可彌補(bǔ)頂尖頭元錐定位面可能存在的微量誤差，進(jìn)一步提高定位精度。這是工件精度得以極大提高的可靠保證。
2.許用轉(zhuǎn)速高由于本發(fā)明的頂尖頭部有空缺部份，它可存儲(chǔ)加入極壓添加劑的優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑脂，并自動(dòng)吸附潤(rùn)滑，形成高強(qiáng)度潤(rùn)滑膜或化學(xué)吸附膜。這與以潤(rùn)滑油作潤(rùn)滑劑時(shí)的潤(rùn)滑方式是遠(yuǎn)不可比擬的。由于優(yōu)良的潤(rùn)滑性能和選用耐磨，不粘、耐高溫材料的新頂尖頭元錐定位面，可實(shí)現(xiàn)提高許用轉(zhuǎn)速的指標(biāo)。如4號(hào)莫氏錐度的新頂尖最高速度可達(dá)3100轉(zhuǎn)/分。加上上述應(yīng)力定位精度高，可做到無(wú)間隙定位，無(wú)振動(dòng)定位條件下的高速切削。強(qiáng)應(yīng)力定位萬(wàn)能頂尖許用轉(zhuǎn)速見表一。表二是新頂尖與其他頂尖的轉(zhuǎn)速比較表。
強(qiáng)應(yīng)力定位萬(wàn)能頂尖許用轉(zhuǎn)速表 表1
本發(fā)明頂尖與其它頂尖及機(jī)床設(shè)計(jì)最高轉(zhuǎn)速比較表 表2
3.切削負(fù)荷大由于優(yōu)越的潤(rùn)滑條件，保證在強(qiáng)應(yīng)力高精度、無(wú)間隙、無(wú)振動(dòng)定位條件下保持良好的油膜，加上軸向伸長(zhǎng)自補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，使新頂尖能適用于高質(zhì)量大負(fù)荷切削。表3是新頂尖各部份許用徑向切削力常用回轉(zhuǎn)頂尖的比較結(jié)果。計(jì)算是用4號(hào)莫氏錐度頂尖進(jìn)行的。
本發(fā)明頂尖與有關(guān)項(xiàng)目的許用徑向切削力的比較表 表3
這三大特點(diǎn)孕含著驚人的效益;并有如下功能(1)一具二用新頂尖既是機(jī)械加工中心定位工具，又是同軸線工件中心孔高效率、高質(zhì)量的修研刃具;
(2)減少粗、精加工工序間的余量這是因?yàn)樾马敿饽芴岣叽周嚂r(shí)的元度質(zhì)量，減少仿形誤差，故能可靠地減少工序余量;
(3)適合超精加工由于新頂尖為強(qiáng)應(yīng)力、無(wú)間隙定位。無(wú)定位震動(dòng)，故元度高、微觀粗糙度也高，更適宜于超精加工和鏡面磨削加工;
(4)新頂尖的空缺部分既是優(yōu)良潤(rùn)滑劑的存儲(chǔ)處又是修正中心孔后鐵屑雜物的“垃圾箱”;
(5)對(duì)工件中心孔質(zhì)量要求可適當(dāng)降低，工件中心孔質(zhì)量只要基本符合，GB145-59，即可;
(6)對(duì)工件中心孔的清潔度要求低只要定位面上無(wú)大顆粒石子和鐵片雜物，并不需要揩拭中心孔，更無(wú)必要檢查中心孔有否毛刺，只要在中心孔中填滿潤(rùn)滑脂，即可放心大膽工作;
(7)操作簡(jiǎn)單工作時(shí)只需加一個(gè)軸向力，力的大小自數(shù)公斤到數(shù)百公斤(其力大小與中心孔修正成正比)，造成應(yīng)力定位即可，比使用原固定頂尖間隙定位要方便得多;
(8)擴(kuò)大使用范圍與同號(hào)
硬質(zhì)合金頭頂尖相比，新頂尖適用更大范圍工件中心孔的加工，也可加工適當(dāng)管類零件;
(9)由于新頂尖頭部元錐定位面有“垃圾箱”，故鐵屑、砂粒被自動(dòng)清理至垃圾箱儲(chǔ)存，不再介入頂尖及工件中心孔的摩擦面間而磨損頂尖，其壽命較固定頂尖為長(zhǎng)，比回轉(zhuǎn)頂尖使用壽命則更長(zhǎng)。
新頂尖與固定頂尖、回轉(zhuǎn)頂尖主要性能列表如下，表4新頂尖與另二類頂尖主要性能比較表 表4
從上列數(shù)值中看出，本發(fā)明頂尖在性能上均已超過(guò)二類頂尖的優(yōu)點(diǎn)，而無(wú)它們的缺點(diǎn)，故能完全取代它們。
本發(fā)明頂尖的制造工藝也不復(fù)雜。一體結(jié)構(gòu)的其加工完全可用常規(guī)工藝制造，其材料根據(jù)用途可以是硬質(zhì)合金，也可以是碳素工具鋼。對(duì)于碳素工具鋼的頂尖頭部表面可根據(jù)用途需要用表面強(qiáng)化工藝強(qiáng)化。也可用噴鍍、涂鍍硬質(zhì)耐磨、耐腐材料以提高耐磨耐腐蝕性。要求高速、大負(fù)荷切削使用的，可用硬質(zhì)合金先模壓出頂尖頭，再與頂尖體焊接加工。碟形彈簧可采用標(biāo)準(zhǔn)件。
實(shí)施例1發(fā)明人曾在一個(gè)硬質(zhì)合金頭的普通4號(hào)莫氏錐度的頂尖頭元錐面上，等分地去除4條扇形截面的體積，使圓錐面上出現(xiàn)4個(gè)相同的V形槽，其剩余圓錐面上二相鄰切削刃間最大弦長(zhǎng)為8.3毫米，而制作出強(qiáng)應(yīng)力定位萬(wàn)能頂尖，如圖2。
實(shí)施例2用45號(hào)碳素鋼及一般機(jī)械加工工藝制作出強(qiáng)應(yīng)力定位萬(wàn)能頂尖后，再用等離子噴鍍工藝在頂尖頭元錐面上噴一層厚度為0.2毫米的鉬Mo層再行精加工元錐定位面制成耐磨、防蝕的強(qiáng)應(yīng)力定位萬(wàn)能頂尖。
實(shí)施例3用碳素工具鋼及常規(guī)機(jī)械加工工藝制出有4條等分V型槽如圖3的強(qiáng)應(yīng)力定位萬(wàn)能頂尖，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)是軸段9為φ25，軸段10為φ18.5，軸段12為φ9，選用碟形彈簧尺寸為外徑D＝18，內(nèi)徑d＝9.2，厚度δ＝1，最大壓縮量ho＝0.403，允許載荷(Pf＝0.75ho時(shí))為128公斤，疊合片數(shù)每組4片，共7組，組裝后預(yù)壓80公斤，預(yù)壓量0.3毫米，這種組合可達(dá)的補(bǔ)償量為1.8毫米，最大軸向負(fù)荷為660公斤。
實(shí)施應(yīng)用例1以實(shí)施例1制成的頂尖在C616車床上進(jìn)行高速試驗(yàn)，工件重量10公斤，在1980轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下試驗(yàn)十分鐘，結(jié)果潤(rùn)滑良好，中心孔無(wú)咬毛現(xiàn)象，且光潔度提高。
實(shí)施應(yīng)用例2以實(shí)施例2制成的頂尖在磨床上進(jìn)行試驗(yàn)，工件為長(zhǎng)軸，磨削10分鐘，檢驗(yàn)中心孔光潔度
8，全面吻合發(fā)亮(即全面吻合良好)，其直徑擴(kuò)大量?jī)H為0.003毫米(即修正量)，工件光潔度
8，元跳動(dòng)＜0.001毫米。
實(shí)施應(yīng)用例3以實(shí)施例3制成的頂尖進(jìn)行粗車試驗(yàn)，進(jìn)刀量t＝8，走刀量S＝0.28，切削速度V＝100公尺/分，進(jìn)行超負(fù)荷重復(fù)試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果加工件光潔度達(dá)
4，元跳動(dòng)＜0.02，工件表面溫度為86℃中心孔表面呈光滑狀態(tài)，頂尖良好，無(wú)磨損現(xiàn)象，據(jù)計(jì)算，徑向切削力為500kg，工件熱膨脹是(以溫差60℃和工件長(zhǎng)1000計(jì)算得)為0.66毫米，試驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明頂尖達(dá)到預(yù)期效果。
(1)圖1-頂尖頭上去除部份條狀體積的截面示意圖。
(2)圖2-去除部份為扇形的一體結(jié)構(gòu)強(qiáng)應(yīng)力定位萬(wàn)能頂尖。
(3)圖3-去除部份為扇形的組合結(jié)構(gòu)強(qiáng)應(yīng)力定位萬(wàn)能頂尖。
圖4圖3圖2中序號(hào)說(shuō)明A.1、6-頂尖頭上間斷元錐面。
B.2、4-切削刃前刀面。
C.3、5-切削刃。
D.7-頂尖頸。
E.8-頂尖尾錐體。
F.9-導(dǎo)向、支承軸段。
G.10-導(dǎo)向軸段。
H.11-鎖銷孔。
I.12-碟形彈簧中心軸段。
J.13-彈性封圈。
K.14、15-碟形彈簧。
L.16-鎖銷。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是用于機(jī)械加工中心定位的固定頂尖，其特征是頂尖頭部定位元錐面是有幾部份周向等分的，間斷的元錐面。即在元錐體上等分地去除幾部份條狀體積所剩余下的元錐面。
2.由權(quán)利要求
1，其特征是去除的是4部份條狀體積。
3.由權(quán)利要求
1，其特征是頂尖尾錐體內(nèi)設(shè)有碟形彈簧等組成的軸向伸長(zhǎng)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。
4.由權(quán)利要求
1，其特征是頂尖元錐頭是由硬質(zhì)合金材料模壓工藝制成。
5.由權(quán)利要求
1，其特征是頂尖頭部定位元錐面上可噴鍍或涂鍍硬質(zhì)，耐磨、耐腐材料。
專利摘要
本發(fā)明是用于機(jī)械加工中的強(qiáng)應(yīng)力定位頂尖，本頂尖的設(shè)計(jì)思想著眼于應(yīng)力定位，頂尖頭部定位圓錐面是間斷的，且?guī)в星邢魅?，能修正工件中心孔。高精度定位。由于頭部有空缺可儲(chǔ)存潤(rùn)滑脂，可建立高強(qiáng)度油膜，保證無(wú)間隙定位、無(wú)振動(dòng)切削，加上尾部的軸向伸長(zhǎng)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，能進(jìn)行大徑向力切削及高速切削。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低，適用于粗、精、超精加工中使用。實(shí)施證明精加工后圓跳動(dòng)量＜1μ。它具有固定頂尖和回轉(zhuǎn)頂尖二類頂尖有過(guò)之的優(yōu)點(diǎn)，而無(wú)它們的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23B23/02GK85102439SQ85102439
公開日1985年12月20日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者方大同 申請(qǐng)人:方大同導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan