專利名稱:強應力定位萬能頂尖的制作方法
本發明是用于機械加工中心定位的固定頂尖。
頂尖是機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頂尖二類。固定頂尖具有定位精度高的優點，故被廣泛采用于要求較高精度的加工工序中。但當徑向切削力較大或轉速較高時，就會產生較大的軸向伸長和摩擦熱，破壞已建立的油膜發生咬死現象而限制其使用范圍，故只能用于小負荷、低轉速切削。回轉頂尖因其本身帶有良好潤滑的滾動軸承，故能適應較高轉速和較大切削負荷，彌補了固定頂尖的不足。但由于回轉頂尖結構復雜以及滾動軸承自身的游隙問題，就產生了結構誤差，且剛性亦差。這些，影響了工件的元跳動精度及粗切削時由于加工余量的不均勻產生變切削力而導致加工件的仿形誤差，增大了工件的元跳動量。故回轉頂尖僅適用于精度質量要求不高的粗車，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生軸向伸長，對于無補償的回轉頂尖或無補償結構的機床尾座會產生極大的軸向負荷而易于損壞回轉頂尖。機加工中使用的靜壓頂尖應屬于回轉頂尖，它比回轉頂尖有所改進，但結構甚為復雜，本身的加工要求高，能耗大，造價亦高。長期來頂尖的改進，較多均著眼于潤滑，并也有為此而設計專門的潤滑裝置的。頂尖的形狀與結構改進不多。
本發明的任務是提出一種兼有固定頂尖及回轉頂尖二類頂尖的優點，即既有高精度定位，又有較大許用徑向切削力、許用轉速高、潤滑條件好及能自動補償工件軸向伸長的萬能頂尖。
本發明的頂尖，著眼于能強應力定位。所謂應力定位，即工件中心孔處有預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，稱強應力定位。這是不同于一般頂尖的定位原理。
本發明的強應力定位萬能頂尖，可以是如圖2所示的一體結構，也可以是如圖3所示的組合結構。由圖2及圖3可以看出它與普通頂尖在頭部的不同點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的定位面。故本實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計的。
本發明頂尖的尾錐體部，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的補償作用。其組合方式是彈性封圈(13)套于軸段(9)上，碟形彈簧(14)、(15)數片成組地套于軸段(12)上，尾錐體(8)由銷(16)與軸體聯接。當工件由切削熱產生軸向伸長時，伸長量由碟形彈簧補償。
綜上所述，本發明強應力定位萬能頂尖有以下幾個特征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.頂尖尾錐體部設計有軸向伸長的補償結構。
本發明頂尖的外形與內部結構是與眾不同的，它具有以下特點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，與工件中心孔產生切削與擠研，即自動會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間隙。從中心孔表面精度及與頂尖的配合來說，無疑是遠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。自動同軸高質量地修正中心孔又可保證無數次重復加工的精確定位。只要機床允許，粗、半精加工可合成一道工序連續進行。
再則，由于定位是應力定位或強應力定位，工件中心孔受壓而產生微量下凹，這可彌補頂尖頭元錐定位面可能存在的微量誤差，進一步提高定位精度。這是工件精度得以極大提高的可靠保證。
2.許用轉速高由于本發明的頂尖頭部有空缺部份，它可存儲加入極壓添加劑的優質潤滑脂，并自動吸附潤滑，形成高強度潤滑膜或化學吸附膜。這與以潤滑油作潤滑劑時的潤滑方式是遠不可比擬的。由于優良的潤滑性能和選用耐磨，不粘、耐高溫材料的新頂尖頭元錐定位面，可實現提高許用轉速的指標。如4號莫氏錐度的新頂尖最高速度可達3100轉/分。加上上述應力定位精度高，可做到無間隙定位，無振動定位條件下的高速切削。強應力定位萬能頂尖許用轉速見表一。表二是新頂尖與其他頂尖的轉速比較表。
強應力定位萬能頂尖許用轉速表 表1
本發明頂尖與其它頂尖及機床設計最高轉速比較表 表2
3.切削負荷大由于優越的潤滑條件，保證在強應力高精度、無間隙、無振動定位條件下保持良好的油膜，加上軸向伸長自補償結構，使新頂尖能適用于高質量大負荷切削。表3是新頂尖各部份許用徑向切削力常用回轉頂尖的比較結果。計算是用4號莫氏錐度頂尖進行的。
本發明頂尖與有關項目的許用徑向切削力的比較表 表3
這三大特點孕含著驚人的效益;并有如下功能(1)一具二用新頂尖既是機械加工中心定位工具，又是同軸線工件中心孔高效率、高質量的修研刃具;
(2)減少粗、精加工工序間的余量這是因為新頂尖能提高粗車時的元度質量，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應力、無間隙定位。無定位震動，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良潤滑劑的存儲處又是修正中心孔后鐵屑雜物的“垃圾箱”;
(5)對工件中心孔質量要求可適當降低，工件中心孔質量只要基本符合，GB145-59，即可;
(6)對工件中心孔的清潔度要求低只要定位面上無大顆粒石子和鐵片雜物，并不需要揩拭中心孔，更無必要檢查中心孔有否毛刺，只要在中心孔中填滿潤滑脂，即可放心大膽工作;
(7)操作簡單工作時只需加一個軸向力，力的大小自數公斤到數百公斤(其力大小與中心孔修正成正比)，造成應力定位即可，比使用原固定頂尖間隙定位要方便得多;
(8)擴大使用范圍與同號
硬質合金頭頂尖相比，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、砂粒被自動清理至垃圾箱儲存，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，比回轉頂尖使用壽命則更長。
新頂尖與固定頂尖、回轉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
從上列數值中看出，本發明頂尖在性能上均已超過二類頂尖的優點，而無它們的缺點，故能完全取代它們。
本發明頂尖的制造工藝也不復雜。一體結構的其加工完全可用常規工藝制造，其材料根據用途可以是硬質合金，也可以是碳素工具鋼。對于碳素工具鋼的頂尖頭部表面可根據用途需要用表面強化工藝強化。也可用噴鍍、涂鍍硬質耐磨、耐腐材料以提高耐磨耐腐蝕性。要求高速、大負荷切削使用的，可用硬質合金先模壓出頂尖頭，再與頂尖體焊接加工。碟形彈簧可采用標準件。
實施例1發明人曾在一個硬質合金頭的普通4號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4個相同的V形槽，其剩余圓錐面上二相鄰切削刃間最大弦長為8.3毫米，而制作出強應力定位萬能頂尖，如圖2。
實施例2用45號碳素鋼及一般機械加工工藝制作出強應力定位萬能頂尖后，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、防蝕的強應力定位萬能頂尖。
實施例3用碳素工具鋼及常規機械加工工藝制出有4條等分V型槽如圖3的強應力定位萬能頂尖，其主要設計參數是軸段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，內徑d＝9.2，厚度δ＝1，最大壓縮量ho＝0.403，允許載荷(Pf＝0.75ho時)為128公斤，疊合片數每組4片，共7組，組裝后預壓80公斤，預壓量0.3毫米，這種組合可達的補償量為1.8毫米，最大軸向負荷為660公斤。
實施應用例1以實施例1制成的頂尖在C616車床上進行高速試驗，工件重量10公斤，在1980轉/分的轉速下試驗十分鐘，結果潤滑良好，中心孔無咬毛現象，且光潔度提高。
實施應用例2以實施例2制成的頂尖在磨床上進行試驗，工件為長軸，磨削10分鐘，檢驗中心孔光潔度
8，全面吻合發亮(即全面吻合良好)，其直徑擴大量僅為0.003毫米(即修正量)，工件光潔度
8，元跳動＜0.001毫米。
實施應用例3以實施例3制成的頂尖進行粗車試驗，進刀量t＝8，走刀量S＝0.28，切削速度V＝100公尺/分，進行超負荷重復試驗試驗結果加工件光潔度達
4，元跳動＜0.02，工件表面溫度為86℃中心孔表面呈光滑狀態，頂尖良好，無磨損現象，據計算，徑向切削力為500kg，工件熱膨脹是(以溫差60℃和工件長1000計算得)為0.66毫米，試驗結果表明本發明頂尖達到預期效果。
(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構強應力定位萬能頂尖。
(3)圖3-去除部份為扇形的組合結構強應力定位萬能頂尖。
圖4圖3圖2中序號說明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-導向、支承軸段。
G.10-導向軸段。
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。
權利要求
1.本發明是用于機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.由權利要求
1，其特征是去除的是4部份條狀體積。
3.由權利要求
1，其特征是頂尖尾錐體內設有碟形彈簧等組成的軸向伸長補償結構。
4.由權利要求
1，其特征是頂尖元錐頭是由硬質合金材料模壓工藝制成。
5.由權利要求
1，其特征是頂尖頭部定位元錐面上可噴鍍或涂鍍硬質，耐磨、耐腐材料。
專利摘要
本發明是用于機械加工中的強應力定位頂尖，本頂尖的設計思想著眼于應力定位，頂尖頭部定位圓錐面是間斷的，且帶有切削刃，能修正工件中心孔。高精度定位。由于頭部有空缺可儲存潤滑脂，可建立高強度油膜，保證無間隙定位、無振動切削，加上尾部的軸向伸長補償結構，能進行大徑向力切削及高速切削。結構簡單、制造方便、成本低，適用于粗、精、超精加工中使用。實施證明精加工后圓跳動量＜1μ。它具有固定頂尖和回轉頂尖二類頂尖有過之的優點，而無它們的缺點。
文檔編號B23B23/02GK85102439SQ85102439
公開日1985年12月20日 申請日期1985年4月1日
發明者方大同 申請人:方大同導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan