專利名稱：一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒，為金剛石鍍層(或 燒結(jié)層)超高精度同軸研鉸棒，屬于研鉸工藝技術(shù)領(lǐng)域中加工高精度同軸孔系 的新型研鉸工具。
背景技術(shù)：
各類中小型數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵的高精度主軸部件，其中最難達(dá)到精度要求的主軸
套筒零件，如圖2其同軸孔系的前后軸承座孔A和B的同軸度、圓度、圓柱度、 端面垂直度以及表面粗糙度等各項(xiàng)精度均有很高的要求，主軸套筒的加工質(zhì)量 直接影響到精密高速主軸的使用精度，對(duì)于主軸套筒高精度同軸孔系的機(jī)械加 工方法，歸納起來(lái)有如下不同的加工方案，但各有各自的不可克服的難點(diǎn)和薄
弱環(huán)節(jié)，其分析如下
1 . 主軸套筒類高精度同軸孔系的前后軸承座孔一次懸鏜的加工方案
以①165外圓定心，以C端面定位，最后精鏜和用CBN刀片的組合長(zhǎng)鏜桿不 換刀僅使用機(jī)床Z軸運(yùn)動(dòng)一次先后將B孔及A孔精鏜出，工藝上可以保證兩孔 同軸度，加工效率高，但存在以下問(wèn)題
由于懸鏜的鏜桿過(guò)長(zhǎng)，這也正是加工機(jī)床難以保證加工質(zhì)量的難點(diǎn)，其遠(yuǎn) 端B孔的加工質(zhì)量將低于前端A孔。即使使用精密機(jī)床加工，其機(jī)床主軸的回 轉(zhuǎn)精度和剛度再好在長(zhǎng)鏜桿懸鏜情況下也很難保證圓度和圓柱度3u的要求，而 表面粗糙度使用新刀片在最好的加工條件下只能保證RaO. 8，很難保證RaO. 4的
要求，尤其懸鏜遠(yuǎn)端孔難度則最大。
2 .180°調(diào)頭鏜套筒兩端軸承座孔加工方案
用精密臥式加工中心或臥式坐標(biāo)鏜床，采用180°調(diào)頭精鏜套筒前后兩端軸 承座孔的加工方法，很難保證套筒兩端軸承座孔的同軸度，其原因如下
a. 任何精密轉(zhuǎn)臺(tái)都有士2"的轉(zhuǎn)角誤差，調(diào)頭轉(zhuǎn)角180°其轉(zhuǎn)角誤差就直接
造成所鏜兩孔中心線不在同一條軸線上，而產(chǎn)生調(diào)頭鏜兩孔的不同軸誤 差。調(diào)頭轉(zhuǎn)角后工作臺(tái)的鎖緊又會(huì)引起新的誤差。
b. 精密轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)后，其工作臺(tái)的上平面必然有端面跳動(dòng)，其跳動(dòng)值就直接 造成調(diào)頭鏜兩孔中心線的不等高，也會(huì)引起加工后的兩孔不同軸。
c. 利用精密轉(zhuǎn)臺(tái)180°調(diào)頭鏜套筒兩端軸承座孔，其套筒不可能正好安裝在 轉(zhuǎn)臺(tái)中心上，必然有偏置，所以轉(zhuǎn)臺(tái)180。調(diào)頭后，工作臺(tái)X軸就會(huì)有位 移自動(dòng)跟蹤以保證兩孔中心線同軸，工作臺(tái)有移動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生位移誤差， 其位移誤差值也直接造成兩孔的同軸度誤差。
綜合前述a、 b、 c三個(gè)原因，要想達(dá)到主軸套筒兩端軸承座孔5ym的同軸 度高精度要求是根本不可能的， 一般調(diào)頭鏜最好情況下只能達(dá)到10 um的同軸 度。
因此調(diào)頭鏜只能作為粗鏜、半精鏜用，而不能作為精鏜主軸套筒兩端軸承 座孔用。
3 . 利用精密內(nèi)圓磨床調(diào)頭磨主軸套筒兩端軸承座孔的加工方案 因主軸套筒兩端軸承座孔軸向尺寸跨度大，不可能用長(zhǎng)砂輪桿在一次定位
下磨出主軸套筒前后兩端軸承座孔，而普遍都采用調(diào)頭磨的加工方案。
由于主軸套筒軸向尺寸長(zhǎng)，調(diào)頭磨必須用剛性足、微量調(diào)整精度高、支承 穩(wěn)定的中心架，其磨削精度不僅取決于機(jī)床工作主軸回轉(zhuǎn)精度，還與主軸套筒 的裝卡及中心架所支承的套筒外圓精度(圓柱度、同軸度)以及調(diào)整找正精度有 關(guān)。
(1) 調(diào)頭磨削主軸套筒類型的高精度同軸孔系對(duì)工藝支承用外圓的工藝要 求
a圓度要求
要想磨出圓度《3um的孔，其中心架所支承用的外圓必須《1.5um，否 則外圓的不圓度將復(fù)映到所磨的孔中； b同軸度要求
要想磨出主軸套筒兩端軸承座孔的同軸度《5um，其中心架兩端支承用 的外圓同軸度必須《2um; C找正精度要求
精密內(nèi)圓磨床磨削主軸套筒兩端軸承座孔， 一般都采用以外圓定位，卡
一端，中心架架另一端進(jìn)行調(diào)頭磨，裝卡要求找正遠(yuǎn)近端支承外圓跳動(dòng)《2 um，并找正遠(yuǎn)近端外圓上母線及側(cè)母線《2um，否則磨不出圓度、圓柱度《 3um，同軸度《5um的主軸套筒的兩端軸承座孔。
(2) 對(duì)加工設(shè)備加工精度要求 a對(duì)精密外圓磨床要求
瑞士STUDER公司產(chǎn)的精密外圓磨床，其磨削圓度可達(dá)0.4um，表面粗糙 度可滿足Ra《0. 2 u m要求，如果外圓磨床自身精度滿足不了 1. 5 u m圓度要求， 就不能達(dá)到磨削主軸套筒內(nèi)圓作為工藝用支承外圓精度要求。 b對(duì)精密內(nèi)圓磨床要求
瑞士 VOUMARD公司產(chǎn)的精密內(nèi)圓磨床，其所磨削內(nèi)圓的圓柱度可達(dá)0. 5ix m， 表面粗糙度Ra值可達(dá)0. 2 P m，如果內(nèi)圓磨床自身精度滿足不了 2 ii m圓度磨削 要求，就不能用于磨削高精度主軸套筒前后軸承座孔。
精密內(nèi)圓磨還必須配備大直徑、剛性足、微調(diào)精度高、鎖緊可靠、調(diào)整后 磨削精度穩(wěn)定的精密中心架，才可有效的提高磨削效率，減少調(diào)整找正時(shí)間。 (3)綜合上述用精密內(nèi)圓磨床調(diào)頭磨削主軸套筒同軸孔系的前后兩端軸承座 孔方案可行性分析及存在的問(wèn)題
利用精密外圓磨床及精密內(nèi)圓磨床生產(chǎn)制造精密主軸套筒，在精度和質(zhì) 量上是可行的，但其存在以下問(wèn)題
1、 設(shè)備投資大，需購(gòu)置價(jià)格昂貴的精密外圓磨床及精密內(nèi)圓磨床；
2、 制造精度受人為因素的影響太大；
如磨削高精度外圓除靠高精度外圓磨床加工其精度，更重要的還與人為 的研磨頂尖孔質(zhì)量有關(guān)，如頂尖孔加工質(zhì)量不好會(huì)造成軸類中心線搖擺，就磨 不出更高精度的外圓。
調(diào)頭磨削主軸套筒兩端軸承座孔，除靠高精度內(nèi)圓磨床外，更重要的還與 人為調(diào)整找正精度有關(guān)，如找正精度不夠或中心架調(diào)整后精度不穩(wěn)定，就會(huì)直 接影響前后軸承座孔的同軸度。由于中心架支承造成偏心也磨不出同軸度《5u m及圓柱度《3 ii m的軸承座孔來(lái)。
3、 效率低、加工成本高、不適合規(guī)模生產(chǎn)。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型金剛石鍍層(燒結(jié)層)超高精度同軸研鉸棒是新研鉸工藝， 為解決高精度同軸孔系精加工提供的一種實(shí)用新型的研鉸工具。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是
一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒，在各外圓軸向上合理的布有前導(dǎo)向 錐、前后導(dǎo)向柱、前后研鉸柱、端面金剛石研鉸鍍層及后導(dǎo)向錐；
在前導(dǎo)向錐、前后導(dǎo)向柱及前后研鉸柱后導(dǎo)向錐外圓上及相應(yīng)的端面上均 有金剛石鍍層。
本實(shí)用新型的效益在于，金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒的尺寸公差、圓度、 圓柱度、同軸度均達(dá)到極高精度。研鉸棒以主軸套筒原留研量的前后軸承座孔 同時(shí)作為導(dǎo)向，通過(guò)簡(jiǎn)單易行對(duì)孔系的手工研鉸，成功的彌補(bǔ)和修正了原孔系 難以解決而產(chǎn)生的幾何精度(圓度、圓柱度、同軸度)誤差，且能達(dá)更高的精度 要求。使主軸套筒孔系加工原處于難以解決的劣勢(shì)得以成功的解決，從而轉(zhuǎn)化 為新的優(yōu)勢(shì)。此項(xiàng)創(chuàng)新工藝技術(shù)對(duì)提高我國(guó)機(jī)床行業(yè)批量生產(chǎn)各類中小型數(shù)控 機(jī)床精密主軸部件，在技術(shù)上工藝上具有推廣意義。
利用金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒對(duì)主軸套筒孔系的研鉸精度取決于研 鉸棒自身制造精度，經(jīng)研鉸后的主軸套筒孔系可獲得用其他方法難以達(dá)到的高 穩(wěn)定的加工精度。研鉸棒在被加工孔系中即做正反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又做前后 軸向運(yùn)動(dòng)，其研鉸加工機(jī)理是其鍍層金剛石磨粒在孔內(nèi)不會(huì)重復(fù)先前的運(yùn)動(dòng)軌 跡，從而極易切掉被研鉸孔表面上的凸峰，即可獲得極低的表面粗糙度，又可 修研矯正同軸孔系原加工的同軸度、圓度、圓柱度、尺寸公差、端面垂直度等 各項(xiàng)精度誤差，并達(dá)到更高精度要求。金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒對(duì)主軸
套筒高精度同軸孔系研鉸過(guò)程，不需要任何復(fù)雜設(shè)備，只要手工簡(jiǎn)單操作；研
鉸過(guò)程只用煤油潤(rùn)滑，只要研鉸棒在被研孔內(nèi)做正反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同時(shí)又做軸向 運(yùn)動(dòng)，使整個(gè)孔系表面及相應(yīng)的垂直內(nèi)端面都得到均勻的研鉸，軸向手工研鉸
到底再返回只往復(fù)一次即可。簡(jiǎn)單易行的手工操作就可使主軸套筒高精度同軸 孔系加工高效獲得質(zhì)量穩(wěn)定的高精度。其效率和可靠性是其他加工方法不可比 擬的。金剛石研鉸方法加工主軸套筒類型零件的高精度同軸孔系，無(wú)需任何加
工設(shè)備，其每套三根研鉸棒總價(jià)格不超過(guò)1. 2萬(wàn)元，每套可保研鉸2000件以上， 即攤到每個(gè)主軸套筒高精度同軸孔系精研鉸加工投資成本費(fèi)約為6元左右，采
用其他加工方法投入的成本遠(yuǎn)超過(guò)金剛石研鉸的成本。經(jīng)研鉸后主軸套筒可獲 極小的表面粗糙度，可有效地提高孔系加工表面的耐磨性、抗腐蝕能力和疲勞 極限。
同軸度及圓柱度極高的一種新型金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒是利用主 軸套筒原鏜出的同軸的前后軸承座孔作導(dǎo)向，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單易行的手工研鉸工藝方 法，批量高效、質(zhì)量穩(wěn)定、低成本的解決了數(shù)控機(jī)床主軸套筒類型的高精度同 軸孔系加工的難題。
研鉸棒鍍層的金剛石硬度極高很耐用，在研鉸二三百件的主軸套筒類零件的 高精度同軸孔系，不僅效率高，其金剛石鍍層研損量很小可忽略不計(jì)。在研鉸 過(guò)程中不加任何研磨劑，只加適量煤油作潤(rùn)滑劑，利用主軸套筒原同軸孔作導(dǎo) 向，手工操作通過(guò)金剛石鍍層超高精度研鉸棒與主軸套筒被研鉸孔系在一定的 研磨力作用下，研鉸棒在被研鉸同軸孔系內(nèi)既作正反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又作軸向運(yùn) 動(dòng)，在被研孔系內(nèi)前后只往復(fù)一次即可從主軸套筒被研孔系及內(nèi)孔垂直端面上 修正和研鉸下一層極薄的金屬，從而提高被研孔系的同軸度、尺寸精度、圓度、 圓柱度、端面垂直度，在研鉸過(guò)程中還能保證尺寸公差一致并可降低被研鉸孔 系的表面粗糙度。


圖1為金剛石鍍層(燒結(jié))同軸研鉸棒示意圖。 圖2為所要加工的主軸套筒零件示意圖。
具體實(shí)施方式
金剛石鍍層(燒結(jié)層)高精度同軸研鉸棒的結(jié)構(gòu)如下
1. 結(jié)構(gòu)
金剛石鍍層(燒結(jié))同軸研鉸棒結(jié)構(gòu)如圖1所示由前導(dǎo)向錐(1)、 (2)、 前后導(dǎo)向柱(3)、 (4)、前后研鉸柱(5)、 (6)、端面金剛石研鉸鍍層(7)及后
導(dǎo)向錐(8)、 (9)組成。
在前導(dǎo)向錐(1)、 (2)、前后導(dǎo)向柱(3)、 (4)及前后研鉸柱(5)、 (6)及 后導(dǎo)向錐(8)、 (9)外圓上及端面(7)上均有金剛石鍍層。
2. 參數(shù)選定
研鉸棒鍍層金剛石粒度的選擇及鍍層厚度的確定
鍍層金剛石粒度選擇越粗，金剛石鍍層越厚，其研鉸效率高，但表面粗糙
度Ra值相對(duì)較高；相反鍍層金剛石粒度選擇越細(xì)，金剛石鍍層較薄，其研鉸效 率低，表面粗糙度Ra值相對(duì)較低。因此選擇鍍層金剛石粒度與研鉸質(zhì)量、研鉸 效率密切相關(guān)。
選用中空焊接件結(jié)構(gòu)，使研鉸棒基礎(chǔ)件總重量《20 25kg;
硬度達(dá)HRC42要求，可防止金剛石壓入基礎(chǔ)件，又可延長(zhǎng)金剛石鍍層使用 壽命；
采用具有較好淬透性及焊接性能的40Cr材料制造，并采用工件變形較小的
油淬的熱處理工藝，可降低研鉸棒的制造成本。 前后導(dǎo)向錐結(jié)構(gòu)要點(diǎn)
前后導(dǎo)向錐角一般為15° 10°，其前導(dǎo)向錐(1)處前導(dǎo)向錐取10°可使研 鉸棒起始導(dǎo)入軸承座孔時(shí)有較大的自由擺動(dòng)，這有利前后導(dǎo)向柱(3)更容易的 導(dǎo)入軸承座孔。
在前導(dǎo)向柱(3)己完全進(jìn)入后軸承座孔，在已有良好的導(dǎo)向情況下前導(dǎo)向 錐(2) 5。處才開始進(jìn)入前軸承座孔，因5。定心較好從而有利于后導(dǎo)向柱(4) 處正確的導(dǎo)入前軸承座孔。
其后導(dǎo)向錐(8)、 (9)兩處均為10°，可減小零件被研鉸孔的進(jìn)口處出現(xiàn)喇 叭口，又可使研鉸棒軸向后退出時(shí)也有一個(gè)合理的導(dǎo)向錐，可避免研鉸棒上的 前后研鉸柱(5)、 (6)研鉸柱劃傷被研鉸孔的表面。
前導(dǎo)向錐(1)、 (2)及后導(dǎo)向錐(8)、 (9)對(duì)前后研鉸柱(5)、 (6)的跳 云力應(yīng)<1.5 y m。
前后導(dǎo)向柱(3)、 (4)兩處自身圓度和圓柱度應(yīng)《lwm;
前后導(dǎo)向柱(3)、 (4)兩處對(duì)前后研鉸柱(5)、 (6)兩處的同軸度應(yīng)《1.5
前后導(dǎo)向柱(3)、 (4)兩處表面粗糙度均應(yīng)達(dá)到Ra0.2的要求。
前后研鉸柱(5)、 (6)兩處研鉸柱幾何精度(圓度、圓柱度、同軸度)是 確保被研鉸孔系精度的關(guān)鍵，均取被研鉸孔系幾何精度的1/3。
前后研鉸柱(5)、 (6)兩處自身的圓度、圓柱度應(yīng)《lum，以滿足被研鉸 孔系的圓度和圓柱度《3 u m要求；
前后研鉸柱(5)、 (6)兩處彼此的同軸度應(yīng)《1.5ym，以滿足被研鉸孔系的 同軸《5um要求；
前后研鉸柱(5)、 (6)兩處表面粗糙度Ra值均應(yīng)達(dá)到Ra0.2的要求。
實(shí)施例l:(第一研鉸棒)
一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒鍍層金剛石的粒度80 100，比被研
孔小0.01 0. 012mm;其鍍層金剛石粒度選擇為80 100，半徑上金剛石鍍層厚 度為0.15mm。
金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒的導(dǎo)向柱及研鉸柱外圓上應(yīng)均開有圓弧溝 槽，垂直研鉸應(yīng)開截面為圓弧的交叉雙向螺旋溝槽，若是水平研鉸應(yīng)開圓弧截 面直溝槽。
金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒前后導(dǎo)向柱(3)、 (4)兩處外圓尺寸應(yīng)與 主軸套筒同軸孔系前后軸承座孔預(yù)加工留有研鉸量的孔徑有0.015 0.022的導(dǎo) 向間隙；
一般被研鉸后孔徑實(shí)際尺寸均比金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒的前后研 鉸柱(5)、 (6)兩處外圓實(shí)際尺寸大0.01 0.012，因此前后研鉸柱(5)、 (6) 兩處研鉸柱外圓尺寸大小的確定應(yīng)考慮上述因素。
金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒前后研鉸柱(5)、 (6)兩處外圓大小要想 使被研鉸孔徑實(shí)際尺寸達(dá)到公差上限為0或小2 u m的研鉸效果，因此前后研鉸 柱(5)、 (6)兩處研鉸柱外圓應(yīng)比被研孔徑名義尺寸小0.012 0.015mm。
實(shí)施例2:(第二研鉸棒)
一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒，粒度110 120，外徑比實(shí)施例1的 研鉸棒大0. 004 0. 005mm，帶雙向螺旋溝槽；鍍層金剛石粒度選擇為100 110， 半徑上金剛石鍍層厚度為0.15mm。
金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒的導(dǎo)向柱及研鉸柱外圓上均應(yīng)開有圓弧溝槽，垂直研鉸應(yīng)開截面為圓弧的交叉雙向螺旋溝槽，若是水平研鉸應(yīng)開圓弧截 面直溝槽。
金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒前后導(dǎo)向柱(3)、 (4)兩處外圓尺寸應(yīng)保證 與主軸套筒的前后軸承座孔被第一棒研鉸后的實(shí)際孔徑尺寸有0.015 0.02的導(dǎo) 向間隙；
金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒前后研鉸柱(5)、 (6)兩處外圓應(yīng)比實(shí)施 例1的金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒前后研鉸柱(5)、 (6)兩處外圓實(shí)際尺 寸大3 4 y m;
實(shí)施例3:(第三研鉸棒)
一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒，粒度110 120，外徑比實(shí)施例2的 研鉸棒大0.003mm，無(wú)溝槽。鍍層金剛石粒度選擇為100 110，半徑上金剛石 鍍層厚度為0.15mm。
第三金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒前后導(dǎo)向柱(3)、 (4)兩處外圓實(shí)際 尺寸應(yīng)保證與主軸套筒的前后軸承座孔被第二棒研鉸后的實(shí)際孔徑尺寸有 0.015 0.018的導(dǎo)向間隙。
第三金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒的前后研鉸柱(5)、 (6)兩處外圓應(yīng) 比實(shí)施例2的金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒前后研鉸柱(5)、 (6)兩處外圓 實(shí)際尺寸大2 3um。
權(quán)利要求1.一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒，其特征是在各外圓軸向上合理的布有前導(dǎo)向錐、前后導(dǎo)向柱、前后研鉸柱、垂直端面金剛石研鉸鍍層及后導(dǎo)向錐；在前導(dǎo)向錐、前后導(dǎo)向柱及前后研鉸柱及后導(dǎo)向錐外圓上及相應(yīng)端面上均有金剛石鍍層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒， 其特征是在外圓軸向上布有雙向螺旋溝槽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種金剛石鍍層超高精度同軸研 鉸棒，其特征是雙向螺旋溝槽為截面為圓弧的交叉雙向螺旋溝槽或 圓弧截面直溝槽。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種金剛石鍍層超高精度同軸研 鉸棒，其特征是為中空焊接件結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒，其 特征是為中空焊接件結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒，在各外圓軸向上合理的布有前導(dǎo)向錐、前后導(dǎo)向柱、前后研鉸柱、端面金剛石研鉸鍍層及后導(dǎo)向錐；在前導(dǎo)向錐、前后導(dǎo)向柱及前后研鉸柱后導(dǎo)向錐外圓上及相應(yīng)的端面上均有金剛石鍍層。針對(duì)各類數(shù)控機(jī)床主軸套筒類零件高精度同軸孔系，使用傳統(tǒng)的各種機(jī)械加工手段，其各項(xiàng)精度(圓度、圓柱度、同軸度、尺寸精度、端面垂直度及表面粗糙度)難以達(dá)到高精度的共性問(wèn)題。本實(shí)用新型通過(guò)簡(jiǎn)單易行的人工研鉸，可在批量生產(chǎn)中穩(wěn)定高效的修研矯正同軸孔系原加工的各項(xiàng)精度誤差，并可低成本的達(dá)到用其他加工方法難以達(dá)到的高精度要求。
文檔編號(hào)B24B5/48GK201186401SQ200720187358
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者剛 孫, 京 束, 王超穎 申請(qǐng)人:北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司