CN100377893C - 用于制造圆珠笔尖的工具及其制造和调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一用来制造圆珠笔尖(称作粗制笔尖)的座区域和较佳地是锥形区域的设备(10)。本发明还涉及制造这样的设备，以及其在高速转动的精密心轴上的安装。本发明的特征在于，设备构造成一体的单元。本发明改进的特征在于，它具有用来制造座区域(3)的座区域元件(12)，以及较佳地用来制造锥体(5a)的锥体元件(13)，所述元件(12、13)形成在一底部件(10a)上。

Description

用于制造圆珠笔尖的工具及其制造和调整方法
技术领域
本发明涉及一用来制造圆珠笔尖(称作粗制笔尖)的座区域和较佳地是锥形区域的工具。本发明还涉及制造这样的工具，以及其在高速的精密心轴上的安装。
背景技术
在现有技术中，这些区域借助于普通的自动机器进行连续加工，机器具有在相继的不同工作阶段速度变化的盘，由于变速的盘，偏心和毛刺都得到充分好的控制。其次，研制多部件的工具，它们能保持成各自地安装和固定在一公共的夹具装置内。这自然解决了毛刺消除问题，但要达到微米级精度的同心度和书写笔尖的理想的尺寸却困难重重，因为还没有高速和高精度的心轴，其转动轴线从静止状态到最大转速显示的偏移小于0.5微米。
DE1402888揭示了一种用于制造圆珠笔尖的工具，其仅具有制造圆珠笔尖座区域的元件，圆珠笔尖锥体区域需要用一单独的工具来加工。因此，不仅需要用不同的制造工序来对圆珠笔尖进行加工，而且使制造精度也难以提高。
发明内容
本发明的目的是制造一粗制笔尖，其精度是以前从未达到的。
本发明提供一种整体的工具，其用来通过排屑制造称之为粗制笔尖的圆珠笔尖的座区域和锥体，其具有一用来制造座区域的座区域元件，其中，它还具有一用来制造锥体的锥体元件，且这些元件形成在一底部件上。
本发明还提供一种通过线侵蚀制造上述工具的方法，其中，为了产生一对应的表面，线起初朝向与该表面相关的基准，同时，施加一低电压，直到发生一接触，使它能获得线的一可正确再生和精确确定的位置，然后制造该对应表面。
本发明还提供一种相对于精密心轴的转动轴线调整上述工具的轴线的方法，其中，在工具插入和固定在一沿精密心轴的方向X和Y相对于转动轴线可移动的支承内之后，通过心轴的转动，工具进入至少三个正交位置，在各个这些的位置中，通过测量底部的部分的圆柱形区域，确定两个轴线的同心度的偏差，此后，通过沿方向X和/或Y的对应的位移，作出必要的纠正。
由于本发明在同一工具上提供了一体化的制造圆珠笔尖座区域的座区域元件和制造笔尖锥体的锥体元件，因而使得制造精度能得以提高。
附图说明
下面参照附图较详细地描述本发明。
图1示出借助于根据本发明的工具形成的圆珠笔尖，
图2示出一根据本发明的工具，
图3和4示出根据本发明的工具的特别优选的变体。
具体实施方式
图1示出一通过排屑(粗制笔尖)完成加工后的圆珠笔尖，仅为了解释的目的，其中插入圆珠。这样的圆珠笔尖通常包括黄铜或镍银，它们以小的碎片通过排屑容易地加工。
如图1所示，一圆珠笔尖1具有一非常复杂的结构。基本上，它具有一用来引导圆珠笔油墨的中心通道2，为简化起见，下文中称之为“墨”，它通过孔2a进入圆珠4的座区域3内。该座区域3基本上包括一前导孔3a，它是孔2a的延伸，一环形的底表面3b和一通向前表面3d的圆柱形孔3c。
位于前表面3d延伸部的外形包括一锥体5a，它连同座区域3一起形成所谓的唇缘9(突缘)。在所示实施例的实例中，锥体5a通过一台肩5c连接到另一锥体5b，它的结构和功能将在下面解释。然后，它们连接到一台肩6和一圆筒7上。
该描述没有涵盖各种过渡、斜面、中间珠缘等，因为它们对于理解本发明不是特别地重要，还因为根据制造圆珠笔尖的技术领域内的技术人员的经验，它们都是众所周知的。
为了更好地理解在制造这样一圆珠笔尖中引起的诸多问题，还应该记得，对于诸如实施例中所示的实例显示的圆珠笔尖，台肩区域6内的最大直径不超过2mm，而圆珠4的座区域3必须形成有一微米或不到的精度。该精度必须在最大驱动速度下达到(每分钟240个，为实际的排屑加工提供0.125秒的时间)。通常由黄铜形成的这样一圆珠笔尖的成本，在不到一美分的量级上。
对于成品圆珠笔的质量来说，前导孔3a相对于台肩3b和圆柱形孔3c精确地同心是极其重要的。此外，前表面3d必须精确地构造成相对于座区域3的轴线3e呈旋转的圆柱体形式。锥体5a还必须相对于轴线3e精确同心地定位。在本描述中，“精确地”用来表示形状和位置的尺寸偏差在孔3c的公称直径的0.001倍的范围内。
前导孔3a的长度对于前导孔和台肩的同心度同样重要，其原因在于：在圆珠笔尖的排屑加工之后，墨的通道形成在前导孔3a和台肩3b之间的过渡区域内，借助于冲压工具，圆珠沿轴线方向压入其座内。然后，万一出现“羽翼”的外形，这在材料相对于轴线后推之后的加工过程中可能发生，重要的是确保成品的圆珠笔尖内完善的墨的流动，这可用前导孔的足够的深度来保证。
图1在左手侧示出冷压坯8的形状，其后，该冷压坯通过排屑加工出孔2和2a、座区域3和锥体5a。
图1还示出假想插入的圆珠4，用来说明圆珠如何从前表面3d伸出。
然后，墨通道冲压成环形的前表面3b，圆珠插入和压入到座表面内，突缘区域围绕圆珠夹紧。例如，借助于一旋转头来实施该夹紧，该夹紧围绕圆珠4并朝向座形成一具有微米级精度的狭窄的环形凹陷槽。该槽的几何精度是高质量圆珠笔尖的前提。
在现有技术中，座区域3和锥体5必须借助于多部件工具来形成，这些部件定位在高速(18000至60000r.p.m)下操作的精密的心轴上，而它们可个别地调整和固定在一工具头内。
精密心轴的轴承包括接触角为15°至30°的高预应力的球轴承，并且较佳地是最大精度级(ABEC9)的混合轴承，在心轴外壳内相对于质量、圆柱度、同心度和平行度具有IT 01至IT 1的精度。容纳诸轴承所使用的表面必须具有Ra不超过0.1的粗糙度。因为该精度，轴承才可预应力超过通常的限值，而不造成心轴不允许的过热。例如，轴承可借助于油薄雾进行润滑。也可要求一无接触的连接，例如，一迷宫式连接，来限制因摩擦产生的热。也可对这种类型的心轴进行同心度的控制。
当多部件工具为了修理工作和改装时，以及也在松开夹紧、调整和工具各部件的位置的其它变化过程中，仍存在以必要精度调整多部件工具的问题。这有必要保持工具的夹紧表面和夹紧工具完全地干净，因为夹紧状况的即使最微小的变化，不管是微小颗粒的存在还是由于工具夹紧的修改等，都将在纠正前和后造成纠正工作的不确定性。
已知能够个别地调整和固定的多部件工具的特性在于，粗制笔尖的理想的尺寸(一个微米的精度)和理想的几何形(也为一个微米的精度)只有克服很大的困难才能获得。
试图形成一体工具(单件)来制造座区域3和较佳地锥体5a，可能的台肩5c的各种努力均告失败，因为这样一工具，通常包括含有4％的Co的细颗粒碳化钨的该工具非常难于磨削，尤其是用0.02mm的边缘半径。因为磨轮上的磨损，所以，磨轮必须经常修整其伴有的所有问题。因此，使用电火花侵蚀是有利的。如果使用一更现代的材料，例如，细颗粒的多晶石英(DPC)，则仅可通过电火花侵蚀(EDM，电荷加工)来实施金加工，较佳地通过线侵蚀切割(线-EDM)，用15至50μm直径的细丝，能达到要求制造的小的过渡半径。
图2示出一达到该目的的根据本发明的工具10。例如，该工具由一直径为4mm的圆柱形杆制造，其圆度和圆柱度的偏差小于0.5μm。该精度可通过无心磨来实现。
该一体的工具10，其在圆珠笔尖加工过程中沿箭头D的方向转动，该工具具有一底部区域10a，其具有上述的圆度和圆柱度，并起作一基准。为此目的，该底部区域10a围绕其整个圆周较佳地形成在离座区域元件一轴向距离处(较佳地离边缘10b为1.5mm)。在“上”区域内，底部元件在一台阶中平行于轴线16位移，沿轴向方向直到全部的底部区域，并沿着在合适距离处(图1中，至少是孔3c的直径的51％)的边缘10b。该台阶为工具(未示出)的一部分留出空间，它形成锥形区域5a。座区域元件12，其形成前导区域3a、环形底表面3b、圆柱形孔3c，以及从底突出的前表面3d。
在实施例的所示的实例中，座区域元件12具有一多次折叠的切割外形14，它包括下列部分：最上部分形成从孔2a到前导孔3a的过渡，其后的部分形成前导孔3a，环形底表面3b，圆柱形孔3c，以及最后的前表面3d。切割外形14位于面区域12a，它较佳地位于底10a的中心上方0.05至0.1mm处(由轴线16穿过表面12c处的点所示)。这能使自由表面12b相对于面区域12a垂直地放置，使其能获得机械上稳定的和耐磨损的切割几何形。
通过相对于轴线16的横向位移，可从夹紧装置实现座区域的直径的纠正，而不需移去一体的工具部分10，其包括座区域元件12，座区域部分3a、3b、3c和3d的诸部分之间的不同的距离在工具上相对于彼此不能变化，因为工具的一体的结构。由于位移，仅直径同时地修改相同的量。当直径达到要求的值时，获得高于前表面3d的准确的突出，而不需任何其它的动作。
如上所述，完成该用于座区域的一体的工具10，带有用于锥体区域5a、以及较佳地用于台肩5c的部分(未示出)。事实上，多部件工具的上述的诸问题仅起一可忽略的作用，因为没有必要移去一体的工具10，在更换锥体元件的过程中，由于任何的偏差，仅突缘9(图1)的壁厚可变化，其在几个微米的范围内，但该部分的同心度未受影响。因为该独立的锥体部件，所以，通过沿着平行于轴线16延伸且由边缘10b界限的平面，相对于一体的部件10移动该部件，由此，可与座区域3的直径无关地调整突缘9的厚度。
图3和4示出一根据本发明的工具，其中，座区域元件12和锥体元件13在一公共底部件10a上也构造成一体件。在实施例所示的实例中，锥体元件13形成锥体5a和台肩5c(图1)。
锥体元件13具有一前表面13a，它较佳地通过底部10a的中心(通过轴线16)，并形成一相对于前表面12a大于90°的角，较佳地约为120°。这为从两个切割外形14和15中排屑提供足够的空间，以及两个元件12和13的足够的机械强度。
图3和4的组合视图示出沿轴向方向在前表面13a前面的深的切口，以及在座区域元件12和锥体元件13之间的槽。这些自由空间可由下述方法来形成。图3还示出座区域元件12的很小表面的复杂结构，它也可用以下所述方法以精密的方式进行制造。
对于一体的工具的两个实施例，工具10的定位分几个阶段实施：首先，通过沿方向X和/或Y(它们与方向Z一起形成一正交坐标系，其中，方向Z与轴线16相一致)位移工具或其夹紧装置，使轴线16与精密心轴的转动轴线相一致。其做法是：转动心轴到四个预定的和合适的标记的正交位置(它们涉及面12a的平面)，在这些位置相对于一在定位操作过程中固定的精确的刻度指示器(扭簧式比较仪)，确定圆柱形表面离底部10a的精确距离。以此方法沿方向X或Y测得的偏移进行纠正，位移工具直到偏移小于0.5μm。
然后，制造和测量多个试样。可如下地矫正测得的粗制笔尖相对于要求的尺寸的偏差。
为了增加座区域3的直径，工具10仅需平行于面的平面、换句话说沿X轴线的方向位移。在放置工具10的过程中，沿此方向，面平面12a已经精确地定位。由于面平面12a和13a之间的角度大于90°所以，这提供锥体5a和台肩5c的直径的减小。这可通过朝向Y轴线的对应的位移予以补偿。如果面平面12a和13a之间的角度已知，则沿方向X和方向Y的位移幅值，它们提供座区域3的要求的直径和突缘9的要求的厚度，可通过数值方法或图形方法容易地确定所述位移幅值。必须始终确保工具10的轴线16保持正确地平行于精密心轴的轴线。
根据本发明的工具的制造，通过线侵蚀方法进行，有可能使用上述的带有在底部件10a内的外表面的高精度的圆柱形杆。该杆首先朝向杆的圆柱形外表面，然后，施加一低的电压(例如，10V)，直到形成接触，在这一点上，由于杆的精密的结构，线的正确再生和正确确定的位置，或更确切地说，是其外表面的位置，可相对于杆16的轴线被找到。因此，不管位置或工具10或线的夹紧操作如何变化，可以需要的精度制造工具10的各种边缘、表面和槽。
较佳地，对于定向既不平行于也不垂直于轴线16的台肩等的制造，应提供其它的基准、表面或边缘。
为此目的，必须用实验方法在加工条件下(电压基本上高于上述测量操作中的电压、使用的频率、电容、表面的尺寸等)，确定和考虑外表面相对于被加工(电火花间隙)表面离线的距离。用于高精度线的较佳的材料是钨、钼和镀黄铜的钢丝。
再应强调的是，工具10的直径在圆柱形部分仅为4mm(假定用于确定位置)，切割外形14和15的位置必须建立小于一个微米的精度。切割外形14的表面12a、12b和12c以及切割外形15的类似的表面必须匹配预定的几何形，达到一个微米的精度。
本描述将不包括诸如边缘或条带17的结构之类的细节，所述条带在制造和使用过程中对于工具10相对于X轴线精密对齐的安装中，用作视觉上可识别的基准。简单地应注意到，在制造和安装如图2和4所示的工具10的过程中，设置包括完全连续的外圆柱形外表面的一区域不是绝对必需，且有高精度外圆柱形外表面区域则已足够，在这些区域中，要求有对于电火花侵蚀机的调整或标定，以及对夹紧装置中的精密心轴的定位和调整。
本发明不局限于实施例中所示的实例，但可以各种方式进行修改。因此，首先，切割外形可适于座区域3(锥形底表面3b等)的要求形状，或在圆珠笔尖处的锥体5a的要求的形状。另外的锥体5b不必连接到锥体5a。传统的做法是，底件10的轴向长度是直径的两倍，但这不是限制条件。

Claims (14)

1.一整体的工具(10)，其用来通过排屑制造称之为粗制笔尖的圆珠笔尖的座区域(3)和锥体(5a)，其具有一用来制造座区域(3)的座区域元件(12)，其特征在于，它还具有一用来制造锥体(5a)的锥体元件(13)，且这些元件(12、13)形成在一底部件(10a)上。
2.如权利要求1所述的工具，其特征在于，底部件(10a)具有一形状为圆柱形式的外表面，其至少部分区域围绕工具的轴线(16)。
3.如权利要求1或2所述的工具，其特征在于，它具有两个切割外形，其中，座区域外形(14)和锥体外形(15)分别与至少基本上平行于轴线(16)的前表面(12a)和前表面(13a)关联，且两个前表面形成一大于90°的角。
4.如权利要求3所述的工具，其特征在于，两个前表面形成120°的角。
5.如权利要求1或2所述的工具，其特征在于，一通道设置在座区域元件(12)和锥体元件(13)之间，用于碎屑的通过。
6.如权利要求1或2所述的工具，其特征在于，锥体元件是一独立件，不与工具制成一体。
7.如权利要求6所述的工具，其特征在于，它具有一沿一直线边缘(10b)的台阶，且锥体工具件沿边缘(10b)配装，以使它能在台阶内位移。
8.一种通过线侵蚀制造一如权利要求1至7中任何一项所述的工具的方法，其特征在于，为了产生一对应的表面，线起初朝向与该表面相关的基准，同时，施加一低电压，直到发生一接触，使它能获得线的一可正确再生和精确确定的位置，然后制造该对应表面。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，可以是表面和/或边缘的其它的基准被设置来制造台肩等，它们定向成不平行于或垂直于轴线(16)。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，根据要求的表面质量和表面几何形，来实施基准已经放置成接触后的线调整运动和切割操作，在线上施加合适的电压、频率和电容，以及合适的机械张力。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述低电压为10V。
12.一种相对于精密心轴的转动轴线调整一如权利要求1至7中任何一项所述的工具(10)的轴线(16)的方法，其特征在于，在工具(10)插入和固定在一沿精密心轴的方向X和Y相对于转动轴线可移动的支承内之后，通过心轴的转动，工具进入至少三个正交位置，在各个这些的位置中，通过测量底部(10a)的部分的圆柱形区域，确定两个轴线的同心度的偏差，此后，通过沿方向X和/或Y的对应的位移，作出必要的纠正。
13.如权利要求12所述的方法，用来获得圆珠笔尖的要求的尺寸，其特征在于，制造和测量样品笔尖，然后，根据偏差，使轴线(16)位移。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，工具进入四个正交位置。
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