CN100479984C - 工件定心装置和拉削方法 - Google Patents

Abstract

一种相对于某一工具的中心线确定工件中心的装置包括一个牢固地相对于该工具固定的径向固定构件，该构件与该工具同心。一个从该径向固定构件偏移的偏移机构将基本上均匀分布的径向力施加到该工件的周面上，从而使该工件与该工具对中。一种拉削一个具有内直径和内直径的工件的方法包括：机加工该外直径，然后将沿圆周分布的径向力施加到该内直径或该外直径上，从而使该工件与一拉削工具对中。在施力步骤后使用该拉削工具拉削该工件的内直径。

Description

工件定心装置和拉削方法

相关申请的相互参考

本申请要求享有2005.06.22提交的美国临时申请No.60/692,936的优先权，该申请被本文整个参考引用。

技术领域

本发明涉及工件的定心装置，具体地说，就是使工件相对于工具如拉削工具定心的装置。本发明还涉及一种拉削方法。

本发明的背景

所制机件的质量和性能直接与是否符合零件的技术要求有关。技术要求的符合又受该机件历经的多个制造工艺和不同技术要求的尺寸公差或“间隙”的累计效应或各的影响。例如一般形成内齿轮切割或用其他方法得到初步的内直径孔和外直径。然后齿轮的外直径经受拉削过程，随后内直径经受内拉削过程。由于这两个过程都是先导工序，其中拉削工具沿轴向通过机件，在拉削前内直径上的规定公差很小以便确保与工具的紧配合和减少尺寸误差的累积。事实上在工件最小可接受的内直径下，拉削工具先导部的直径一般只有0.030mm-0.050mm的公差。对很小的尺寸公差的需要会增加机件的费用。另外，在外部拉削过程之后而在内部拉削过程之前，机件的内直径孔一般被车削即再切削，以便确保内孔和新近被拉削的外部直径具有可被接受的同心度。这个外加的工艺步骤牵涉到相当大的资本费用。如果能用少量工艺步骤控制内直径、外直径和拉削工具的同心度，那么完成工件的工作性能将可提高而报废的机件数将可减少。

本发明的综述

所提供的定心装置能相对于拉削工具确定件的中心，从而可提高同心度并减少完工机件上累积位置误差的影响。具体地说，定心装置包括一个在径向固定构件，该构件相对于工具牢固地被固定，使该在径向固定构件和该工具同一圆心。该定心装置还包括一个偏移机构(该机构可以是一个弹簧或一个液压的或气动的活塞)，该机构将基本均匀分布的径向力施加在该工件的周面上，从而在用该工具机加工该工件之前使该工件相对于该工具对中。该定心装置所作用的工件的周面可以在内直径上或外直径上。该外直径例如可以是外齿轮齿内凹槽的直径。该定心装置可以利用液压或气压主动地，或利用一个或以上的弹簧被动地确定工件的中心。

该定心装置使我们能用改进的方法拉削工件。工件的外直径可首先被机加工(如筒形拉刀拉削、堞形刮削、滚铣或车削)以便形成一个需要的外形。然后将该工件送到拉削工具，降低该拉削工具使该工具的先导部穿过该工件。该定心装置确定工件相对于该工具的中心位置。接下来就可使该工具的工作部分移动越过该工件的内周表面对该工件的内直径进行拉削。这样在机加工该外直径后就不再需要车削或再切削该工件内直径的中间步骤。

本发明的上述这些和其他一些特点和优点在阅读下面结合附图对实施本发明的最佳模式所作的详细说明后当可容易明白。

附图的简要说明

图1为一具有外花键的内齿轮的概略透视图；

图2为一用来确定工件相对于拉削工具的内直径中心的定心装置的部分剖开立视图；

图3为图2中定心装置的局部剖视图；

图4为一用来相对于拉削工具的内直径确定工件中心的定心装置的第二实施例的局部剖视图；

图5为一用来相对于拉削工具的外直径确定工件中心的定心装置的第三实施例的部分剖开立视图；

图6为图5中定心装置的局部剖视图；

图7-10分别为一用来相对于拉削工具的外直径确定工件中心的定心装置的第四、第五、第六、第七实施例的局部剖视图。

较优实施例的说明

参阅附图，其中相同的标号指相同的机件。图1所示完工的机件10为一内齿轮经过加工后在外周面上具有花键12并在内周面上具有内齿14。为了控制质量，重要的是内齿14须与外花键12同心。其他具有类似同心要求的机件尚有在端头上具有堞形刮削出键槽的一些内齿轮或具有内花键的外齿轮。下面说明的定心装置可被用于任何一个机件的工件上，当该机件具有已被机加工的外直径(例如外直径经受过任一种已知的机加工过程如筒形拉刀拉削、堞形刮削、滚铣或车削)并且还需要有一拉削的内直径时。

定心装置的第一个实施例

参阅图2，该图示出一个内直径(10)定心装置16正在为作为工件的图1中尚未完成的机件定心，该工件的未完成状态在这里将被标以10’。在该工具20进行轴向运动来在该工件10’的内直径22上进行拉削工序之前该ID定心装置就须相对于拉削工具20的中心线18使该工件10与它对中。这也可用在内直径拉削工序之前发生的镗孔或车削工序加工该内直径22来做到。最好该工件10’的外直径26已经受过一个机加工工序(如筒形拉刀拉削、堞形刮削、滚铣、车削等)以便形成一个具有图1中外齿槽12的机加工过的表面。或者，该外直径的加工工序曾在该工件的外直径上赋予其他表面特征如外部的齿或沿轴向延伸的堞形键(花键)，这也在本发明的范围内。

该ID定心装置16为环形，并环绕该工具20的先导部19。有一保持装置24固紧在该工具20的周围，并将该ID定心装置固定在该工具20上办法是将该装置16夹持在该工具20肩部27上的一个轴向位置上。这样，当该工具20下降通过工件10’时该定心装置16将随工具沿轴向移动，而该工具20的工作部29加工在内直径22上的表面。该保持装置24可以是一个拼合的夹头。一个楔状锁块，一个具有磨制螺纹和保持螺钉的螺母(如图所示)，或任何其他已知能使该定心装置16对该工具20准确定位的保持设施。

现在参阅图3，该ID定心装置16包括一个基件30和一个具有顶部32A和底部32B的保持件，保持件的两部分都用紧固件34固定在基件30上。基件30、顶部32A和底部32B都是相对于该工具20而被固定的径向固定构件，并且由于它们都是按严公差磨制的，都与该工具20同一圆心。如果在保持螺母之外采用其他型式的保持装置，那么也可不用严紧的尺寸公差而用例如可靠的锁紧装置来确保同心度。当被固定到基件30上时，顶部32A和底部32B在轴向上互相间隔开而在它们之间形成一个带有斜度的槽36。此时在基件30和保持部32A、32B之间形成一个空腔38。在该空腔38内，顶部和底部的斜楔装置40和42分别环绕基件30。斜楔装置40、42的尺寸被这样制定使它们都可沿轴向在该空腔38内滑动。应当知道，基件30、保持件32A、32B和斜楔装置40、42都是环绕工具20的环状。

可以采用定心球44(图中示出一个)的接触元件被栖息在保持件32A、32B和斜楔装置40、42之间，并且在该工具20的圆周上互相间隔开。有一弹簧46(或多个弹簧)坐落在基件30和顶部斜楔装置40之间。可以使用环形波状弹簧或碟形弹簧，或用在空腔38内该工具20周围的多个沿圆周间隔开的压缩弹簧。该弹簧46使该顶部斜楔装置40向该底部斜楔装置42偏移。该弹簧46的斜楔作用分别通过接触该球44的斜楔装置40、42的倒斜的表面48、50将一径向力赋予该球44。该球44相对于该槽36的尺寸被这样制定使该球的一部分能从该槽36中突出，突出的程度足可跨越该内直径22(见图2)离开该工具20的间隙52(其大小为该工件10’尺寸公差的函数)。这样，该球44就可被弹簧46和斜楔装置40、42偏移使它接触并将一沿径向向外的力在内直径22处赋予工件10’。由于有多个球44环绕该工具20，该沿径向向外的力被均匀地分布在工件10’的内周围54上，并作用在工件10’的一个轴向的平面P上。这样，当每一个球44将径向力施加在工件10’的内周面上时，基件30的作用犹如一个反作用件。定心球44、斜楔装置40、42和弹簧46可被称为偏转机构。

由于该基件30与该工具20同心，使工件10’的内直径22与工具20同心，可消除工具20和内直径22之间的公差积累。一旦工件10’已与工具20同心，顶部夹头56便可向下移动，将工件10’固定在顶部夹头56和一零件定位器58如工作平台之间。因此，可以进行随后的在内直径22上的拉削工序而可不需中间插入用来确保内直径22对工具20的同心度的车削工序。由于工具20与工件10’同心，由工具20赋予的齿形或细节将与内直径22同心。

定心装置的第二实施例

图4示出内直径(ID)定心装置116另一个实施例，该装置在本例中与拉削工具120制成一个整体。该定心装置116在工件110’进行内拉削工序之前确定该工件110’相对于该工具120中心线的中心位置。该工件110’已经过一次机加工工序如筒形拉刀拉削、在外直径126上制出花键。该ID定心装置116包括具有顶部132A和底部132B的保持件，这两部分都被用紧固件134固定到工具120上。工具和定心装置的产生间隙确保这两构件相互相对的同心度。顶部132A和底部132B都是在径向固定构件，它们都相对于工具120而被固定并与工具同心。当固定在工具120上时，顶部132A和底部132B在轴向上互相间隔开，从而在其间形成一个带有斜度的槽136。该工具120制有一个倒斜的表面148。在工具120和保持件132A、132B之间形成一个空腔138。有一斜楔装置142环绕该工具120，其尺寸被这样制定，使它能在空腔138内在底部132B和工具120的倒斜表面148附近的肩部143之间沿轴向相对于工具120而滑动。

接触元件也被称为定心球144(示出一个)栖息在保持件132A、132B、倒斜表面148和斜楔装置142之间。有一弹簧146(或多个弹簧)坐落在保持件底部132B和斜楔装置142之间。可以采用环形波状弹簧或碟形弹簧，或用该空腔138内工具120周围在圆周上间隔开的多个压缩弹簧。该弹簧146使该斜楔装置142向该倒斜表面148偏移。斜楔装置142和倒斜表面148的斜楔作用将一径向力赋予球144。定心球144、斜楔装置142和弹簧146可被称为偏移机构。

该球144相对于该槽136的尺寸被这样制定，使一部分球能从该槽136突出，突出的程度足可跨越工件110’的内直径122与工具120离开的间隙152。这样，每个球144便能将径向向外的力赋予工件110’的内直径122处。由于有多个球144环绕该工具120，来自这些球144的径向向外的力便可均匀地分布在工件110’的内周面154上。这些球144支撑在工具120的倒斜的表面148上，这样便可使该工件110’的内直径122与该工具120同心。一旦该工件110’已与该工具120同心，顶夹头156便可向下移动，将该工件110’固定在该顶夹头156和一个零件定位器158如一个工作台之间。因此随后在内直径122上的拉削工序便可进行，不必用中间插入的车削工序来确保内直径122对工具120的同心度。由于该工具120与该工件110’同心，由工具120赋予的齿形或细节将与该内直径122同心。

定心装置的第三实施例

参阅图5，其中示出一个环绕工件210’外直径(OD)的定心装置216的第三实施例和一个拉削工具220。该定心装置216被刚性固定在一个与该拉削工具220同心的顶夹头256上。或者，但未示出，该定心装置可被固定到一个零件定位器上，该定位器可以是一个平台或另一个机械构件。这样的设计可以做得与将定心装置216固定到夹头256上同样好，因为夹头256和零件定位器258都与该工具220同心(工具220相对于定心装置216的同心度可用一个调节零件235(在下面图6中示出并说明)来确保)。

参阅图6，定心装置216作用在工件210’外直径226的外周面255上(外直径226是形成工件210’外直径的齿槽的内直径)以便确定该工件210’相对于该工具220的中心线218(见图5)的中心位置。

OD定心装置216包括一个基件230，和一个具有顶部232A和底部232B(这两部分都用紧固件234固定在基件30上)以及盖板232C的保持件。基件230、顶部232A、和底部232B都是在径向固定构件，它们相对于夹头256被调节零件235固定。该调节零件235常被称为“摇晃(stir-around)”调节零件，能使定心装置216的位置相对于夹头256作手动的径向调节以确保该定心装置216与该工具220中心线218合适地对中。该调节零件可以是一个螺旋起重器(千斤顶)。各种对准方法如用激光可被用来确保定心装置216与该工具220的同心度，而调节零件235可被用来完成所需的对准。当被固定在基件230上时，顶部232A和底部232B在轴向上被互相间隔开，在它们之间形成一个槽236。在基件230和保持件232A、232B之间形成一个空腔238。顶部和底部斜楔装置240和242分别环绕在空腔238内的保持件232A、232B。斜楔装置240、242的尺寸被这样制定，使它们能在该空腔238内沿轴向滑动。环绕工具220(图5中示出)的基件230、保持件232A、232B、和斜楔装置240、242均为环形。

定心球244(示出一个)栖息在保持件232A、232B和斜楔装置240、242之间。有一弹簧246(或多个弹簧)坐落在基件230和顶部斜楔装置240之间。可以采用环形波状弹簧或碟形弹簧，或在空腔238内工具220周围采用多个在圆周上间隔开的压缩弹簧。弹簧246使顶部斜楔装置240向底部斜楔装置242偏移。由弹簧246引起的斜楔作用分别通过斜楔装置240、242的与球244接触的一倒斜表面248、250将沿径向向内的力赋予球244。有多个定心栓260(示出一个)(也被称为接触元件)被放置在空腔238内各球244的径向向内的地方。该栓260的肩部262大于该槽236，因此该栓260能被顶部和底部232A、232B保持。该栓260头部264的尺寸被这样制定，使当来自该球244的径向向内的力作用在该栓260上时该栓能从该槽236内突出。在头部264及顶部和底部232A、232B之间设有环形密封圈265用来防止垃圾进入空腔238以便确保定心装置的准确性。头部264在外直径226(该直径为外周面255上齿槽的内直径)上接触工件210’的外周面255。这样，该栓260就在工件210’外直径齿槽226上将径向向内的力赋予该工件210’。由于有多个球244和栓260环绕该工件210’，该径向向内的力被均匀地分布在该工件210’的外周面255上。这样，该基件230就成为通过各球244和各栓260赋予该工件210’外周面255的径向力的反作用承受件。定心球224、栓260、斜楔装置240、242和弹簧246可被称为偏移机构。由于基件230与工具220同心，工件210’的外周面255被制成与工具220同心，这样就消除在工具220与外直径226之间的公差积累。因此工件210’随后在其内直径222上的拉削工序便可进行，不必插入中间的车削工序来确保内直径222对外直径226的同心度，因为工件210’的外周面255已与工件的中心线218对中。

定心装置的第四实施例

参阅图7，其中画出OD定心装置的另一个实施例。如同图6中的实施例，一个具有顶部332A、底部332B和盖板332C的保持件被固定在夹头356上。顶部332A、底部332B和盖板332C都是径向固定构件。定心装置316相对于夹头356(夹头已与拉削工具(未示出)对中)的位置可用调节零件335来调节。有一插塞366将弹簧346保持在空腔338内以便使定心栓360的头部364部分通过一个在顶部和底部保持件332A和332B之间形成的槽336并与工件310’的外周面355在其上制出的齿槽的内直径上接触。如同定心栓360那样，多个弹簧346在工件310’周围的圆周上间隔开。插塞366可以是一个单独的环形插塞也可为多个在圆周上间隔开的插塞。密封件365用来防止垃圾进入空腔338以便确保定心装置的准确性。

定心装置的第五实施例

参阅图8，其中示出OD定心装置416的另个实施例。定心装置416的功能与图6中的定心装置216相同，只是没有用定心栓；而是使顶部和底部保持件432A、432B之间形成的槽436具有斜度以便使接触元件或定心球444接触工件410’的外直径，从而使工件410’对中。有一弹簧446在顶部和底部斜楔装置上施加张力以便保持使该球444抵压在工件410’上。弹簧446、定心球444和斜楔装置440、442可被称为偏移机构。图2-8的实施例为“被动的”定心装置，这是由于在弹簧(即弹簧46、146、246、346或446)内存储的潜能会自动完成定心的功能。

定心装置的第六实施例

参阅图9，其中示出OD定心装置的另一个实施例。基件530和保持件532通过一个调节零件535被固定在夹头556上，而该夹头与拉削工具(未示出)对中。基件530和保持件532都是径向固定构件。定心装置516的位置可用调节零件535调节。设在基件530内的通道570A、570B使从外面供应并被控制的液压或气压可被施加到活塞572上，该活塞572可被迫使沿轴向向下作用(如将较大的压力施加在通道570A内)如同一个斜楔装置那样将一接触元件或筒夹574收紧，或向上作用(如将较大的压力施加在通道570B内)将在工件510’的外直径(实际是其上所制齿槽的内直径)上接触工件510’制有齿的外周面的筒夹574松开。该活塞572和筒夹574可被视作偏移机构。密封件565被采用以防止灰尘和垃圾与定心装置516的工作零件接触。与以前说明的定心装置16、116、216、316和416不同，定心装置516是一个“主动的”定心装置。“主动的”定心装置的意思是其中径向力的施加并不是自动的(如同使用弹簧力那样)而是必须选择施加的。因为液压或气压被用来造成作用在活塞上的沿径向向内的力，所以与使用弹簧力的设计比较，能有大得多的力将工件510’保持在定心的位置上。另外，在进行拉削工具的切削冲程时，定心的力的大小还可改变或拿掉。

定心装置的第七实施例

主动OD定心装置616的另一个实施例在图10中示出。基件630及具有顶部632A和底部632B的保持件被固定在已通过调节零件635与拉削工具对中的夹头656上。基件630内的通道670A、670B使外面供应或控制的液压或气压能够施加到活塞或斜楔装置640上迫使它沿轴向或是向下(如果将较大的压力施加到通道670A内)或是向上(如果将较大的压力施加到通道670B内)将力施加到接触元件或定心球644(图中只示出一个，但有多个分布在工件610’的周围)上，施力时通过倒斜表面648与斜楔装置642上倒斜表面650的作用，使定心球644从顶部632A和底部632B之间形成的槽636内突出，从而在工件610’上制出的齿槽的内直径上与该工件610’的外周面654接触。采用密封环665来防止灰尘和垃圾与该定心装置516的工作零件接触。基件630和保持件632A、632B都在径向固定。斜楔装置640、642和球644可被称为移动机构。

采用上面说明的图1-10中任何一个定心装置，一个外直径上已被拉削的工件可与拉削工具的中心线对中。定心装置的定心的功能使该拉削工具可被用来拉削该工件的内直径而可不需在机加工外直径和拉削内直径之间车削该内直径以便使它与该外直径同心。

现在就上面说明的结构和实施例说明拉削一个具有内直径和外直径的工件的方法，但该方法也可用定心装置的上面所说之外的其他实施例来完成。该方法包括机加工工件的外直径。例如图2和3中的工件10’具有如同图1中工件10上的带齿的外直径。该外直径可用多种方法机加工制成，包括筒形拉刀拉削、堞形括削、滚铣或车削。

该方法还包括将沿圆周分布的径向力施加到工件的内直径22上或外直径上(如图6中的外直径226)，从而使该工件对准拉削工具的中心，该拉削工具如图2中的工具20(当该工件是用内直径定心时)或图5中的工具220(当该工具是用外直径定心时)。在施加径向力后，该方法包括使用拉削工具20(或220，在如图5和6使用外直径定心装置的实施例中)拉削已就拉削工具对中的工件。在这方法中，因为工件已就拉削工具对中，因此在外直径被机加工后，而内直径尚未被拉削之前，可以避免采用车削工序来使内直径与外直径同心。

按此方法，定心装置可被用来将沿圆周分布的径向力施加到工件上。在该情况下，方法包括使定心装置与拉削工具对中。这一点例如可用上面说过的、图6中示出的调节零件235来完成。

如果定心装置是被动的定心装置如图2-8中所示的实施例，那么当该定心装置与该工件对准时，将沿圆周分布的力施加到工件上的步骤会自动进行。在将工具(如220)下降致使该定心装置环绕工件时(如图6中定心装置216环绕工件210’)或工件环绕定心装置时(如图3中工件10’环绕定心装置16)这个对准都会发生。最好该方法包括在拉削内直径的步骤之前在轴向上夹紧该定心装置。例如，在图3示出的实施例中，在用拉削工具20拉削工件10’的内直径之前，夹头56被用上以保持已被定心的工件10’的位置。

虽然实现本发明的最佳模式已被详细说明，但本行业的行家将会认识到在权利要求书限定的范围内实现本发明可以作为各种可替代的设计和实施例。

Claims (20)

1.一种相对于工具中心线定工件中心的装置，包括：

一个相对于该工具刚性固定使与该工具同心的径向固定构件，及

一个与该径向固定构件偏移而将基本均匀分布的径向力施加到该工件的周面上从而使其与该工具对中的偏移机构。

2.权利要求1的装置，其特征在于该偏移机构在一轴向平面上接触该工件。

3.权利要求1的装置，其特征在于还包括：一个可操作来在该工件被该工具机加工之前固定该已对中的工件的夹头。

4.权利要求3的装置，其特征在于该径向固定构件被刚性固定到该夹头上；并且其中所说周面为一外周面。

5.权利要求1的装置，其特征在于该径向固定构件被刚性固定到该工具上以便与其一起轴向移动。

6.权利要求5的装置，其特征在于该周面为一内周面。

7.权利要求1的装置，其特征在于该周面是内周面和外周面中的一个，并且其中该工具在该内周面内轴向移动。

8.权利要求1的装置，其特征在于该偏移机构包括被偏移来接触该工件周面的一些接触元件。

9.权利要求8的装置，其特征在于该偏移机构包括一个可操作来将这些接触元件偏移到该工件的周面的弹簧。

10.权利要求8的装置，其特征在于该偏移机构包括一个被定位来将这些接触元件偏移到该工件的周面的斜楔装置。

11.权利要求10的装置，其特征在于该偏移机构包括一个被定位来作用在该斜楔装置上，从而将这些接触元件偏移到该工件的周面的弹簧。

12.权利要求10的装置，其特征在于该偏移机构包括在内部形成至少一个与该斜楔装置成流动连通的通道的结构；及

其中该斜楔装置应答所说至少一个通道内的流体压力将这些接触元件偏移到该周面。

13.一种拉削一个具有内直径和外直径的工件的方法，包括：

机加工该外直径；

将沿圆周分布的径向力施加到该工件的内直径或外直径上，从而使该工件与一拉削工具对中；及

在施力步骤后，利用该拉削工具拉削该工件的内直径。

14.权利要求13的方法，其特征在于该方法的特征为，在机加工步骤之后而在拉削步骤之前，不需要车削内直径使其与外直径同心的步骤。

15.权利要求13的方法，其特征在于由于定心装置与该工件轴向对准的结果，该施力步骤会自动进行。

16.权利要求13的方法，其特征在于还包括：使一定心装置与该拉削工具对中，其中该径向力由该定心装置施加。

17.权利要求16的方法，其特征在于还包括：在所说施力步骤之前，使该定心装置与该工件轴向对准。

18.权利要求13的方法，其特征在于该机加工步骤为筒形拉刀拉削、堞形刮削、滚铣或车削中的一种。

19.权利要求13的方法，其特征在于还包括：在施力步骤后而在拉削步骤之前夹紧该对中的工件。

20.一种相对于工具中心线定心工件的装置，包括：

一个相对于该工具刚性固定使之与该工具同心的径向固定的构件；

一个与该径向固定的构件偏移而将基本均匀分布的径向力施加到该工件的周面上从而使其与该工具对中的偏移机构，及

一个可操作来在该工件被该工具机加工之前将该对中的工件固定的夹头；

其中该偏移机构包括被偏移来接触该工件周面的一些接触元件；其中该周面是内周面和外周面中的一个；并且其中该工具在该内周面内沿轴向移动。

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