CN102145445B - 一种超精密鼓形滚轮及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超精密鼓形滚轮的加工方法，无需专用磨床，利用高速切削技术实现以车代磨，生产准备周期短，生产成本低。包括以下步骤：1)将锻压毛坯粗车成形；2)利用一般精度的数控车床，精车工件的内孔和外圆；3)进行表面硬化处理；4)利用高精度、高刚性、高转速性能的数控车床，精车工件的内孔；5)利用高精度、高刚性、高转速性能的数控车床，以内孔为基准，精车工件的鼓形外轮廓；6)利用湿法探伤对零件进行探伤、退磁处理。本发明还提供一种采用该方法加工的一种超精密鼓形滚轮，所述鼓形滚轮圆弧形侧母线的端点与滚轮端面为切向过渡连接。

Description

一种超精密鼓形滚轮及其加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别是一种超精密鼓形滚轮的加工方法及其采用该方法加工的一种超精密鼓形滚轮。

背景技术

超精密鼓形滚轮因其比普通的滚轮更长的使用寿命而得到越来越广泛的使用，超精密鼓形滚轮外形不仅仅局限于圆弧的弦高仅0.003～0.008mm微凸的圆弧，更多的是由包括圆弧、直线在内组成的复合曲线，加工难度更大。

现有技术中，鼓形滚轮的加工一般有以下几种加工方法：1、采用专用外圆磨床成型加工鼓形。2、采用无心磨加工鼓形。3、采用凸度超精研机仿形加工鼓形。这类工艺普遍复杂，工艺流程长，生产效率低，产品质量难以控制且不稳定。一旦产品换型，生产准备周期长，对目前采用优化后的复合曲线作为滚轮的鼓形，加工难度更大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种超精密鼓形滚轮的加工方法，无需专用磨床，利用高速切削技术实现以车代磨，生产准备周期短，生产成本降低，解决了具有复合曲线的鼓形滚轮加工难度大，生产准备周期长，生产成本高的问题。本发明还提供一种采用该方法加工的一种超精密鼓形滚轮，所述鼓形滚轮的鼓形外轮廓是包括圆弧、直线在内组成的复合曲线。

本发明的技术方案是：

一种超精密鼓形滚轮的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将锻压毛坯粗车成形；

2）利用一般精度的数控车床，精车工件的内孔和外圆；

3）进行表面硬化处理；

4）利用高精度、高刚性、高转速性能的数控车床，精车工件的内孔；

5）利用高精度、高刚性、高转速性能的数控车床，以内孔为基准，利用CAD/CAM技术计算出刀具运动的轨迹，与关键节点，选择PCBN作为刀具材料，设置合理的刀具几何参数，利用仿真技术对加工中的干涉现象进行模拟、优化，并选择合适的高速切削参数，精车工件的鼓形外轮廓；

6）利用湿法探伤对零件进行探伤、退磁处理；

所述一般精度的数控车床是指车床的转速不超过3500转/分，其定位精度为0.020-0.030mm，重复定位精度为0.010-0.015mm；所述高精度、高刚性、高转速性能的数控车床是指车床的转速在8000转/分以上，位置控制精度为0.0001mm，主轴径跳/端跳≤0.5μm。

所述步骤1）中，锻压毛坯粗车成形具体包括：用普通车床粗车毛坯，留2mm余量。

所述步骤2）中，精车工件的具体内容包括：利用一般精度的数控车床精车工件的内孔和外圆，工件表面粗糙度≤Ra0.8，留0.2-0.5mm余量，内孔与外圆的同轴度在0.01mm以内。

所述步骤3）中，表面硬化处理具体内容包括：对工件外圆进行表面硬化处理，采用渗碳淬火加回火处理，硬化深度2-4mm,表面硬度HRC58-62，淬深处硬度550HV1。

一种采用上述方法加工的超精密鼓形滚轮，其特征在于，所述鼓形滚轮的侧母线是微凸的圆弧，所述圆弧形侧母线的端点与滚轮端面为切向过渡连接。

所述滚轮内径外圆直径

厚度27mm，侧母线圆弧弦高为0.003～0.008mm，表面粗糙度Rz1.0，以内孔为基准，外圆对其全跳动不超过0.01mm。

本发明的技术效果：

本发明一种超精密鼓形滚轮的加工方法与现有技术相比具有显著的优点：利用一般精度和高精度、高刚性、高转速性能的数控车床结合加工，无需专用磨床，利用高速切削技术实现以车代磨，生产准备周期短，生产成本降低，解决了具有复合曲线的鼓形滚轮加工难度大，生产准备周期长，生产成本高的问题。同时本发明还具有工艺流程短，质量更容易控制的优点，能方便实现具有复合曲线的鼓形滚轮加工。本发明利用CAD/CAM技术计算出刀具运动的轨迹与关键节点，使轨迹计算更精确、更便捷；选择合适的刀具材料，设置合理的刀具几何参数，利用仿真技术对加工中的干涉现象进行模拟、优化，能消除微切削加工中出现的过切现象。

附图说明

图1是本发明超精密鼓形滚轮加工方法的流程图。

图2是采用本发明超精密鼓形滚轮加工方法加工的鼓形滚轮剖视示意图。

图3是图2的局部放大图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，是本发明超精密鼓形滚轮加工方法的流程图。一种超精密鼓形滚轮的加工方法，包括以下步骤：

1）将锻压毛坯粗车成形；

具体包括：用普通车床粗车毛坯，留2mm余量。

2）精车工件的内孔和外圆；

具体内容包括：利用一般精度的数控车床，精车工件的内孔和外圆，要求工件的表面粗糙度≤Ra0.8，留0.2-0.5mm余量，保证内孔与外圆的同轴度在0.01mm以内。

这里的一般精度的数控车床是指车床的转速一般不超过3500转/分，其定位精度为0.020-0.030mm左右，重复定位精度为0.010-0.015mm左右，不能对硬化处理后的零件进行车削。

3）进行表面硬化处理；

具体内容包括：对零件外圆进行表面硬化处理，采用渗碳淬火加回火处理，硬化深度2-4mm，表面硬度HRC58-62，淬深处硬度550HV1。

4）利用高精度、高刚性、高转速性能的数控车床，精车工件的内孔；

这里的高精度、高刚性、高转速性能的数控车床是指车床的转速一般在8000转/分以上，其位置控制精度为0.0001mm，主轴径跳/端跳≤0.5μm，能对硬化处理后的零件直接进行精密车削。

5）利用高精度、高刚性、高转速性能的数控车床，以内孔为基准，精车工件的鼓形外轮廓；

具体内容包括：利用CAD/CAM技术计算出刀具运动的轨迹与关键节点，选择PCBN作为刀具材料，设置合理的刀具几何参数，利用仿真技术对加工中的干涉现象进行模拟、优化，并选择合适的高速切削参数，精车出工件的鼓形外轮廓。

6）利用湿法探伤对零件进行探伤、退磁处理。

如图2所示，是采用本发明超精密鼓形滚轮加工方法加工的鼓形滚轮剖视示意图。滚轮内径

外圆直径

厚度27mm，侧母线圆弧弦高为0.003～0.008mm，表面粗糙度Rz1.0，以内孔为基准，外圆对其全跳动不超过0.01mm。如图3所示的局部放大图，本实施例加工的滚轮，圆弧形侧母线的端点与滚轮端面为切向过渡连接，也就是说，鼓形滚轮的鼓形外轮廓是包括圆弧、直线在内组成的复合曲线，是加工难点所在。

步骤1、粗车锻件毛坯，留2mm的余量。

步骤2、利用一般精度的数控车床精车内孔和外圆，工件表面粗糙度为Ra0.8，留0.3mm余量。

步骤3、对工件外圆进行表面硬化处理，硬度要求HRC58～62，硬化深度2～4mm。

步骤4、高速数控精车内孔，利用高精度、高刚性、高转速性能的数控车床精车内孔。

步骤5、高速数控精车外圆，利用高精度、高刚性、高转速性能的数控车床，以内孔为基准，精车工件的鼓形外轮廓；

首先利用CAD/CAM技术，通过提高图形显示精度，计算出刀具运动的轨迹与关键节点，本实施例运动轨迹圆弧半径R8000～30000mm，选择合适的高耐磨性的PCBN作为刀具材料，合理设置刀具几何参数，本实施例刀具几何参数设置为尖角度为35°，刀尖圆弧半径选择R0.2；利用仿真技术，对加工中的干涉现象进行模拟、优化，消除微切削加工中出现的过切现象；选择高速切削参数，切削速度为471m/min，进给量0.01-0.02mm/r，背吃刀量0.03-0.05mm，采用干式切削，高精度、高刚性的数控车床，采用线性光栅尺和全闭环控制，位置控制精度为0.0001mm，主轴转速不少于8000rpm，主轴径跳/端跳≤0.5μm，以内孔为基准，利用内涨式液压专用车夹具，精车鼓形外轮廓。这里的高精度、高刚性、高转速性能的数控车床与步骤4）中的车床的指标相同。

步骤6、利用湿法探伤对工件进行探伤、退磁处理。

本发明利用高精度、高刚性的数控车床，选择合适的刀具材料，通过设计合理的刀具几何参数，采用CAD/CAM技术、仿真技术以及高速切削加工技术，对鼓形滚轮进行超精密加工，相比其他采用专用机床进行加工的方案，具有成本低、适用性广、精度高、生产效率高等优点。

以上公开仅为本发明的具体实例，但本发明并非局限于此，本发明适用于各种超精密微凸（凹）外形回转类零件的加工。应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (6)

1.一种超精密鼓形滚轮的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将锻压毛坯粗车成形；

2）利用一般精度的数控车床，精车工件的内孔和外圆；

3）进行表面硬化处理；

4）利用高精度、高刚性、高转速性能的数控车床，精车工件的内孔；

5）利用高精度、高刚性、高转速性能的数控车床，以内孔为基准，利用CAD/CAM技术计算出刀具运动的轨迹与关键节点，选择PCBN作为刀具材料，设置合理的刀具几何参数，利用仿真技术对加工中的干涉现象进行模拟、优化，并选择合适的高速切削参数，精车工件的鼓形外轮廓；

6）利用湿法探伤对零件进行探伤、退磁处理；

所述一般精度的数控车床是指车床的转速不超过3500转/分，其定位精度为0.020-0.030mm，重复定位精度为0.010-0.015mm；所述高精度、高刚性、高转速性能的数控车床是指车床的转速在8000转/分以上，位置控制精度为0.0001mm，主轴径跳/端跳≤0.5μm。

2.根据权利要求1所述的超精密鼓形滚轮的加工方法，其特征在于，所述步骤1）中，锻压毛坯粗车成形具体包括：用普通车床粗车毛坯，留2mm余量。

3.根据权利要求1所述的超精密鼓形滚轮的加工方法，其特征在于，所述步骤2）中，精车工件的具体内容包括：利用一般精度的数控车床精车工件的内孔和外圆，工件表面粗糙度≤Ra0.8，留0.2-0.5mm余量，内孔与外圆的同轴度在0.01mm以内。

4.根据权利要求1所述的超精密鼓形滚轮的加工方法，其特征在于，所述步骤3）中，表面硬化处理具体内容包括：对工件外圆进行表面硬化处理，采用渗碳淬火加回火处理，硬化深度2-4mm,表面硬度HRC58-62，淬深处硬度550HV1。

5.一种采用权利要求1至4之一所述的加工方法加工的超精密鼓形滚轮，其特征在于，所述鼓形滚轮的侧母线是微凸的圆弧，所述圆弧形侧母线的端点与滚轮端面为切向过渡连接。

6.根据权利要求5所述的超精密鼓形滚轮，其特征在于，所述滚轮内径

外圆直径

厚度27mm，侧母线圆弧弦高为0.003～0.008mm，表面粗糙度Rz1.0，以内孔为基准，外圆对其全跳动不超过0.01mm。

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