CN105586577A - 一种用于刀具制备pvd涂层的柔性旋转工作台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台，包括驱动杆(1)、下转盘(2)、上转盘(3)、推力球轴承(4)和夹具体固定杆(8)，推力球轴承(4)设于上转盘(3)与下转盘(2)之间，上转盘(3)内部设有大齿轮(5)和小齿轮(6)，小齿轮(6)与大齿轮(5)啮合连接，大齿轮(5)与驱动杆(1)过盈配合，上转盘(3)与小齿轮(6)内啮合，上转盘(3)上端设有盖板，夹具体固定杆(8)穿过盖板(7)与小齿轮(6)连接，夹具体固定杆(8)在小齿轮(6)的带动下进行公转与自转；本发明通过与配套的夹具体相配合能实现待涂层刀具的公转与自转，使得待涂层刀具表面均匀地涂覆上所要求的涂层材料，且涂覆厚度均匀。

Description

一种用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台
[技术领域]
本发明涉及刀具PVD涂层制备技术领域，具体地说是一种用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台。
[背景技术]
随着现代机械加工工业朝着高精度、高速、干式切削、环保以及低成本等方向发展，对刀具性能提出了更高的要求。高速钢或硬质合金作为传统的刀具材料，越来越难以满足现代机加工工业的发展需要。超硬纳微米物理气相沉积(PVD)涂层由于具有高硬度、耐磨损、抗氧化、低摩擦等优良性能，因此是刀具表面理想的耐磨保护涂层，可以大大的提高金属切削刀具的使用寿命。当前PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金铣刀、钻头、油孔钻、阶梯钻、丝锥、绞刀、可转位铣刀片、车刀片、异型刀具、焊接刀具等表面。
由于涂层刀具种类多、尺寸不一致、数量大等特点，同时PVD涂层要求厚度均匀，目前缺少一种有效的能与现有涂层制备设备相配套的夹具系统。针对以上问题，若能提供一种用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台，将具有非常重要的意义。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台，通过与配套的夹具体相配合能实现待涂层刀具的公转与自转，使得待涂层刀具表面均匀地涂覆上所要求的涂层材料，且涂覆厚度均匀。
为实现上述目的设计一种用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台，包括驱动杆1、下转盘2、上转盘3、推力球轴承4、大齿轮5、小齿轮6、盖板7和夹具体固定杆8，所述推力球轴承4设置于上转盘3与下转盘2之间，所述上转盘3内部设有行星轮结构，所述行星轮结构包括大齿轮5和小齿轮6，所述小齿轮6沿周向设置于大齿轮5外围，并与大齿轮5啮合连接，所述大齿轮5与驱动杆1过盈配合，所述上转盘3内壁上沿周向设置有齿条，所述上转盘3与小齿轮6内啮合，所述上转盘3上端设有盖板，所述夹具体固定杆8穿过盖板7与小齿轮6连接，所述夹具体固定杆8在小齿轮6的带动下进行公转与自转。
所述夹具体固定杆8下端与小齿轮6上齿面之间安装有扭力弹簧12，所述夹具体固定杆8底端安装有滚动轴承11。
所述小齿轮6的中心孔上设有键槽，所述夹具体固定杆8通过平键与小齿轮6连接，所述小齿轮6的键槽与平键之间设有安装间隙，所述安装间隙略大于小齿轮6与大齿轮5之间的啮合侧隙。
所述盖板7上通过螺纹固定有支撑杆9，所述支撑杆9上端可拆卸式连接有顶盖10，所述顶盖10上开设有与支撑杆9上端相对应的通孔。
所述大齿轮5和小齿轮6采用热膨胀系数不同的材料制成。
所述大齿轮5选用优质合金钢制成，所述小齿轮6选用铬镍耐热钢制成。
所述推力球轴承4的工作温度为0-200℃，所述推力球轴承4选用高温轴承钢制成。
所述夹具体固定杆8、支撑杆9分别设有多根，所述夹具体固定杆8上不同高度处设置有用于安装夹具体的螺纹孔。
所述驱动杆1与炉腔外调速电机的输出端相连。
该用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台的工作方法，包括以下步骤：
1)根据PVD涂层制备设备的样品室尺寸确定旋转工作台大小，根据待涂层刀具数量及尺寸确定所需夹具体的数量及尺寸，按上述内容组装成夹具系统；
2)将待涂层刀具用锡箔纸包裹住刀柄部分以防不需要涂层部位被涂覆，将待涂层刀具的刀尖向上插入于夹具体内；
3)将多套已装夹待涂层刀具的夹具体固定在旋转工作台的夹具体固定杆上，待试样全部装夹完成后，将旋转工作台安放在炉腔内，即可进行PVD涂层制备。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
(1)该工作台通过与配套的夹具体相配合能实现待涂层刀具的公转与自转，使得待涂层刀具表面均匀地涂覆上所要求的涂层材料；
(2)通过采用行星轮系结构实现了涂覆过程中刀具的360℃转动，并配合特有的扭力弹簧结构，从而保证了刀具的涂覆层高度和涂覆厚度均匀；
(3)通过旋转工作台上多根夹具体固定杆和不同高度上的螺纹孔等设计，从而能柔性适应多尺寸刀具及多种类刀具，可涂层各类刀具；
(4)通过调速电机以及控制程序控制待涂层刀具的旋转速度和方向以及圈数或角度，优化了涂层厚度和质量，涂层面积与涂层流程均可控，通用性强。
[附图说明]
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中行星轮结构的示意图；
图3是本发明中小齿轮与夹具体固定杆间的扭力弹簧结构；
图中：1、驱动杆2、下转盘3、上转盘4、推力球轴承5、大齿轮6、小齿轮7、盖板8、夹具体固定杆9、支撑杆10、顶盖11、滚动轴承12、扭力弹簧。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作以下进一步说明：
如附图所示，本发明包括：驱动杆1、下转盘2、上转盘3、推力球轴承4、大齿轮5、小齿轮6、盖板7和夹具体固定杆8，推力球轴承4设置于上转盘3与下转盘2之间，工作时下转盘2固定在炉腔下表面支撑平台上，上转盘3上安置有夹具体固定杆、滚动轴承等自转系统，上转盘3内部设有行星轮结构，行星轮结构包括大齿轮5和小齿轮6，小齿轮6沿周向设置于大齿轮5外围，并与大齿轮5啮合连接，大齿轮5与驱动杆1过盈配合，驱动杆1与炉腔外调速电机的输出端相连，上转盘3内壁上沿周向设置有齿条，上转盘3与小齿轮6内啮合，上转盘3上端设有盖板，夹具体固定杆8穿过盖板7与小齿轮6连接，夹具体固定杆8在小齿轮6的带动下进行公转与自转。
其中，夹具体固定杆8下端与小齿轮6上齿面之间安装有扭力弹簧12，同时每根夹具体固定杆8底端均安装有滚动轴承11。小齿轮6的中心孔上设有键槽，夹具体固定杆8通过平键与小齿轮6连接，小齿轮6的键槽与平键之间设有安装间隙，安装间隙略大于小齿轮6与大齿轮5之间的啮合侧隙。支撑杆9末端通过螺纹固定在盖板7上，顶盖10上开有与支撑杆9相对应的通孔，顶盖10放置在支撑杆9上，并与支撑杆9可拆卸连接，起稳定作用。
该用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台的工作方法，包括以下步骤：
1)根据PVD涂层制备设备的样品室尺寸确定旋转工作台大小，根据待涂层刀具数量及尺寸确定所需夹具体的数量及尺寸，按上述内容组装成夹具系统；
2)将待涂层刀具用锡箔纸包裹住刀柄部分以防不需要涂层部位被涂覆，将待涂层刀具的刀尖向上插入于夹具体内；
3)将多套已装夹待涂层刀具的夹具体固定在旋转工作台的夹具体固定杆上，待试样全部装夹完成后，将旋转工作台安放在炉腔内，即可进行PVD涂层制备。
本发明中，工作台动力来源于炉腔外调速电机，可以通过控制程序控制待涂层刀具的旋转速度和方向以及圈数或角度，优化涂层厚度和质量。调速电机启动后，炉腔内转盘通过卡槽驱动旋转工作台行星轮结构中大齿轮公转，大齿轮带动小齿轮转动，夹具体固定杆在小齿轮的带动下进行公转与自转，支撑杆只进行公转，所以两者间有速度差，该速度差即为夹具体固定杆上夹具体进行转动的动力来源。
该旋转工作台所选用传动系统为行星轮结构，其中大齿轮是主动轮，小齿轮是从动轮，从而能同时实现夹具体的公转和自转。大齿轮和小齿轮采用热膨胀系数不同的材料制造，从而在高温高压下，整个系统不至于热膨胀卡死，如，大齿轮可选用优质合金钢制造，小齿轮可选用铬镍耐热钢制造。小齿轮的键槽与平键连接之间有一定的安装间隙，其间隙要略大于小齿轮与大齿轮之间的啮合侧隙，配合夹具体固定杆下端的扭力弹簧，用以保证消除在工作温度下大齿轮与小齿轮之间留有的啮合侧隙与键槽与平键连接之间的安装间隙，既不至因热膨胀卡死，同时能缓冲齿轮啮合时的冲击振动，减小涂层的不均匀性。旋转工作台基座所选用轴承为推力球轴承，该推力球轴承的工作温度为0-200℃，可选用高温轴承钢制造。夹具体固定杆、支撑杆各设有多根(根据需要选择)，夹具体固定杆上不同高度处设有用于安装夹具体的螺纹孔，可同时安装多套夹具体，实现刀具的批量涂覆。
本发明针对当前没有一种能与现有涂层制备设备相配套的，能高效制备出厚度均匀的PVD涂层的夹具系统，从而提供了一种用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台。该工作台通过与配套夹具体相配合能实现刀具的自转及公转，不仅实现了刀具360℃均匀涂覆，还可根据实际需要在旋转工作台上安装多套夹具体，可以柔性适应一定范围内的不同尺寸、批量的刀具。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台，其特征在于：包括驱动杆(1)、下转盘(2)、上转盘(3)、推力球轴承(4)、大齿轮(5)、小齿轮(6)、盖板(7)和夹具体固定杆(8)，所述推力球轴承(4)设置于上转盘(3)与下转盘(2)之间，所述上转盘(3)内部设有行星轮结构，所述行星轮结构包括大齿轮(5)和小齿轮(6)，所述小齿轮(6)沿周向设置于大齿轮(5)外围，并与大齿轮(5)啮合连接，所述大齿轮(5)与驱动杆(1)过盈配合，所述上转盘(3)内壁上沿周向设置有齿条，所述上转盘(3)与小齿轮(6)内啮合，所述上转盘(3)上端设有盖板，所述夹具体固定杆(8)穿过盖板(7)与小齿轮(6)连接，所述夹具体固定杆(8)在小齿轮(6)的带动下进行公转与自转。
2.如权利要求1所述的用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台，其特征在于：所述夹具体固定杆(8)下端与小齿轮(6)上齿面之间安装有扭力弹簧(12)，所述夹具体固定杆(8)底端安装有滚动轴承(11)。
3.如权利要求2所述的用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台，其特征在于：所述小齿轮(6)的中心孔上设有键槽，所述夹具体固定杆(8)通过平键与小齿轮(6)连接，所述小齿轮(6)的键槽与平键之间设有安装间隙，所述安装间隙略大于小齿轮(6)与大齿轮(5)之间的啮合侧隙。
4.如权利要求2或3所述的用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台，其特征在于：所述盖板(7)上通过螺纹固定有支撑杆(9)，所述支撑杆(9)上端可拆卸式连接有顶盖(10)，所述顶盖(10)上开设有与支撑杆(9)上端相对应的通孔。
5.如权利要求4所述的用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台，其特征在于：所述大齿轮(5)和小齿轮(6)采用热膨胀系数不同的材料制成。
6.如权利要求5所述的用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台，其特征在于：所述大齿轮(5)选用优质合金钢制成，所述小齿轮(6)选用铬镍耐热钢制成。
7.如权利要求6所述的用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台，其特征在于：所述推力球轴承(4)的工作温度为0-200℃，所述推力球轴承(4)选用高温轴承钢制成。
8.如权利要求7所述的用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台，其特征在于：所述夹具体固定杆(8)、支撑杆(9)分别设有多根，所述夹具体固定杆(8)上不同高度处设置有用于安装夹具体的螺纹孔。
9.如权利要求8所述的用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台，其特征在于：所述驱动杆(1)与炉腔外调速电机的输出端相连。
10.一种用于刀具制备PVD涂层的柔性旋转工作台的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据PVD涂层制备设备的样品室尺寸确定旋转工作台大小，根据待涂层刀具数量及尺寸确定所需夹具体的数量及尺寸，按权利要求书1至9任一项，组装成夹具系统；
2)将待涂层刀具用锡箔纸包裹住刀柄部分以防不需要涂层部位被涂覆，将待涂层刀具的刀尖向上插入于夹具体内；
3)将多套已装夹待涂层刀具的夹具体固定在旋转工作台的夹具体固定杆上，待试样全部装夹完成后，将旋转工作台安放在炉腔内，即可进行PVD涂层制备。
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