CN112720243A - 浮动刀柄及采用其的高速数控铰珩机床及高精度孔的加工方法 - Google Patents

浮动刀柄及采用其的高速数控铰珩机床及高精度孔的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种浮动刀柄,包括一端与珩磨设备的主轴刚性连接的刀柄尾座,以及与刀柄尾座的另一端刚性连接的刀柄外壳,其特征在于:还包括设置于刀柄外壳和刀柄尾座内部之间的浮动组件。本发明浮动刀柄通过机械结构之间的相互配合作用,实现了XY方向、轴向角度的浮动且保证了扭矩的可靠传递。本浮动刀柄设计巧妙利用了十字交叉滚柱与刀柄中间体之间的间隙配合,实现了XY方向、轴向角度上的浮动功能,解决了主轴与刀具之间刚性连接而带来的同轴度误差及垂直度误差大问题,而且该结构的浮动刀柄可通过调整压紧弹簧的压缩量而调节浮动量,适合浮动珩磨加工的范围更加广泛,稳定性更好。

Description

浮动刀柄及采用其的高速数控铰珩机床及高精度孔的加工 方法
技术领域
本发明涉及浮动刀柄及采用其的高速数控铰珩机床及高精度孔的加工方法,属于机械加工技术领域。
背景技术
随着国内制造业的不断发展,生产技术水平以及对产品的加工要求不断地提高,其中汽车涡轮增压器中间体类产品的中心孔,液压气动阀体类活塞孔,对其粗糙度、尺寸的加工要求非常高,因此都需要进行珩磨处理,既能保证尺寸精度和粗糙度,又能保证在大批量生产的情况下保持较高的稳定性。但是常规的珩磨设备在加工时无法满足如此高精度要求,分析后原因如下:(1)珩磨机的主轴与刀具之间是刚性连接,但主轴与刀具之间存在同轴度误差及垂直度误差,在加工时导致孔的垂直度和同轴度误差较大;(2)工件与工装夹具之间也是刚性连接,但工装夹具与工件之间存在同轴度、平行度误差,在加工时导致孔的圆度和同轴度误差较大。
发明人检索发现,CN106466803A公开了一种珩磨头装置及具有其的珩磨机,但这种结构存在以下缺陷:万向节容易出现大摆动,不能提供垂向小角度的摆动和可调节的浮动力,在工件内孔略有倾斜时不能主动适应,会出现刀具与工件内孔的硬性撞击问题,造成损坏刀具。同时,还出现在孔径上端形成椭圆开口的质量问题。
综合上述原因,这种现有的珩磨方法易导致珩磨加工后孔的尺寸精度及形位公差偏差较大,无法达到中间体类、阀体类产品的高精度要求,因此需要一种浮动技术,来消除刚性连接导致的加工误差。
发明内容
发明目的:针对现有技术中存在的问题与不足,本发明提供一种带有X、Y方向以及轴向角度浮动量的刀柄,该刀柄浮动量可通过简单操作调节浮动量的大小,保证珩磨加工后产品的高精度及高稳定性。
技术方案:浮动刀柄,包括一端与珩磨设备的主轴刚性连接的刀柄尾座,以及与刀柄尾座的另一端刚性连接的刀柄外壳,其特征在于:还包括设置于刀柄外壳和刀柄尾座内部之间的X、Y方向浮动组件。
X、Y方向浮动组件包括上中间体、下中间体、纵向滑动滚柱、纵向限位滚柱、横向滑动滚柱以及横向限位滚柱;
下中间体包括下中间体本体、由下中间体本体下端面垂直向下延伸出的下连接端、由下中间体本体上端面向上延伸出的上连接端以及设置于下中间体本体上端面上位于上连接端两对侧的伸出键一,下中间体本体上端面上位于两伸出键一之间设有第一沟槽;
上中间体包括中间开设有安装槽孔的上中间体本体、设置于上中间体本体上端面边缘且位于安装槽孔两对侧的伸出键二,以及设置于上中间体本体下端面边缘的一对键槽,且两键槽与伸出键二的方向互相垂直,下中间体本体的上端面上位于两伸出键二之间设有第二沟槽;
上中间体本体套设在下中间体本体的上连接端,上中间体的键槽和下中间体上的伸出键一间隙配合,伸出键一和上连接端之间的第一沟槽内设置有横向滑动滚柱且键槽和伸出键一两侧第一沟槽间隙分别设有横向限位滚柱;
上中间体本体的上端面的伸出键二和下中间体的上连接端之间的第二沟槽内设置有纵向滑动滚柱且伸出键二两侧的第二沟槽内分别设有纵向限位滚柱;刀柄尾座的沟槽下端面与纵向滑动滚柱的上表面贴合,同时与纵向限位滚柱的顶端面间隙配合。
本发明进一步限定的技术方案还包括从上至下依次安装于刀柄尾座内的调节螺栓、弹簧和钢球,调节螺栓的下端顶住弹簧顶部,弹簧的下端顶住钢球的顶部,钢球下部置于下中间体的上连接端的顶部开设的圆弧状凹槽内。
优选地,下中间体的下连接端上套设有平面轴承,平面轴承贴合于下中间体下端面和刀柄外壳之间。
优选地,还包括用于安装珩磨刀具的弹性筒夹,弹性筒夹与下中间体的下连接端刚性连接。
优选地,下中间体的下连接端为设有锥孔的柱状外螺纹结构,弹性筒夹端部置于锥孔内并通过旋接于柱状外螺纹结构上的锁紧螺母锁紧固定。
本发明还保护了一种高速数控铰珩机床,至少包括珩磨设备、与珩磨设备的主轴刚性连接的浮动刀柄、定位工装以及珩磨刀具,所述浮动刀柄包括权利要求1-6所述的浮动刀柄。
本发明还保护了一种高精度孔的加工方法,上述高速数控铰珩机床,包含以下步骤:
步骤1:将珩磨刀具安装在浮动刀柄的弹性筒夹中,通过锁紧螺母锁紧;
步骤2:浮动刀柄安装在传动主轴上;
步骤3:将工装的中心轴与珩磨刀具中心轴的同轴度粗调至±0.05mm左右;
步骤4:将工件安装在工装上,间隙配合;
步骤5:传动主轴通过中间的浮动刀柄带动珩磨刀具进行旋转,同时珩磨机Z轴下降,使得珩磨刀具贯穿工件的中孔,通过浮动刀柄的浮动量补偿刀具与工件之间的同轴度误差及垂直度误差,从而实现高精度珩磨加工;
步骤6:将加工好的工件取出,放入新的未加工件即可。
有益效果:本发明浮动刀柄通过机械结构之间的相互配合作用,实现了XY方向、轴向角度的浮动且保证了扭矩的可靠传递。本浮动刀柄设计巧妙利用了十字交叉滚柱与刀柄中间体之间的间隙配合,实现了XY方向、轴向角度上的浮动功能,解决了主轴与刀具之间刚性连接而带来的同轴度误差及垂直度误差大问题,而且该结构的浮动刀柄可通过调整压紧弹簧的压缩量而调节浮动量,适合浮动珩磨加工的范围更加广泛,稳定性更好。与现有技术相比,本发明结构在大批量生产环境下,可满足保证产品在珩磨加工后的尺寸精度、形位公差达到客户高精度要求,且保证产品的高质量稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例1中铰珩机床的整体结构示意图。
图2为本发明实施例1中浮动刀柄的工装总图。
图3为浮动刀柄的零件爆炸图。
图4为浮动刀柄内部结构前剖视图。
图5为图4中A-A向剖视图。
图6为本发明实施例1中浮动刀柄内部结构侧剖视图。
图7为图6中B-B向剖视图。
图8为本发明实施例1中下中间体的第一视角立体结构示意图。
图9为本发明实施例1中下中间体的第二视角立体结构示意图。
图10为本发明实施例1中上中间体的第一视角立体结构示意图。
图11为本发明实施例1中上中间体的第二视角立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明。
如图1-11所示,本实施例提供一种高速数控铰珩机床,包括浮动刀柄20、定位工装18以及珩磨刀具17。所述的浮动刀柄包括一端与珩磨设备的传动主轴1刚性连接的刀柄尾座2,与刀柄尾座的另一端刚性连接的刀柄外壳3,设置于刀柄外壳和刀柄尾座内部之间的浮动组件。
浮动组件包括上中间体4、下中间体5、纵向滑动滚柱6、纵向限位滚柱7、横向滑动滚柱8以及横向限位滚柱9。其中:
下中间体5包括下中间体本体5-1、由下中间体本体下端面垂直向下延伸出的下连接端5-2、由下中间体本体上端面向上延伸出的上连接端5-3以及设置于下中间体本体上端面上位于上连接端两对侧的伸出键一5-4,下中间体本体上端面上位于两伸出键一之间设有第一沟槽5-5,在上连接端5-3的顶部中间开设有圆弧状凹槽5-6。
上中间体4包括中间开设有安装槽孔的上中间体本体4-1、设置于上中间体本体上端面边缘且位于安装槽孔两对侧的伸出键二4-3,以及设置于上中间体本体下端面边缘的一对键槽4-4,且两键槽4-4与伸出键二4-3的方向互相垂直,下中间体本体的上端面上位于两伸出键二之间设有第二沟槽4-5。
上中间体本体4-1套设在下中间体本体的上连接端5-3,上中间体的键槽4-4和下中间体上的伸出键一5-4间隙配合,伸出键一和上连接端之间的第一沟槽5-5内间隙间设置有横向滑54动滚柱8且键槽和伸出键一两侧的第一沟槽间隙内分别设有横向限位滚柱9。
上中间体本体4-1的上端面的伸出键二4-3和下中间体的上连接端5-3之间的第二沟槽4-5间隙内设置有纵向滑动滚柱6且伸出键二4-3两侧的第二沟槽4-5内分别设有纵向限位滚柱7;刀柄尾座2的沟槽下端面与纵向滑动滚柱6的上表面贴合,同时与纵向限位滚柱7的顶端面间隙配合。
本实施例的浮动刀柄结构还包括从上至下依次安装于刀柄尾座内的调节螺栓10、弹簧11和钢球12,调节螺栓的下端顶住弹簧顶部,弹簧的下端顶住钢球的顶部,钢球下部置于下中间体的上连接端的顶部开设的圆弧状凹槽5-6内。
作为优选,本实施例中的下中间体的下连接端5-2上套设有平面轴承13,平面轴承贴合于下中间体下端面和刀柄外壳之间。
作为优选,本实施例的浮动刀柄还包括用于安装珩磨刀具17的弹性筒夹15,下中间体的下连接端为设有锥孔的柱状外螺纹结构,弹性筒夹端部置于锥孔内并通过旋接于柱状外螺纹结构上的锁紧螺母16锁紧固定,锁紧螺母旋紧压缩弹性筒夹,从而锁紧珩磨刀具。
本实施例还公开了该设备浮动珩磨加工的方法,包括如下步骤:
步骤1:将珩磨刀具安装在浮动刀柄的弹性筒夹中,通过锁紧螺母锁紧;
步骤2:浮动刀柄安装在传动主轴上;
步骤3:人工将工装18的中心轴与珩磨刀具中心轴的同轴度粗调至±0.05mm左右;
步骤4:将19工件安装在工装上,间隙配合;
步骤5:传动主轴通过中间的浮动刀柄带动珩磨刀具进行旋转,同时珩磨机Z轴下降,使得珩磨刀具贯穿工件的中孔,通过浮动刀柄的浮动量补偿刀具与工件之间的同轴度误差及垂直度误差,从而实现高精度珩磨加工;
步骤6:将加工好的工件取出,放入新的未加工件即可。
本实施例的珩磨浮动刀柄可配合常规的珩磨机、工装及刀具即可实现高精度的浮动珩磨加工。该浮动刀柄的刀柄尾座与珩磨设备的主轴进行刚性连接,弹性筒夹与珩磨刀具刚性连接,用锁紧螺母进行刀具锁紧,这样浮动刀柄既可以传递旋转扭矩,又可以将原本刚性连接的主轴与刀具变成浮动连接,横向滚动滚柱与下中间体之间的间隙使刀柄在X方向具有一定的浮动量,上中间体与纵向滑动滚柱之间的间隙使刀柄在Y方向具有一定的浮动量,上中间体的下端面与下中间体的上端面之间的间隙使刀柄在轴向角度上具有一定的浮动量,在这三部分的浮动量配合作用下使得浮动刀柄整体XY方向、轴向角度上均具有一定的浮动量,消除了主轴、刀具与工件之间的同轴度误差及垂直度误差,提高了加工精度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.浮动刀柄,包括一端与珩磨设备的主轴刚性连接的刀柄尾座,以及与刀柄尾座的另一端刚性连接的刀柄外壳,其特征在于:还包括设置于刀柄外壳和刀柄尾座内部之间的浮动组件。
2.根据权利要求1所述的浮动刀柄,其特征在于:所述浮动组件包括上中间体、下中间体、纵向滑动滚柱、纵向限位滚柱、横向滑动滚柱以及横向限位滚柱;
所述下中间体包括下中间体本体、由下中间体本体下端面垂直向下延伸出的下连接端、由下中间体本体上端面向上延伸出的上连接端以及设置于下中间体本体上端面上位于所述上连接端两对侧的伸出键一,所述下中间体本体上端面上位于两伸出键一之间设有第一沟槽;
所述上中间体包括中间开设有安装槽孔的上中间体本体、设置于上中间体本体上端面边缘且位于安装槽孔两对侧的伸出键二,以及设置于上中间体本体下端面边缘的一对键槽,且两键槽与伸出键二的方向互相垂直,所述下中间体本体的上端面上位于两伸出键二之间设有第二沟槽;
所述上中间体本体套设在下中间体本体的上连接端,所述上中间体的键槽和下中间体上的伸出键一间隙配合,所述伸出键一和上连接端之间的第一沟槽间隙内设置有横向滑动滚柱且键槽和伸出键一两侧第一沟槽间隙分别设有横向限位滚柱;
所述上中间体本体的上端面的伸出键二和下中间体的上连接端之间的第二沟槽间隙内设置有纵向滑动滚柱且伸出键二两侧的第二沟槽内分别设有纵向限位滚柱;所述刀柄尾座的沟槽下端面与纵向滑动滚柱的上表面贴合,同时与所述纵向限位滚柱的顶端面间隙配合。
3.根据权利要求1所述的浮动刀柄,其特征在于:还包括从上至下依次安装于刀柄尾座内的调节螺栓、弹簧和钢球,所述调节螺栓的下端顶住所述弹簧顶部,所述弹簧的下端顶住所述钢球的顶部,所述钢球下部置于所述下中间体的上连接端的顶部开设的圆弧状凹槽内。
4.根据权利要求3所述的浮动刀柄,其特征在于:所述下中间体的下连接端上套设有平面轴承,所述平面轴承贴合于下中间体下端面和刀柄外壳之间。
5.根据权利要求4所述的浮动刀柄,其特征在于:还包括用于安装珩磨刀具的弹性筒夹,所述弹性筒夹与所述下中间体的下连接端刚性连接。
6.根据权利要求5所述的浮动刀柄,其特征在于:所述下中间体的下连接端为设有锥孔的柱状外螺纹结构,所述弹性筒夹端部置于所述锥孔内并通过旋接于柱状外螺纹结构上的锁紧螺母锁紧固定。
7.一种高速数控铰珩机床,其特征在于:至少包括珩磨设备、与珩磨设备的主轴刚性连接的浮动刀柄、定位工装以及珩磨刀具,所述浮动刀柄包括权利要求1-6所述的浮动刀柄。
8.一种高精度孔的加工方法,采用权利要求7所述的高速数控铰珩机床,其特征在于包含以下步骤:
步骤1:将珩磨刀具安装在浮动刀柄的弹性筒夹中,通过锁紧螺母锁紧;
步骤2:浮动刀柄安装在传动主轴上;
步骤3:将工装的中心轴与珩磨刀具中心轴的同轴度粗调至±0.05mm左右;
步骤4:将工件安装在工装上,间隙配合;
步骤5:传动主轴通过中间的浮动刀柄带动珩磨刀具进行旋转,同时珩磨机Z轴下降,使得珩磨刀具贯穿工件的中孔,通过浮动刀柄的浮动量补偿刀具与工件之间的同轴度误差及垂直度误差,从而实现高精度珩磨加工;
步骤6:将加工好的工件取出,放入新的未加工件即可。
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