CN1347780A - 对中设备和使用这种对中设备的机床 - Google Patents

Abstract

提供一种具有良好耐用性并能够进行精确机加工的对中设备和使用该对中设备的机床。一对顶尖分别插入沿圆柱形工件轴线所形成的通孔的相对两端并与所述两端接合,圆柱形工件在其相对两端表面被推动并被挤压于所述顶尖之间。所述顶尖被非接触型支承元件例如多孔型空气静力轴承浮动地可转动支承。用于支承顶尖的支承部分产生的磨损较少,并且顶尖转动平稳。圆柱形工件与顶尖能同步转动。

Description

对中设备和使用这种对中设备的机床

发明领域

本发明涉及一种用于支承圆柱形工件例如用于光连接器的ZrO₂套圈的对中设备和一种使用这种对中设备的机床，具体地说，涉及一种具有优良耐用性和用于精确机加工操作的对中设备和机床。

背景技术

用于光连接器的ZrO₂套圈的外径是2.5mm或1.25mm，孔径为0.125mm。要求套圈被精确加工，使其孔与外表面具有亚微米级精度的同心度。

通常，为了加工一个具有很高同心度的圆柱形工件，使用从两侧对中的机加工操作是最佳的。然而，当由陶瓷基脆性材料组成的微小工件例如ZrO₂套圈被机加工时，如果使用一托架(carriet)或类似部件使工件转动，包括使工件反向转动并重新连接托架的操作是必不可少的。需要执行一个对被机加工工件的外表面进行加工的步骤。图2所示的机加工装置被用于解决这些问题的机加工方法。

在ZrO₂套圈的制造过程中，在机加工外表面之前先加工一个孔。这很难在孔的基础上形成一个中心孔。因此，根据预加工的通孔，加工外表面。用此方式，保证了高同心度。

具体地说，如图2所示，ZrO₂套圈F的外表面被加工，这个套圈F被设置在主轴箱的顶尖4和尾架的顶尖5之间。ZrO₂套圈F被两个顶尖4和5支承。通孔H作为光纤维插入孔而沿套圈F的轴线被形成。顶尖4和5分别从通孔H的两端插入该孔。从ZrO₂套圈F相反端面一侧推套圈F并在这两个顶尖4和5之间使套圈被挤压。用此方式支承ZrO₂套圈。当用此方式被支承的ZrO₂套圈的外表面被砂轮3磨削，使工件转动的辊18紧靠ZrO₂套圈F的外表面。同时，套圈F因辊18的旋转而转动。

在上述使用两个顶尖4和5的现有技术的支承结构中，主轴箱的顶尖4是固定的。因此，在这个固定顶尖4和转动的ZrO₂套圈F的通孔H之间，出现摩擦和磨损。具体地说，固定顶尖4一侧容易磨损和变形成锥形，由于顶尖4和套圈F之间不同的材料硬度和通孔H相当薄，所述锥形具有台阶并容易断裂。因此，顶尖4仅具有短寿命。用此方式，设备的耐久性存在问题。

如上所述，被磨损和变形导致的顶尖4的锥形部分并不总是与顶尖的轴线同轴线。因此，可能出现不对中。如果顶尖经历偏离磨损，当套圈F的外表面被砂轮3机加工时，ZrO₂套圈F被磨成锥形，这使ZrO₂套圈的圆柱度变差。用此方式，被机加工的ZrO₂套圈的精确性被严重地影响。因此，在现有技术的使用两个顶尖4和5的支承结构中，由于顶尖4的磨损，人工校正偏心是必须的。这不适用于精确机加工。

发明概述

本发明解决了上述问题。本发明的一个目的是提供一种具有良好的耐用性并能够进行精确机加工的对中设备和使用这种对中设备的机床。

为了实现上述目的，一种符合本发明的对中设备支承一圆柱形工件并具有一对顶尖，所述顶尖分别插入沿圆柱形工件轴线所形成的通孔的相对两端并与所述两端接合的顶尖，因此圆柱形工件在两端被推动并被挤压于所述顶尖之间。顶尖被非接触类型支承元件浮动地可转动支承。

符合本发明的对中设备是一用于支承圆柱形工件并具有一对顶尖的对中设备，所述顶尖分别插入沿圆柱形工件轴线所形成的通孔的相对两端并与所述两端接合。因此圆柱形工件在其相对两端表面被推动并被挤压于顶尖之间。通孔的一端被形成为棱边，另一端被形成为R型圆角。一个顶尖插入通孔的如上所述那样被形成为直线棱边的一端，该顶尖被一种非接触支承元件浮动地支承。插入通孔另一端R型圆角的顶尖由具有低的摩擦系数的例如金刚石混合物(diamond compax)的固定顶尖组成。

符合本发明的对中设备具有这样的特征，即上述的支承元件是多孔型的空气静力轴承，其通过从被设置在顶尖的基体部分一侧的多孔材料体的众多微孔向顶尖提供高压气体，用于浮动地可转动支承顶尖。

符合本发明的对中设备具有这样的特征，即上述的非接触型支承元件包含磁性轴承，其通过被设置在顶尖基体部分一侧的电磁铁所提供的磁力，用于浮动地可转动支承顶尖。

此外，符合本发明的对中设备具有这样的特征，即被可转动地支承的顶尖具有避免在与圆柱形工件接触时打滑所必需的表面摩擦系数。

此外，符合本发明的对中设备具有这样的特征，即配备有一电动机，用于转动地驱动被可转动地支承的顶尖。

此外，符合本发明的对中设备的特征是，配备有一辊，其直接紧靠在圆柱形工件的外表面，使圆柱形工件转动。

符合本发明的机床是一种用于机加工圆柱形工件的外表面的机床。用于支承上述圆柱形工件的对中设备具有一对分别插入沿圆柱形工件轴线所形成的通孔的相对两端并与所述两端接合的顶尖，因此圆柱形工件在其相对两端表面被推动并被挤压于顶尖之间，顶尖被非接触类型支承元件可转动地浮动支承。

符合本发明的机床是一种用于机加工圆柱形工件的外表面的机床。用于支承上述圆柱形工件的对中设备具有一对分别插入沿圆柱形工件轴线所形成的通孔的相对两端并与所述两端接合的顶尖，因此圆柱形工件在其相对两端表面被推动并被挤压于顶尖之间。通孔的一端被形成为棱边，另一端被形成为圆角。插入通孔的直线棱边一端的顶尖被一种非接触支承元件浮动地支承。插入通孔另一端R型圆角的顶尖由具有低的摩擦系数的例如金刚石混合物(diamondcompax)的固定顶尖组成。

符合本发明的机床的特征是，上述非接触类型支承元件是多孔类型的空气静力轴承，其通过从被设置在顶尖的基体部分一侧的多孔材料体的众多微孔向顶尖提供高压气体，用于可转动地浮动支承顶尖。

此外符合本发明的机床的特征在于，上述非接触类型支承元件是磁性轴承，通过被设置在顶尖基体部分一侧的电磁铁所提供的磁力，用于可转动地浮动支承顶尖。

此外符合本发明的机床的特征在于，所述被可转动地支承的顶尖具有避免在与圆柱形工件接触时打滑所必需的表面摩擦系数。

此外符合本发明的机床的特征在于，机床配备有一电动机，用于转动地驱动被可转动地支承的顶尖。

此外符合本发明的机床的特征在于，机床还配备有一辊，其直接紧靠在圆柱形工件的外表面，从而使圆柱形工件转动。

在本发明中，顶尖被非接触类型支承元件所支承，支承顶尖的支承部分的摩擦阻力被减少。所述顶尖转动平稳。因此，圆柱形工件和顶尖同步转动。

在使用多孔型空气静力轴承作为用于支承顶尖的非接触型支承元件的结构中，与顶尖被使用孔口节流阀或自焊节流阀的静压轴承所支承的结构相比，顶尖具有更高的刚性。

附图说明

图1是一个横截面视图，显示了本发明的一个实施例；

图2显示了使用现有技术的对中设备用于支承一圆柱形工件的结构；

图3显示了一圆柱形工件。

优选实施例的描述

下文结合图1，介绍一种符合本发明的对中设备的示例和一种使用这种对中设备的机床的示例。

图1所示的机床1机加工一种圆柱形工件W例如一种ZrO₂套圈。机器加工圆柱形工件W的外表面。也就是在对中设备2支承圆柱形工件W的同时，使用砂轮3磨加工圆柱形工件W的外表面。

对中设备2具有一对顶尖4和5。这些顶尖4和5被如此安排，即它们的前端彼此相对。一个顶尖4被可拆卸地安装在主轴箱U1的主轴6的前端，同时另一个顶尖5被可拆卸地安装在尾架U2的主轴7的前端。主轴箱U1的顶尖4和主轴6被同轴地安装。同样尾架U2的顶尖5和主轴7被同轴地安装。此外，通过移动整个主轴箱U1或整个尾架U2，顶尖4和5可以被同轴地设置。

作为用于支承一对顶尖4和5的装置，可以设想不同的装置。在本示例中，分别通过设置非接触型的支承元件8和9，顶尖4和5被可浮动地转动支承。

主轴箱U1和尾架U2中每一个具有非接触类型的支承元件8和9。这些非接触类型的支承单元8和9分别由多孔型的空气静力轴承10和11组成。

在顶尖4和5的基体部分一侧，也就是靠近安装顶尖4和5的主轴6和7的地方，多孔型的空气静力轴承10和11具有多个多孔材料体12。通过从多孔材料体12的多个微型孔(图中未示)向主轴6和7提供高压空气，顶尖4和5被可转动地浮动地支承，所述主轴6和7是顶尖4和5的基体部分。

主轴箱U1一侧的多孔型的空气静力轴承10的功能是可转动地将顶尖4浮动地支承在径向上的固定的位置，同时将顶尖4放置在推压方向的位置并固定顶尖。对于上述的用于将顶尖4浮动地支承在主轴箱U1一侧的多孔型的空气静力轴承10的径向上的结构，多孔材料体12被设置在与主轴6的外表面相对的位置，从多孔材料体12的多个微型孔向主轴的外表面提供高压气体。多孔材料体12的数量是2个。这些多孔材料体与主轴6轴向平行地设置。关于用于将顶尖4设置在推压方向和固定顶尖的结构，一个圆盘13被整体安装在主轴6的外表面上。多个多孔材料体12相对于圆盘13以彼此相对关系而被安置。从多孔材料体12的微型孔向圆盘13的前、后表面提供高压气体。

尾架U2一侧的多孔型的空气静力轴承11的功能是可转动地将顶尖5浮动地支承在径向上的固定的位置。对于用于浮动地支承顶尖的结构，多孔材料体被设置在与主轴7的外表面相对的位置，与主轴箱U1一侧的多孔型的空气静力轴承10的方式相同，从多孔材料体12的微型孔向主轴7的外表面提供高压气体。然而，与主轴箱U1一侧的多孔型的空气静力轴承10不同，尾架U2一侧的多孔型的空气静力轴承11并没有确定地将顶尖5设置在上冲方向的功能。因此，尾架U2一侧的顶尖5可以与主轴7一起在推压方向上移动(也就是向着顶尖的轴线方向)。

当圆柱形工件W是一种ZrO₂套圈F时，如果对中设备2如上所述样构造，顶尖4和5分别插入沿ZrO₂套圈F轴线所形成的作为光纤插入孔的通孔H的两端并与两端啮合。从ZrO₂套圈F的两个相对端表面推压所述套圈并使套圈在两个顶尖之间4和5之间被挤压。这种类型的顶尖4和5的推动和挤压力来自于尾架U2一侧的尾架压力调整机构。

尾架压力调整机构14被构造成利用主轴后侧的弹簧15的弹力在推压方向推尾架一侧的主轴7。在本示例中，仅仅尾架U2一侧的主轴7和顶尖5可以作为一个单元在上冲方向移动。主轴箱U1一侧的主轴6和顶尖4被设置的在上冲方向上固定不动。因此，如果操纵尾架压力调整机构14，利用弹簧15的弹力，尾架U2一侧的顶尖5将ZrO₂套圈F推向主轴箱U1一侧的顶尖4。ZrO₂套圈F在顶尖4和5之间被推力挤压。

电动机16被设置在主轴箱U1内。电动机16用于直接转动地驱动主轴箱U1一侧的顶尖4。电动机被安装在顶尖4的基体一侧，也就是主轴6一侧。

下文结合图1介绍上述结构的机床1对ZrO₂套圈F的外表面的加工。

当利用图1所示的机床1对ZrO₂套圈F的外表面进行加工时，利用一种工件输送装置(图中未示)，ZrO₂套圈F被设置在主轴箱U1的顶尖4和尾架U2的顶尖5之间。顶尖4和5被分别插入沿ZrO₂套圈F轴线所形成的通孔H的两端。具体地说，主轴箱U1一侧的顶尖4从与主轴箱U1一侧的顶尖4相对的一端插入通孔，所述通孔沿ZrO₂套圈F的轴线被形成。尾架U2一侧的顶尖5从与尾架U2一侧的顶尖5相对的通孔H的另一端插入，通孔H沿ZrO₂套圈F的轴线被形成。

当如上所述完成顶尖4和5的插入之后，尾架压力调整机构14操纵。因此，利用弹簧15的弹力，尾架U2一侧的顶尖5向主轴箱U1一侧的顶尖4的方向推ZrO₂套圈F。利用推力，ZrO₂套圈F被保持在顶尖4和5之间。

然后电动机16操纵，主轴箱U1一侧的主轴6和顶尖4作为一个单元而转动。此时利用主轴箱U1一侧顶尖4和ZrO₂套圈F之间的接触以及ZrO₂套圈F和尾架U2一侧的顶尖5之间的接触，电动机16的转动力也被传递到尾架U2一侧的顶尖5。从而顶尖4和5与ZrO₂套圈F同步转动。

在本发明的机床1中，砂轮3靠近如上所述那样转动的ZrO₂套圈F的外表面。ZrO₂套圈F的外表面被砂轮3机加工。同时ZrO₂套圈F的尺寸被量规17所测量。

如果顶尖4、5和ZrO₂套圈F之间的摩擦系数很小，由于砂轮3或别的关系所造成的磨削阻力，顶尖4、5和ZrO₂套圈F之间可能出现打滑。如果摩擦阻力足够大，不会出现打滑，在操作期间，顶尖4、5和ZrO₂套圈F几乎完全同步转动，因此，保证这种完全同步转动，可以使用具有大的表面摩擦系数的顶尖4和5。

如上所述，在符合本发明的机床1中，顶尖4和5被非接触类型支承单元8和9所转动地支承。因此，用于支承顶尖4和5的支撑部分几乎不产生摩擦损耗。允许顶尖4和5平稳地转动。具体地说，由硬材料制成的圆柱形工件例如ZrO₂套圈F被夹持在顶尖4和5之间并转动，圆柱形工件W和顶尖4和5同步转动，这减少了顶尖4、5与圆柱形工件W之间的摩擦和磨损。延长了顶尖4和5的寿命。从而获得良好的耐久性。此外，可以避免顶尖4和5的磨损；否则将极大地影响机加工的精确性。此外由于顶尖4和5被偏压的磨损而用于校正偏心的人工操作被省略。适用于精确的机加工。

此外，在符合本示例的机床1中，多孔型的空气静力轴承10和11是用于支承顶尖4和5的非接触类型的支承单元8和9，所以与顶尖4和5被使用孔口节流阀或自焊节流阀的静压轴承所支承的结构相比，顶尖4和5具有更高的刚性。从而，在转动工件的同时，被夹持在顶尖4和5之间的圆柱形工件W的外表面被机加工，圆柱形工件W可以被准确地转动，而不受作用在圆柱形工件W上的机加工负载的影响。被加工的圆柱体或类似产品的精确性被稳定。这种设备适用于精确机加工。

此外，在符合本示例的机床1中，通过使用电动机16直接驱动顶尖4，圆柱形工件W被转动。因此，被用于使工件转动的辊单元作为用于驱动这种类型的圆柱形工件W的装置可以被取消。

在上述示例的介绍中，具有通孔H同时通孔两端是棱边的圆柱形工件W被对中设备2所支承。利用这种对中设备2，具有图3所示的通孔H的圆柱形工件W可以被支承。在图示的圆柱形工件W内，通孔H的一端被成形为棱边。通孔H的另一端是圆角R过渡。具有这种形式的通孔H的圆柱形工件W被对中设备2所支承，由于对中设备2的结构，与上述示例的方式相同，插入通孔H的棱边一端的顶尖4被非接触类型支承单元8转动地浮动地支承。插入通孔H具有R圆角的一端的顶尖5被构造成具有低的摩擦系数的固定顶尖，例如通过使用粘合剂烧结金刚石细微颗粒而制成的金刚石混合物具有低的摩擦系数。

在上述示例中，多孔型的空气静力轴承10和11被用作非接触类型支承单元8和9。例如磁性轴承可以被用作这种类型的非接触类型支承单元8和9。此时通过将电磁铁安装在顶尖4和5的基体部分一侧(主轴6和7)而构成所述磁性轴承并浮动地支承顶尖4和5，以便通过电磁铁的磁力与主轴6和7转动。

在上述示例中，通过利用电动机16直接驱动主轴箱U1一侧的顶尖4，圆柱形工件W被转动。对于这种类型的用于驱动圆柱形工件W的装置，例如可以采用现有技术的结构。也就是如图2所示，用于使工件转动的辊18直接紧靠接触圆柱形工件W的外表面，利用辊18的转动，圆柱形工件W被转动。

在上述示例中，内装式电动机16被用作转动地驱动顶尖的装置。对于这种类型的转动地驱动顶尖的装置，空气蜗轮类型的转动的驱动装置可以被使用。

在本发明中，一对顶尖被上述的非接触类型支承单元转动地浮动地支承。因此，支承顶尖的支撑部分不产生磨损，确保顶尖平稳地转动。圆柱形工件和顶尖同步转动。因此，顶尖和工件之间既没有摩擦也没有磨损。延长了顶尖的寿命。因此，具有良好耐久性的对中设备和使用这种对中设备的机床可以被提供。此外可以避免顶尖的磨损对机加工精确性的副作用。机加工精确性例如圆柱度可以被稳定。此外，用于矫正由于中心的偏压磨损而引起的偏心的人工操作可以被省略。适用于精确的机加工。

尤其在采用多孔类型空气静力轴承作为非接触类型支承单元用于支承顶尖的结构中，与顶尖被使用孔口节流阀或自焊节流阀的静压轴承所支承的结构相比，顶尖具有更高的刚性。在被夹持在顶尖之间的圆柱形工件转动的同时，圆柱形工件的外表面被机加工，无论被作用在圆柱形工件上的机加工的载荷的的大小，圆柱形工件可以准确地转动。机加工精确性例如圆柱度可以被稳定。适用于精确机加工。

Claims (14)

1.一种用于支承圆柱形工件的对中设备，包括：

一对分别插入沿圆柱形工件轴线所形成的通孔的相对两端并与所述两端接合的顶尖，从而圆柱形工件在其相对的两端表面被推动并被挤压于所述顶尖之间；和

用于浮动地可转动支承所述一对顶尖的非接触型的支承元件。

2.一种用于支承圆柱形工件的对中设备，包括：

一对分别插入沿圆柱形工件轴线所形成的通孔的相对两端并与所述两端接合的顶尖，从而圆柱形工件在其相对的两端表面被推动并被挤压于所述顶尖之间；

所述通孔的一端被形成为棱边型，另一端被形成为R型圆角；

插入所述通孔直线棱边一端的顶尖被一种非接触型支承元件浮动地可转动支承；和

插入所述通孔另一端R型圆角的顶尖由具有低的摩擦系数的例如金刚石混合物的固定顶尖组成。

3.根据权利要求1或2所述的对中设备，其特征在于：所述非接触型支承元件包括多孔型的空气静力轴承，其通过从多孔材料体的众多微孔向顶尖提供高压气体，用于浮动地可转动支承顶尖，所述多孔材料体被设置在顶尖的基体部分一侧。

4.根据权利要求1或2所述的对中设备，其特征在于：所述非接触型支承元件包含磁性轴承，其通过被设置在所述顶尖基体部分一侧的电磁铁所提供的磁力，用于可转动地浮动支承所述顶尖。

5.根据权利要求1或2所述的对中设备，其特征在于：所述被可转动地支承的顶尖具有避免在与圆柱形工件接触时打滑所必需的表面摩擦系数。

6.根据权利要求1或2所述的对中设备，其特征在于：还包括一电动机，用于转动地驱动所述被可转动地支承的顶尖。

7.根据权利要求1或2所述的对中设备，其特征在于：还包括一辊，其直接靠在圆柱形工件的外表面，从而使圆柱形工件转动。

8.一种用于机加工圆柱形工件外表面的机床，包括：

一用于支承圆柱形工件的对中设备，对中设备具有一对分别插入沿圆柱形工件轴线所形成的通孔的相对两端并与所述两端接合的顶尖，从而圆柱形工件在其相对的两端表面被推动并被挤压于所述顶尖之间，顶尖被非接触型的支承元件浮动地可转动支承。

9.一种用于机加工圆柱形工件外表面的机床，包括：

一用于支承圆柱形工件的对中设备，该对中设备具有一对分别插入沿圆柱形工件轴线所形成的通孔的两端并与所述两端接合的顶尖，从而圆柱形工件在其相对的两端表面被推动并被挤压于所述顶尖之间；

通孔的一端被形成为棱边型，另一端被形成为圆角R型；

插入所述通孔直线棱边一端的顶尖被一种非接触支承元件浮动地可旋转支承；

插入所述通孔另一端的R型圆角的顶尖由具有低的摩擦系数的例如金刚石混合物的固定顶尖组成。

10.根据权利要求8或9所述的机床，其特征在于：所述非接触型支承元件包括多孔型的空气静力轴承，其通过从多孔材料体的众多微孔向所述顶尖提供高压气体，用于浮动地可转动支承所述顶尖，所述多孔材料体被设置在所述顶尖的基体部分一侧。

11.根据权利要求8或9所述的机床，其特征在于：所述非接触型支承元件包含磁性轴承，其通过设置在所述顶尖基体部分一侧的电磁铁所提供的磁力，用于浮动地可转动支承所述顶尖。

12.根据权利要求8或9所述的机床，其特征在于：所述被可转动地支承的顶尖具有一避免在与圆柱形工件接触时打滑所必需的表面摩擦系数。

13.根据权利要求8或9所述的机床，其特征在于：还包括一电动机，用于转动地驱动所述被可转动地支承的顶尖。

14.根据权利要求8或9所述的机床，其特征在于：还包括一辊，其直接紧靠在所述圆柱形工件的外表面，从而使圆柱形工件转动。

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