CN109500412B - 一种复合式精密硬质合金活动顶尖及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蜗杆精密加工技术领域，公开一种复合式精密硬质合金活动顶尖及其使用方法。其结构包括芯轴、60°硬质合金锥度体、油缸、定位装置、配油管；芯轴尾端固定安装在机床主轴中心孔内；配油管套接在芯轴中端的外壁；芯轴的前端外壁固定连接定位装置；芯轴前端的端面固定设置60°硬质合金锥度体。本装置其顶尖材料选用硬质合金，定位固定方式上利用杠杆原理，使用方法上将机械手、与自动化控制有效的结合，实现带凸爪蜗杆定位加工的自动化生产，同时也提高蜗杆加工的精度、保证了加工质量。

Description

一种复合式精密硬质合金活动顶尖及其使用方法

技术领域

本发明涉及蜗杆精密加工技术领域，更具体地，涉及一种复合式精密硬质合金活动顶尖及其使用方法。

背景技术

汽车电动助力转向器中关键零件-蜗杆的加工质量，直接影响整个助力过程以及整台车的品牌和价位，而蜗杆的需求量是百万、千万计算的，尤其是现有市场中大量急需带凸爪蜗杆。这个带凸爪蜗杆，由于形状特别，故加工时定位困难、装夹易干涉、生产效率低、极易出现质量问题，废品损失较多，所以需要一种行而有效的加工方式来促进生产力。

在现有技术中，传统的生产加工工艺上，靠人工用专用卡箍卡紧螺杆，在专用顶尖座上调好角向位置及轴向距离，再由人工手工装卡、拆卸蜗杆，费时，费力。并且顶尖要用专用顶尖，其制造精度大大超过0.001mm，通常为0.005mm-0.01mm，严重影响蜗杆加工精度。

为了提高顶尖自身的精度，传统加工上，必须先在机床上用磨蜗杆的砂轮修磨顶尖的60°支撑型面。如此一来，砂轮的磨削面需修正成多个型面，费时，费力，费砂轮，连用于磨削蜗杆的磨削型面都发生变化。并且受磨砂轮的材料限制，磨砂轮无法磨硬质合金顶尖，故传统顶尖的材料大多为钢制件，它的耐磨性只有硬质合金的5%，则加工过程，需要不断的修磨顶尖，在不断地把砂轮修成蜗杆所需的型面，极度繁琐。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中用于加工带凸爪蜗杆的顶尖精度低、耐磨性差、加工繁琐等的不足，提供一种精度高、耐磨性强、自动化操作的复合式精密硬质合金活动顶尖。

本发明的另一目的是提供一种复合式精密硬质合金活动顶尖的使用方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种复合式精密硬质合金活动顶尖，安装在用于带凸爪蜗杆加工机床的移动主轴中心孔；包括芯轴、60°硬质合金锥度体、油缸、定位装置、配油管；所述芯轴尾端固定安装在机床主轴中心孔内；所述芯轴中端位于机床主轴的外侧；所述芯轴中端的内部设有两条油路，油路连通芯轴前端的油缸；

所述配油管套接在芯轴中端的外壁；所述配油管设有两个油管接口；所述两个油管接口的各连通芯轴中端内部的一条油路；

所述芯轴的前端外壁固定连接定位装置；所述芯轴前端的端面固定设置60°硬质合金锥度体；所述60°硬质合金锥度体与芯轴位于同一水平轴线上；所述油缸通过连接件定位安装在芯轴前端的外壁，油缸镶嵌在芯轴前端的内部；所述油缸的管道贯通芯轴前端的外壁；

所述定位装置由油缸定块、弹簧器、定位杆组成，所述油缸定块设置在油缸的管道中，并且可沿管道内移动；所述定位杆的尾端与油缸定块的外壁固定连接为一体；所述弹簧器固定连接油缸定块；所述定位杆上设有销轴；所述销轴两端固定在芯轴前端的凹槽，定位杆可沿销轴转动。

进一步地，所述芯轴尾端为莫氏锥度体，所述莫氏锥度体卡接在机床主轴的中心孔内。

进一步地，所述芯轴尾端的表面需经过精密研磨处理；所述莫氏锥度体与机床主轴内孔着色不低于98%。

进一步地，所述配油管内部设有两个深沟球轴承、3个U型密封圈；所述配油管通过深沟球轴承套接在芯轴中端的外壁；所述配油管的两侧端面与机床的主轴端面、油缸的外壁均不接触，所述配油管不随芯轴转动；所述U型密封圈等距离设置在配油管内壁。

所述配油套的外部设有两个2-PT1/8″接口，所述两个2-PT1/8″接口各连通一条位于芯轴中端的内部的油路；所述两个2-PT1/8″接口各外接一条外接油管。

进一步地，所述定位杆的形状为类“L”型；所述定位杆的长杆部分的形状为类“直角三角形”，直角处连接短杆，斜边的最低处固定连接油缸定块的底部；所述定位杆的短杆部分的顶端为斜锥面，且斜锥面不与60°硬质合金锥度体接触。

进一步地，所述弹簧器由圆柱头螺钉、压缩弹簧组成；所述圆柱头螺钉穿过定位杆，固定在油缸定块内部；所述压缩弹簧套接在圆柱头螺钉的螺杆上，且位于定位杆的下方。

进一步地，所述60°硬质合金锥度体与芯轴的同轴度为0.001mm。

进一步地，所述芯轴尾端固定安装在机床主轴中心孔内，其旋转同轴度不超过0.0015mm。

一种复合式精密硬质合金活动顶尖的使用方法，所述复合式精密硬质合金活动顶尖的使用步骤：

S1.装配：将活动顶尖的芯轴尾端卡接在机床主轴的中心孔内，配油管的油管接口外部连接两条外接油管；

S2.定位：机械手抓取带凸爪蜗杆移动到机床加工台上，带凸爪蜗杆的凸爪一端朝向活动顶尖，另一端朝向机床尾座的固定式顶尖，机床两端向蜗杆聚拢，固定式顶尖顶靠在蜗杆一侧的中心处，活动顶尖的硬质合金锥度体顶靠在凸爪内部锥度槽；外接油管加压、注油到油缸，油缸定块向下位移，定位杆向上卡在凸爪的“V”型槽，卡紧蜗杆；

S3.加工：机床主轴慢速转动，顶尖利用摩擦力同步带动蜗杆转动，砂轮开始磨削涡杆的蜗杆面；

S4.拆卸：加工完成后，油缸卸压，外接油管回收油，油缸定块上移，定位杆分离凸爪的“V”型槽；机床两端顶尖分离蜗杆；机械手抓取回收蜗杆。

一种带凸爪蜗杆的加工，采用权利要求1-9任一权利要求所述复合式精密硬质合金活动顶尖及其使用方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的复合式精密硬质合金活动顶尖，在顶尖结构设计上，锥度体与莫氏体的同轴度精度高，与主轴的旋转同轴度精度极高，则使得蜗杆加工的精度得到极大提升，保证了加工的一致性。

（2）本发明的复合式精密硬质合金活动顶尖的使用方法，利用顶尖内部的油路路线，配合机械手使用，实现蜗杆加工的自动化定位、固定、拆卸，优化了工作环境，降低了劳动强度，大步提高了生产效率。

（3）本发明的复合式精密硬质合金活动顶尖，其顶尖材料为硬质合金，耐磨性极强，加工时无需和传统钢制件顶尖利用砂轮反复修磨，其硬质合金顶尖使用寿命比钢制顶尖的使用寿命延长近20倍。

（4）本发明的复合式精密硬质合金活动顶尖，由于顶尖不需要砂轮修磨，故砂轮的型面得到有效的保障，蜗杆的螺旋形面本身靠砂轮的型面保证，蜗杆的径向精度全靠顶尖的转动精度保证。排除了人为的因素，质量更有保证。

附图说明

图1为复合式精密硬质合金活动顶尖的结构图；

图2为复合式精密硬质合金活动顶尖的C-C，B-B剖面图；

图3为复合式精密硬质合金活动顶尖的工作状态图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，一种复合式精密硬质合金活动顶尖，安装在用于带凸爪蜗杆加工机床的移动主轴中心孔；本活动顶尖包括芯轴1、60°硬质合金锥度体13、油缸4、定位装置、配油管3；上述芯轴1尾端固定安装在机床主轴中心孔内；芯轴1中端位于机床主轴的外侧；并且芯轴1中端的内部设有两条油路，分别作为活动顶尖的进油路线，以及出油路线，两条油路连通芯轴1前端的油缸4。

上述配油管3套接在芯轴1中端的外壁；配油管3设有两个油管接口；两个节油接口的各连通芯轴1中端内部的一条油路，作为进油口与出油口；

上述芯轴1的前端外壁固定连接定位装置；上述芯轴1前端的端面固定设置60°硬质合金锥度体13；60°硬质合金锥度体13与芯轴1位于同一水平轴线上；上述油缸4通过连接件5定位安装在芯轴1前端的外壁，油缸4的部分镶嵌在芯轴1前端的内部；上述油缸4的前段设有金属管道，油缸4的金属管道贯通芯轴1前端的外壁，本实施例1中，连接件5为内六方螺钉5，油缸4通过4根内六方螺钉5，将油缸4固定在芯轴1前端的外部，同时在油缸4与芯轴1前端的接口处进行密封焊接处理，既固定油缸4，同时也防止油液从连接缝隙流出。

如图1-2所示，上述定位装置由油缸定块8、弹簧器、定位杆6组成，上述油缸定块8的形状大小与油缸4的金属管道密封契合卡接，防止油液漏出；上述油缸定块8设置在油缸4的金属管道中，油缸定块8受油缸4内部的压强，油液体积的变化，沿管道内上下移动；上述定位杆6的尾端与油缸定块8的外壁固定连接为一体；弹簧器固定连接油缸定块8；定位杆6上设有销轴7；所述销轴7两端固定在芯轴1前端的凹槽，定位杆6可沿销轴7转动。

如图1所示，在本实施例1中，芯轴1尾端为莫氏锥度体，上述莫氏锥度体卡接在机床主轴的中心孔内。并且芯轴1尾端的表面在安装机床主轴的中心孔前，需经过精密研磨处理，保证其表面的光洁度，上述芯轴1的莫氏锥度体与机床主轴内孔着色不低于98%。使得芯轴1的莫氏锥度体能够更好的卡接在机床主轴的中心孔，工作时，芯轴1与机床主轴的旋转同轴度更高。

如图1所示，本发明的活动顶尖的芯轴1中端上套接配油管3，在本实施例1中，上述配油管3内部设有两个深沟球轴承12、3个U型密封圈2；深沟球轴承12套接在芯轴1中端的外壁；上述配油管3的两侧端面与机床的主轴端面、油缸4的外壁均不接触，由于深沟球轴承12的作用，在不影响芯轴1转动的同时，配油管3不随芯轴1一起转动；上述U型密封圈2等距离设置在配油管3内壁，U型密封圈2可以对配油套起到密封隔离的作用，防止油液漏出。

在上述配油套的外部设有两个2-PT1/8″接口，这两个2-PT1/8″接口各自连通一条位于芯轴1中端的内部的油路，作为活动顶尖的进油口和出油口，并且在上述两个2-PT1/8″接口各外接一条外接油管11，作为油缸4外设的进油管线与出油管线。

如图1所示，在本实施例1中，上述定位杆6的形状为类“L”型；定位杆6的长杆部分的形状为类“直角三角形”，长杆的直角处连接短杆，长杆的斜边的最低处通过焊接的方式固定连接在油缸定块8的底部；上述定位杆6的短杆部分的顶端为斜锥面，且斜锥面不与60°硬质合金锥度体接触，防止定位杆6对60°硬质合金锥度体造成定位、旋转干涉。

上述定位装置的弹簧器由圆柱头螺钉9、压缩弹簧10组成；圆柱头螺钉9穿过定位杆6，固定在油缸定块8内部；所述压缩弹簧10套接在圆柱头螺钉9的螺杆上，且位于定位杆6的下方。

本发明中，油缸定块8在未工作状态时，如图3-B所示，首先置于油缸4的金属管道的高处，此时定位杆6因与油缸定块8连接，定位杆6的长杆抬高，短杆下降。则在60°硬质合金锥度体与带凸爪蜗杆定位时，定位杆6不会对锥度体造成定位影响。进入工作状态时，如图3-A、C所示，进油管线加压，注油，油液通过进油路线，进入油缸4，流入金属管道，随着金属管道内部的油液不断聚集，金属管道内的压强不断增加，在压强的作用下，油缸定块8向下移动，压缩弹簧10收缩，带动定位杆6的短杆的斜锥面上移，并最终卡接在蜗杆的凸爪外部“V”型槽，并且由于定位杆6位为类“L”型，销轴7连接在长杆靠近短杆处，形成一个杠杆，油缸定块8的向下移动产生的力，利用杠杆原理，可以最大化的作用在短杆的斜锥面与凸爪外部的“V”型槽，使得斜锥面紧紧的固定卡接凸爪；待加工结束后，油缸4内部泄压，此时油液通过出油路线排出，金属管道的内部压强降低的同时，油缸定块8受压缩弹簧10还原产生的弹力作用下，向上位移，带动定位杆6的短杆处的斜锥面脱离凸爪。

如图1所示，本实施例1中，芯轴1前端的端面固定设置60°硬质合金锥度体13；上述60°硬质合金锥度体13与芯轴1位于同一水平轴线上，60°硬质合金锥度体13与芯轴1的同轴度为0.001mm。

在本实施例1中，芯轴1尾部固定安装在机床主轴中心孔内，芯轴1尾端轴线应与机床主轴的轴线保证一致性，这使得机床的主轴与芯轴1的旋转同轴度不超过0.0015mm。

如图3所示，图中A为活动顶尖在机床上加压、注油的工作状态；图中B为活动顶尖的未工作状态，或者机床上卸压、排油的工作状态；图中C为活动顶尖的定位杆6卡紧蜗杆的凸爪的结构示意图。

为本发明的复合式精密硬质合金活动顶尖的使用方法，其使用步骤如下：

S1.装配：将活动顶尖的芯轴1尾端卡接在机床主轴的中心孔内，并且在配油管3的油管接口上外部连接两条外接油管11，作为连接油缸4外设的出油管道，进油管道。

S2.定位：本发明的活动顶尖安装在机床上后，机床配合机械手使用，机械手用于抓取带凸爪蜗杆。首先机械手在未加工的带凸爪蜗杆放置处，抓取带凸爪蜗杆移动到机床加工台上，并且控制带凸爪蜗杆的摆放位置，其蜗杆的带凸爪一端朝向活动顶尖，另一端朝向机床尾座的固定式顶尖；然后机床两端向蜗杆聚拢，固定式顶尖顶靠在蜗杆一侧的中心处，活动顶尖的硬质合金锥度体13顶靠在凸爪内部锥度槽；待两侧顶尖的锥度体顶靠完毕后，机械手松开蜗杆，退回原位。外接油管11开始加压、从外设的进油管线，沿进油路线注油到油缸4，油缸定块8受油缸4内部压强增加的作用力向下位移，带动定位杆6的短杆的斜锥面向上移动，卡在凸爪的“V”型槽中，固定卡紧蜗杆；

S3.加工：待顶尖与蜗杆固定定位完毕后，机床主轴开始慢速转动，顶尖利用与蜗杆连接点产生的巨大摩擦力同步带动蜗杆转动，砂轮开始磨削蜗杆的螺旋型面；

S4.拆卸：加工完成后，油缸内部卸压，由于油缸4内部的压强减小，油液通过出油路线，从外接油管11流出，此时油缸定块8上移，并带动定位杆6的短杆斜锥面分离凸爪的“V”型槽，待油缸定块8归于原位时；机械手抓取回收蜗杆，机床两端顶尖从蜗杆处分离。

从上述本发明的使用方法可以看出，相对于传统带凸爪蜗杆定位加工而言，本发明的固定定位方式全程自动化，人工只需手动安装活动顶尖，并接好外设的油管，利用机械手配合加工，从零件获取，定位、固定、拆卸、回收整个过程，均为自动化操作。其自动化核心为PLC控制系统，利用系统感应定位，自动化控制加压注油，泄压排油的时间，将传统的机械自动化砂轮磨削加工、配合机械手抓取与回收、以及自动化定位与固定，三者相结合，有效的解决了传统带凸爪加工定位固定难，装夹繁琐的困难。

本发明的精密硬质合金活动顶尖，其60°硬质合金锥度体13、芯轴1尾端的莫氏锥度体、机床主轴中心，三者的同轴度精度高，这样可以保证活动顶尖旋转时，与机床主轴的旋转同轴度极高，进一步优化了蜗杆加工的精度。

本发明的精密硬质合金活动顶尖的锥度体13采用硬质合金，由于硬质合金耐磨性极强，加工时无需和传统钢制件顶尖利用砂轮反复修磨，其硬质合金顶尖使用寿命比钢制顶尖的使用寿命延长近20倍，同时锥度体13不需要砂轮修磨，故砂轮的型面可以得到有效的保障，蜗杆的螺旋形面本身靠砂轮的型面保证，蜗杆的径向精度全靠顶尖的转动精度保证。排除了人为的因素，质量更有保证。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合式精密硬质合金活动顶尖，安装在用于带凸爪蜗杆加工机床的移动主轴中心孔；其特征在于，包括芯轴、60°硬质合金锥度体、油缸、定位装置、配油管；所述芯轴尾端固定安装在机床主轴中心孔内；所述芯轴中端位于机床主轴的外侧；所述芯轴中端的内部设有两条油路，油路连通芯轴前端的油缸；

所述配油管套接在芯轴中端的外壁；所述配油管设有两个油管接口；所述两个油管接口各连通芯轴中端内部的一条油路；

所述芯轴的前端外壁固定连接定位装置；所述芯轴前端的端面固定设置60°硬质合金锥度体；所述60°硬质合金锥度体与芯轴位于同一水平轴线上；所述油缸通过连接件定位安装在芯轴前端的外壁，油缸镶嵌在芯轴前端的内部；所述油缸的管道贯通芯轴前端的外壁；

所述定位装置由油缸定块、弹簧器、定位杆组成；所述油缸定块设置在油缸的管道中，并且可沿管道内移动；所述定位杆的尾端与油缸定块的外壁固定连接为一体；所述弹簧器固定连接油缸定块；所述定位杆上设有销轴；所述销轴两端固定在芯轴前端的凹槽，定位杆可沿销轴转动；

所述弹簧器由圆柱头螺钉、压缩弹簧组成；所述圆柱头螺钉穿过定位杆，固定在油缸定块内部；所述压缩弹簧套接在圆柱头螺钉的螺杆上，且位于定位杆的下方。

2.根据权利要求1所述的一种复合式精密硬质合金活动顶尖，其特征在于，所述芯轴尾端为莫氏锥度体，所述莫氏锥度体卡接在机床主轴的中心孔内。

3.根据权利要求2所述的一种复合式精密硬质合金活动顶尖，其特征在于，所述芯轴尾端的表面需经过精密研磨处理；所述莫氏锥度体与机床主轴内孔着色不低于98％。

4.根据权利要求1所述的一种复合式精密硬质合金活动顶尖，其特征在于，所述配油管内部设有两个深沟球轴承、3个U型密封圈；所述配油管通过深沟球轴承套接在芯轴中端的外壁；所述配油管的两侧端面与机床的主轴端面、油缸的外壁均不接触，所述配油管不随芯轴转动；所述U型密封圈等距离设置在配油管内壁；

所述配油管的外部设有两个2-PT1/8″接口，所述两个2-PT1/8″接口各连通一条位于芯轴中端的内部的油路；所述两个2-PT1/8″接口各外接一条外接油管。

5.根据权利要求1所述的一种复合式精密硬质合金活动顶尖，其特征在于，所述定位杆的形状为类“L”型；所述定位杆的长杆部分的形状为类“直角三角形”，直角处连接短杆，斜边的最低处固定连接油缸定块的底部；所述定位杆的短杆部分的顶端为斜锥面，且斜锥面不与60°硬质合金锥度体接触。

6.根据权利要求1所述的一种复合式精密硬质合金活动顶尖，其特征在于，所述60°硬质合金锥度体与芯轴的同轴度为0.001mm。

7.根据权利要求1所述的一种复合式精密硬质合金活动顶尖，其特征在于，所述芯轴尾端固定安装在机床主轴中心孔内，其旋转同轴度不超过0.0015mm。

8.根据权利要求1所述复合式精密硬质合金活动顶尖的使用方法，其特征在于，所述复合式精密硬质合金活动顶尖的使用步骤：

S1.装配：将活动顶尖的芯轴尾端卡接在机床主轴的中心孔内，配油管的油管接口外部连接两条外接油管；

S2.定位：机械手抓取带凸爪蜗杆移动到机床加工台上，带凸爪蜗杆的凸爪一端朝向活动顶尖，另一端朝向机床尾座的固定式顶尖，机床两端向蜗杆聚拢，固定式顶尖顶靠在蜗杆一侧的中心处，活动顶尖的硬质合金锥度体顶靠在凸爪内部锥度槽；外接油管加压、注油到油缸，油缸定块向下位移，定位杆向上卡在凸爪的“V”型槽，卡紧蜗杆；

S3.加工：机床主轴慢速转动，顶尖利用摩擦力同步带动蜗杆转动，砂轮开始磨削涡杆的螺旋面；

S4.拆卸：加工完成后，油缸卸压，外接油管回收油液，油缸定块上移，定位杆分离凸爪的“V”型槽；机械手抓取回收蜗杆；机床两端顶尖分离蜗杆。

9.一种带凸爪蜗杆的加工方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一权利要求所述复合式精密硬质合金活动顶尖及权利要求8所述的使用方法。

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