专利名称:强应力定位万能顶尖的制作方法
本发明是用于机械加工中心定位的固定顶尖。
顶尖是机械加工中心定位必需使用的工具。到目前为止世界上使用的顶尖，共分固定顶尖与回转顶尖二类。固定顶尖具有定位精度高的优点，故被广泛采用于要求较高精度的加工工序中。但当径向切削力较大或转速较高时，就会产生较大的轴向伸长和摩擦热，破坏已建立的油膜发生咬死现象而限制其使用范围，故只能用于小负荷、低转速切削。回转顶尖因其本身带有良好润滑的滚动轴承，故能适应较高转速和较大切削负荷，弥补了固定顶尖的不足。但由于回转顶尖结构复杂以及滚动轴承自身的游隙问题，就产生了结构误差，且刚性亦差。这些，影响了工件的元跳动精度及粗切削时由于加工余量的不均匀产生变切削力而导致加工件的仿形误差，增大了工件的元跳动量。故回转顶尖仅适用于精度质量要求不高的粗车，半精车加工工序。另一方面，粗加工中切削热的积累而使工件产生轴向伸长，对于无补偿的回转顶尖或无补偿结构的机床尾座会产生极大的轴向负荷而易于损坏回转顶尖。机加工中使用的静压顶尖应属于回转顶尖，它比回转顶尖有所改进，但结构甚为复杂，本身的加工要求高，能耗大，造价亦高。长期来顶尖的改进，较多均着眼于润滑，并也有为此而设计专门的润滑装置的。顶尖的形状与结构改进不多。
本发明的任务是提出一种兼有固定顶尖及回转顶尖二类顶尖的优点，即既有高精度定位，又有较大许用径向切削力、许用转速高、润滑条件好及能自动补偿工件轴向伸长的万能顶尖。
本发明的顶尖，着眼于能强应力定位。所谓应力定位，即工件中心孔处有预加一定轴向力条件下的定位。轴向力可以大至接近工件中心孔材料的σs，在这样大的轴向力下定位，称强应力定位。这是不同于一般顶尖的定位原理。
本发明的强应力定位万能顶尖，可以是如图2所示的一体结构，也可以是如图3所示的组合结构。由图2及图3可以看出它与普通顶尖在头部的不同点是新顶尖头部元锥定位面是间断的，如图2、图3中的(1)及(6)。它是将原元锥定位面等分地去除数条弓形(图Ⅰ-1)扇形(图Ⅰ-2)或槽形(图Ⅰ-3，Ⅰ-4)截面的体积剩余的元锥面。例如将元锥定位面等分地去除4条，剩余下的元锥定位面也是间断的4部份。间断的元锥面即加工时的定位面。故本实用新型的顶尖的头部有以下特征1.顶尖头定位表面是几部份周向等分的，间断的，三角条状的元锥面，即图2、3中的(1)、(6)等。
2.每一个三角形条状元锥定位面的二条边线(图2、图3中的(3)、(5)即成为二条特定前角的切削刃。
3.相邻的三角条状元锥定位面之间有一空缺部份。
本发明顶尖的颈部(图2、图3中的(7))有平行于轴线的平行平面。这是为使用中拆卸的方便而设计的。
本发明顶尖的尾锥体部，从图3可见是由阶梯轴体，弹性封圈(13)，碟形弹簧(14)、(15)及尾锥体(8)组成。安装于轴段(12)上的碟形弹簧起着轴向伸长的补偿作用。其组合方式是弹性封圈(13)套于轴段(9)上，碟形弹簧(14)、(15)数片成组地套于轴段(12)上，尾锥体(8)由销(16)与轴体联接。当工件由切削热产生轴向伸长时，伸长量由碟形弹簧补偿。
综上所述，本发明强应力定位万能顶尖有以下几个特征1.顶尖头元锥定位面是几部份周向等分的，间断的元锥面。
2.顶尖头部每一块元锥定位面的边线形成二条特定前角的切削刃。
3.相邻二块元锥面之间有一空缺部份。
4.顶尖尾锥体部设计有轴向伸长的补偿结构。
本发明顶尖的外形与内部结构是与众不同的，它具有以下特点1.定位精度高。
由于顶尖头部元锥定位面上的切削刃∫在轴向力作用下，与工件中心孔产生切削与挤研，即自动会很好地修正加工件中心孔，使工件中心孔适合顶尖头本身已有的元锥角度，且具有相适应的元度及光洁度。从而保证了零件中心孔与顶尖头元锥定位面同轴及接触面吻合无间隙。从中心孔表面精度及与顶尖的配合来说，无疑是远较一般工艺中另用刃具、另道工序修正中心孔者为高，且自然地去掉了这一工序，减少了因工件中心孔与顶尖元锥定位面二者的同轴度、锥度、元度、光洁度等误差而产生的定位误差。又由于顶尖头元锥定位面间断均分，且面积减少，也就减少元锥定位面本身的精度误差，即减少顶尖本身的定位误差。自动同轴高质量地修正中心孔又可保证无数次重复加工的精确定位。只要机床允许，粗、半精加工可合成一道工序连续进行。
再则，由于定位是应力定位或强应力定位，工件中心孔受压而产生微量下凹，这可弥补顶尖头元锥定位面可能存在的微量误差，进一步提高定位精度。这是工件精度得以极大提高的可靠保证。
2.许用转速高由于本发明的顶尖头部有空缺部份，它可存储加入极压添加剂的优质润滑脂，并自动吸附润滑，形成高强度润滑膜或化学吸附膜。这与以润滑油作润滑剂时的润滑方式是远不可比拟的。由于优良的润滑性能和选用耐磨，不粘、耐高温材料的新顶尖头元锥定位面，可实现提高许用转速的指标。如4号莫氏锥度的新顶尖最高速度可达3100转/分。加上上述应力定位精度高，可做到无间隙定位，无振动定位条件下的高速切削。强应力定位万能顶尖许用转速见表一。表二是新顶尖与其他顶尖的转速比较表。
强应力定位万能顶尖许用转速表 表1
本发明顶尖与其它顶尖及机床设计最高转速比较表 表2
3.切削负荷大由于优越的润滑条件，保证在强应力高精度、无间隙、无振动定位条件下保持良好的油膜，加上轴向伸长自补偿结构，使新顶尖能适用于高质量大负荷切削。表3是新顶尖各部份许用径向切削力常用回转顶尖的比较结果。计算是用4号莫氏锥度顶尖进行的。
本发明顶尖与有关项目的许用径向切削力的比较表 表3
这三大特点孕含着惊人的效益;并有如下功能(1)一具二用新顶尖既是机械加工中心定位工具，又是同轴线工件中心孔高效率、高质量的修研刃具;
(2)减少粗、精加工工序间的余量这是因为新顶尖能提高粗车时的元度质量，减少仿形误差，故能可靠地减少工序余量;
(3)适合超精加工由于新顶尖为强应力、无间隙定位。无定位震动，故元度高、微观粗糙度也高，更适宜于超精加工和镜面磨削加工;
(4)新顶尖的空缺部分既是优良润滑剂的存储处又是修正中心孔后铁屑杂物的“垃圾箱”;
(5)对工件中心孔质量要求可适当降低，工件中心孔质量只要基本符合，GB145-59，即可;
(6)对工件中心孔的清洁度要求低只要定位面上无大颗粒石子和铁片杂物，并不需要揩拭中心孔，更无必要检查中心孔有否毛刺，只要在中心孔中填满润滑脂，即可放心大胆工作;
(7)操作简单工作时只需加一个轴向力，力的大小自数公斤到数百公斤(其力大小与中心孔修正成正比)，造成应力定位即可，比使用原固定顶尖间隙定位要方便得多;
(8)扩大使用范围与同号
硬质合金头顶尖相比，新顶尖适用更大范围工件中心孔的加工，也可加工适当管类零件;
(9)由于新顶尖头部元锥定位面有“垃圾箱”，故铁屑、砂粒被自动清理至垃圾箱储存，不再介入顶尖及工件中心孔的摩擦面间而磨损顶尖，其寿命较固定顶尖为长，比回转顶尖使用寿命则更长。
新顶尖与固定顶尖、回转顶尖主要性能列表如下，表4新顶尖与另二类顶尖主要性能比较表 表4
从上列数值中看出，本发明顶尖在性能上均已超过二类顶尖的优点，而无它们的缺点，故能完全取代它们。
本发明顶尖的制造工艺也不复杂。一体结构的其加工完全可用常规工艺制造，其材料根据用途可以是硬质合金，也可以是碳素工具钢。对于碳素工具钢的顶尖头部表面可根据用途需要用表面强化工艺强化。也可用喷镀、涂镀硬质耐磨、耐腐材料以提高耐磨耐腐蚀性。要求高速、大负荷切削使用的，可用硬质合金先模压出顶尖头，再与顶尖体焊接加工。碟形弹簧可采用标准件。
实施例1发明人曾在一个硬质合金头的普通4号莫氏锥度的顶尖头元锥面上，等分地去除4条扇形截面的体积，使圆锥面上出现4个相同的V形槽，其剩余圆锥面上二相邻切削刃间最大弦长为8.3毫米，而制作出强应力定位万能顶尖，如图2。
实施例2用45号碳素钢及一般机械加工工艺制作出强应力定位万能顶尖后，再用等离子喷镀工艺在顶尖头元锥面上喷一层厚度为0.2毫米的钼Mo层再行精加工元锥定位面制成耐磨、防蚀的强应力定位万能顶尖。
实施例3用碳素工具钢及常规机械加工工艺制出有4条等分V型槽如图3的强应力定位万能顶尖，其主要设计参数是轴段9为φ25，轴段10为φ18.5，轴段12为φ9，选用碟形弹簧尺寸为外径D＝18，内径d＝9.2，厚度δ＝1，最大压缩量ho＝0.403，允许载荷(Pf＝0.75ho时)为128公斤，叠合片数每组4片，共7组，组装后预压80公斤，预压量0.3毫米，这种组合可达的补偿量为1.8毫米，最大轴向负荷为660公斤。
实施应用例1以实施例1制成的顶尖在C616车床上进行高速试验，工件重量10公斤，在1980转/分的转速下试验十分钟，结果润滑良好，中心孔无咬毛现象，且光洁度提高。
实施应用例2以实施例2制成的顶尖在磨床上进行试验，工件为长轴，磨削10分钟，检验中心孔光洁度
8，全面吻合发亮(即全面吻合良好)，其直径扩大量仅为0.003毫米(即修正量)，工件光洁度
8，元跳动＜0.001毫米。
实施应用例3以实施例3制成的顶尖进行粗车试验，进刀量t＝8，走刀量S＝0.28，切削速度V＝100公尺/分，进行超负荷重复试验试验结果加工件光洁度达
4，元跳动＜0.02，工件表面温度为86℃中心孔表面呈光滑状态，顶尖良好，无磨损现象，据计算，径向切削力为500kg，工件热膨胀是(以温差60℃和工件长1000计算得)为0.66毫米，试验结果表明本发明顶尖达到预期效果。
(1)图1-顶尖头上去除部份条状体积的截面示意图。
(2)图2-去除部份为扇形的一体结构强应力定位万能顶尖。
(3)图3-去除部份为扇形的组合结构强应力定位万能顶尖。
图4图3图2中序号说明A.1、6-顶尖头上间断元锥面。
B.2、4-切削刃前刀面。
C.3、5-切削刃。
D.7-顶尖颈。
E.8-顶尖尾锥体。
F.9-导向、支承轴段。
G.10-导向轴段。
H.11-锁销孔。
I.12-碟形弹簧中心轴段。
J.13-弹性封圈。
K.14、15-碟形弹簧。
L.16-锁销。
权利要求
1.本发明是用于机械加工中心定位的固定顶尖，其特征是顶尖头部定位元锥面是有几部份周向等分的，间断的元锥面。即在元锥体上等分地去除几部份条状体积所剩余下的元锥面。
2.由权利要求
1，其特征是去除的是4部份条状体积。
3.由权利要求
1，其特征是顶尖尾锥体内设有碟形弹簧等组成的轴向伸长补偿结构。
4.由权利要求
1，其特征是顶尖元锥头是由硬质合金材料模压工艺制成。
5.由权利要求
1，其特征是顶尖头部定位元锥面上可喷镀或涂镀硬质，耐磨、耐腐材料。
专利摘要
本发明是用于机械加工中的强应力定位顶尖，本顶尖的设计思想着眼于应力定位，顶尖头部定位圆锥面是间断的，且带有切削刃，能修正工件中心孔。高精度定位。由于头部有空缺可储存润滑脂，可建立高强度油膜，保证无间隙定位、无振动切削，加上尾部的轴向伸长补偿结构，能进行大径向力切削及高速切削。结构简单、制造方便、成本低，适用于粗、精、超精加工中使用。实施证明精加工后圆跳动量＜1μ。它具有固定顶尖和回转顶尖二类顶尖有过之的优点，而无它们的缺点。
文档编号B23B23/02GK85102439SQ85102439
公开日1985年12月20日 申请日期1985年4月1日
发明者方大同 申请人:方大同导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan