专利名称：用于外径以及用于内径的舍弃式抛光工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对工件的外径进行抛光的舍弃式(throw-away)抛光工具、和一种用于对工件的内径进行抛光的舍弃式抛光工具。
背景技术：
在常规情况下，对硬度为HRC40或更高的硬化钢的表面进行抛光以及当对不锈钢材料的表面进行抛光时，公知用采用金刚石的抛光工具来代替辊子。
图4A至图4C表示使用金刚石的常规的舍弃式抛光工具30，其中图4A是一平面图，图4B是图4A中S部分的放大平面图，而图4C是沿图4B中的线R-R剖取的剖视图。这种用于外径的舍弃式抛光工具是公知的；例如，由IMS有限公司制造的IMS抛光工具类型的BNN。参见由总销售商Nitmac经销的IMS抛光商品目录。
工具架具有不同的尺寸，且舍弃式抛光工具30的最大尺寸为，横截面为25mm×25mm(宽×高)、总长为160mm。
如图4B所示，在工具架35的前端部分处设置有用于尖头保持架(tipholder)36的安装座35a，且尖头保持架36通过螺栓35b固定到这个安装座35a上。该螺栓35b倾斜30°，且如图4C所示用于尖头保持架36的安装座36e也倾斜30°。
另外，在尖头保持架36的左前端部中钻有倾斜45°的孔36a，且金刚石尖头37插入该孔36a中并通过螺钉36c固定。另外，在尖头保持架36的中心部分处形成有大致为双锁孔形状的槽36b，从而通过该槽36b仅一体地连接在双锁孔头部与外周表面36d之间的部分。为了相对尖头保持架36推动该工具架35，就要利用连接部分36g的弹性变形。
如图4C所示，尖头保持架36在前视图中形成为T形。用于螺栓35b的安装座36e大致倾斜30°，在螺栓通孔36f中形成有U形的凹口，且只有通过松开螺栓35b，才能更换尖头保持架36，并且只有通过拧紧该螺栓35b，才能将尖头保持架36按压抵靠着安装座35a的肩部并固定在其上。
另外，如图4B所示，形成为非球面的金刚石37a嵌入在金刚石尖头37的前端部中，且金刚石尖头37相对于其表面形成有5°的后角α和β。
另外，到金刚石尖头37的中心的高度为25mm，这与工具架35的高度相同，如图4C所示。
但是，由于用于外径的常规舍弃式抛光工具30采用了推动方法，当金刚石尖头37作用于工件的按压力的大小变化时，通过设置在尖头保持架36处的连接部分36g的弹性变形，金刚石尖头37的姿势(posture)发生变化。因此，存在几个问题，诸如加工方向不固定；在加工期间，通过改变推力不会改变所述按压力；难以满足虎克定律，即位移与推力之间的线性比例关系；以及不能实现推力的精确调节。
发明内容
本发明致力于解决这些问题，且本发明的目的是提供一种舍弃式抛光工具，其能在尖头受到按压力作用时保持硬质材料尖头的姿势，这能改变推力以在加工过程中改变所述尖头的按压力，并能提供位移和推力之间的线性关系，从而能精确地调节所述推力。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于外径的舍弃式抛光工具，其包括工具架，其具有直线性I形部分和突起部分；硬质材料尖头，其可拆卸地安装到尖头保持架上；保持架销(holder pin)，其连接到所述尖头保持架上并容纳在所述工具架的突起部分中，该保持架销具有方形孔，该孔的形式为沿大致垂直于保持架销的轴线的方向延伸的通孔；推动装置，其插入到保持架销的内部并推动所述保持架销；推力调节装置，用于调节由推动装置产生的推力；以及平行销，其两端由工具架支撑并穿过所述方形孔，其中所述平行销引导所述保持架销沿所述方形孔的运动。
在上述舍弃式抛光工具中，所述I形部分和突起部分可以相互成一体以提供L形轮廓的工具架。
另外，在上述舍弃式抛光工具中，所述硬质材料尖头可由金刚石或CBN制成。
根据本发明的第一方面，硬质材料尖头可以安装到尖头保持架的安装座上，且该硬质材料尖头可以为舍弃式，以便于所述硬质材料尖头的更换，并能减小所述硬质材料尖头的尺寸。如果该硬质材料尖头的顶端为半圆形，则可以只使用一个单独的硬质材料尖头以在许多不同方向上进行抛光，诸如外表面，端面，内表面(在具有较大直径的情况下)。
根据本发明的第一方面，沿所述保持架销的轴向推动所述保持架销的推动装置插入到所述保持架销的内部，并且设置用于调节由所述推动装置产生的推力的推力调节装置。因此，即使所述硬质材料尖头在加工过程中受到按压力或该按压力在加工过程中变化，也可以保持硬质材料尖头的姿势不变。另外，提供用于精确地调节所述推力的机构，这使得可以便于根据不同的加工条件进行设置。
另外，在一个示例性实施例中，由于工具架为具有直线性I形部分和突起部分的L形轮廓，因此可以在所述突起部分的远离所述直线性I形部分的位置处设置推力调节装置，用于对推动装置施加力以推动所述保持架销。这样，利用标准工具(六角扳手)等可以容易地使推力调节装置的输入部分转动，从而可以容易地调节推力。
此外，在一个示例性实施例中，由于硬质材料尖头由金刚石或CBN制成，因此即使对这样的待加工物体的表面进行抛光，该物体诸如为具有HRC40至60的硬度的硬化钢或不锈钢材料，由于硬度不同也能容易地进行抛光。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于内径的舍弃式抛光工具，其包括柱形柄部，其待安装在加工机器上；尖头保持架，其容纳在所述柄部中且通过工件按压力而可绕转轴转动；安装座，其设置在尖头保持架的前端部分处；舍弃式硬质材料尖头，其可拆卸地安装在所述安装座上；推杆，其容纳在所述柄部中并具有一端面；推动装置，其设置在所述推杆的端面处并朝向所述尖头保持架沿所述柄部的轴向方向推动所述推杆；推力调节装置，用于调节由所述推动装置产生的推力；推力转换装置，用于将所述推力传送至尖头保持架的扩大直径轴，以使所述推力的方向转换为所述扩大直径轴的转动方向，其中通过由所述推力引起的所述尖头保持架沿转动方向的转动对工件作用按压力。
根据本发明的第二方面，所述用于内径的舍弃式抛光工具设有位于所述尖头保持架的前端部分处的安装座、和可拆卸地安装在所述安装座上的舍弃式硬质材料尖头，从而可便于所述硬质材料尖头的更换并能减小所述硬质材料尖头的尺寸，且还能防止在加工过程中的干涉。另外，柄部11除所述尖头保持架之外通常可用作辊子抛光工具，这能降低成本。
通过下面的说明，本发明的其它特征和优点将变得明了。
通过参照附图详细地描述本发明的示例性的、非限制性实施例，使得本发明的各个方面变得更加清楚，图中图1A至图1C表示根据本发明第一实施例的用于外径的舍弃式抛光工具，其中图1A是一平面图，图1B是一前视图，而图1C是从图1A中示出的箭头A的方向看的视图；图2A和图2B是舍弃式抛光工具的前端部分的放大视图，其中图2A是沿图1B中的线B-B剖取的放大剖视图，而图2B是沿图2A的线C-C剖取的剖视图；图3A和图3B表示根据本发明第二实施例的用于内径的舍弃式抛光工具的工具架，其中图3A是一剖视图，而图3B是沿图3A的线D-D剖取的剖视图；和图4A至图4C表示常规的舍弃式抛光工具，其中图4A是一平面图，图4B是图4A的S部分的放大平面图，而图4C是沿图4A的线R-R剖取的剖视图。
具体实施例方式
第一实施例下面，将参照附图详细地描述本发明的第一实施例。
如图1A所示，用于外径的舍弃式抛光工具10包括具有I形部分5a和突起部分5b的工具架5，所述I形部分和突起部分相互形成为一体以提供L形轮廓。
如图2A所示，舍弃式抛光工具10的硬质材料尖头1可拆卸地(可替换地)安装在尖头保持架2的安装座2a上、并通过螺钉2b固定在其上。硬质材料尖头1由金刚石或CBN制成。作为矿物中最硬的金刚石，其可以是工业金刚石或天然金刚石。作为第二硬的CBN是立方氮化硼的缩写，该物质在自然界中并不存在。CBN不像工业金刚石那样昂贵，其为可用于对硬化钢进行切割加工的材料。因为CBN的热传导性是令人满意的，所以可以进行高速加工和对于环境友好的干切削。
除此之外，所述尖头可以由诸如陶瓷或硬质合金的材料制成，这种材料的硬度相对于待加工材料而言较高并具有耐久性。
另外，硬质材料尖头1的前端部分为半球形。
虽然硬质材料尖头1的硬质材料1a可以为CBN尖头1的CBN1a，但是下面将描述金刚石尖头1的金刚石1a。
保持架销3沿前后方向移动，以使与保持架销3连接的尖头保持架2相对于工件W前后移动。保持架销3通过单个螺栓2c与尖头保持架2的侧表面成直角连接，从而所述尖头保持架2与保持架销3相互成一体。
提供金刚石1a的半球形前端部分使得可以使用同一单个硬质材料尖头1在多个方向上加工诸如外表面、端面和内表面(在具有较大直径的情况下)。
如图2A所示，邻近工件W的金刚石尖头1表示外表面加工，而用双点划线示出的金刚石尖头1表示端面加工。
当端面加工时，工具架5的安装位置可以改变90°。
通过使用单个螺钉2b可以进行金刚石尖头1的更换。这与常规的舍弃式抛光工具相比，能在更短的时间内完成设置工作。
推动装置E是弹簧4。这里，将方形螺旋弹簧用作推动装置E。这是因为就负载与位移之间的比例而言，方形螺旋弹簧比具有圆形截面的螺旋弹簧更精确。
推力调节装置G包括设置在弹簧4端部处的推杆9、和用于推动该推杆9的调节螺栓6。调节螺栓6旋拧在突起部分5b的端部中。
更具体地，在突起部分5b中形成有柱形孔5e。引导衬套8装配在该柱形孔5e中，且进一步地，保持架销3通过该引导衬套8而插入到柱形孔5e中。作为推动装置E的弹簧4插入到保持架销3的孔内，且在弹簧4的端部处设置有作为推力调节装置G的调节螺栓6，其能使弹簧4偏移或位移，从而使推力F通过推杆9作用于保持架销3。调节螺栓6通过螺母6a固定以用于防止调节螺栓6松动。由此就形成了推力调节机构。
另外，所述推力调节机构构造成这样，以使弹簧4的偏移(位移)量由调节螺栓6等通过推杆9从保持架销3的右表面侧来调节，该推杆9用作弹簧4的基部(座)。
保持架销3具有方形孔3a，该孔的形式为沿垂直于保持架销3的轴线方向延伸的通孔。方形孔3a形成为当将保持架销3安装在工具架5的突起部分5b中时平行于尖头保持架2。平行销7延伸经过柱形孔5e并通过保持架销3的方形孔3a，且平行销7的两端分别保持在工具架5的I形部分5a和突起部分5b处。由于平行销7经过保持架销3的方形孔3a，因此保持架销3沿前后方向的运动沿着该方形孔3a被引导。因此，保持架销3相对于按压力P可沿前后方向运动。平行销7还用于防止保持架销3脱落。
通过上述结构，由于按压力P的作用点和保持架销3的滑动面可以定位成彼此靠近，因此可以保持弹簧4的位移与推力之间的线性关系，从而能进行精确的调节。
下面，将参照附图详细地描述用于外径的舍弃式抛光工具10的操作。如图2A所示，通过推动装置E来设置从试验加工(trial machining)获得的推力F，该推动装置构成了用于外径的舍弃式抛光工具10的推力调节机构的一部分。例如，调节螺栓6具有M6的粗牙螺纹，且其节距为1.0mm。假定就一次转动而言，调节螺栓6允许弹簧4精确地偏移1.0mm。通过使弹簧4例如从2.0mm偏移至3.0mm，所述推力可以从15N(1.53kgf)至20N(2.04kgf)调节达5N(0.51kgf)。
可以围绕调节螺栓6进行划线或印制，从而提供刻度(分为10或20等份)。这使得能实现更精确的偏移量调节，且可以在不改变加工程序的情况下改变所述按压力。
用于外径的舍弃式抛光工具10优选地通过下面的顺序进行操作。
(1)设置通过试验加工获得的推力F。
(2)设置在加工侧的缩进量。
(3)使工件W转动，并进给所述舍弃式抛光工具10。
(4)通过快速横动使工件W接近加工的起始端，然后切换至加工进给，以进行抛光。
(5)停止在加工端的加工进给，并使抛光工具10与工件W分离。
(6)使舍弃式抛光工件10返回到初始位置。
这样，在加工之前，将接近于所需的加工按压力的推力F施加到弹簧4上，因此可以最小的缩进量进行加工。因此，可以实现线性位移并能将调节工作从联机设置转变为脱机设置，从而可以大大减少用于执行从零偏移至设定负载的偏移调节的工作时间。
例如，当工件W的硬度为HRC42时，工件与以100至250m/min的速度旋转的主轴箱的主轴一起转动，从而以0.2mm的切削量进行加工进给且每转的进给量为0.05mm。结果，由于工件架5的加工进给，预加工表面(相当于粗糙度表示6Rmax)被金刚石尖头1的球形表面抛光，即滚压，且由此被精加工成具有1.8至3Rmax的镜面。
实施例2如图3A和图3B所示，用于对工件的外表面进行抛光的舍弃式抛光工具(下面简称为抛光工具)20的工具架15包括待安装在加工机器上的柱形柄部11；具有倾斜平面14a的推杆14；和尖头保持架12，其通过用于按压工件W的内周面的按压力P而可沿前向和反向转动。
柄部11形成为管状，且引导衬套21装配在柄部11的中心部分中。推杆14通过该引导衬套21插入到柄部11的中心部分内。倾斜平面14a设置在推杆14的端面上。
尖头保持架12设置有V形槽。这是用于通过该V形槽来实现尖头保持架12的对中调节功能和约束推杆14的运动。由于尖头保持架12的较大偏移会导致损坏，因此作为防止金刚石尖头1损坏的一项措施，必须使尖头保持架12的倾斜角θ最小。与此相反，金刚石尖头1如果在没有任何偏移的情况下被固定则容易被损坏。因此，作用轻微的弹簧力(偏移)是重要的。
尖头保持架12具有从尖头保持架12的中心部分附近延伸的扩大直径轴12c。在该扩大直径轴12c的后端部分处，导轮18由销18a可转动地支撑。
安装座12a设置在尖头保持架12的前端部分处。舍弃式金刚石尖头1通过螺钉12b安装到安装座12a上，从而可以容易地进行舍弃式金刚石尖头1的更换。
金刚石尖头1的尺寸为10×6×3(长×宽×厚，mm)。将其前端部分为球形的杆状工业金刚石嵌入在金刚石尖头1沿厚度方向的中心处。金刚石尖头1可以内侧外翻的方式安装。此外，可以通过螺钉12用备用的金刚石尖头1来替换金刚石尖头1。
多个盘簧17以面对面和背对背的方式轮替地叠置，从而提供推动装置E。采用盘簧17比采用螺旋弹簧更优选，因为盘簧具有更大的承载容量。
推力调节装置G包括推杆19，其设置在盘簧17的端部处；调节螺栓16，用于通过轴承16a来推动推杆19。调节螺栓16旋拧在柄部11的轴端中。
推力转换装置H包括设置在推杆14的端部表面处的倾斜平面14a。倾斜平面14a具有15°至20°的倾斜角并推动导轮18。
调节螺栓16具有细牙螺纹，且其节距为1.0mm。假定就一次转动而言，调节螺栓16允许盘簧17偏移1.0mm。通过使盘簧17例如从2.0mm偏移至3.0mm，推力可以从23N(2.34kgf)至34N(3.47kgf)调节达11N。因此，在柄部11的轴向上产生34N的推力F。
假定从金刚石尖头(硬质材料尖头)1的前端部分至旋转轴13的距离为L1、且从旋转轴13至导轮18的距离为L2，则距离L1稍长于距离L2。但是，如果L1＝L2，则按压力P通过推力转换装置H的倾斜平面14a被转换成F×sin15°(＝11N(1.12kgf))，并被传递给尖头保持架12的扩大直径轴12c，从而该扩大直径轴12c以转轴13为支点绕其转动。
下面，将参照图3A和图3B详细地描述用于内径的舍弃式抛光工具20的操作。如图3A所示，通过作为推动装置E的盘簧17和推力调节装置G的调节螺栓16产生推力F，该推动装置构成了用于内径的舍弃式抛光工具20的推力调节机构的一部分。更具体地，当将一工具插入到(一个或多个)工具可接合孔16b中且通过该工具使调节螺栓16转动以使盘簧17偏移时，产生推力F并将其调节至接近所需的加工压力的值。
抛光工具20的工具架15例如固定到NC车床的工具台上。如图3A所示，金刚石尖头1靠近工件W的内周面，且在使工件W转动的同时，金刚石尖头1受压抵靠着工件W的内周面以作用预定的按压力P。然后尖头保持架12沿转动方向f的相反方向以转轴3为支点绕其转动。
接着，例如当工件W的硬度为HB250时，100m/min的转速被传递给工件W，并且以0.2mm的切削量实现进给且每转的进给量为0.05mm。结果，通过切削工作被加工的表面(6Rmax)被金刚石尖头1的金刚石1a的球面抛光，且由此被精加工成具有1.8至3Rmax的镜面。
虽然已经参照本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但是应理解在不背离本发明精神的情况下可以进行各种变化和修改。例如，尽管I形部分5a和突起部分5b相互成一体以提供L形轮廓的工具架5，但是I形部分5a和突起部分5b也可以为分开的部件，从而这两个部件通过螺栓等固定以提供整体的L形轮廓。
虽然将用于外径的舍弃式抛光工件10的弹簧描述成方形螺旋弹簧，但是其也可以是盘簧或其它类型的弹簧。用于内径的舍弃式抛光工具20的弹簧可以并不限于盘簧，也可以采用方形螺旋弹簧或其它类型的弹簧。
另外，只要实现引导保持架销3在平行销7与方形孔3a之间的运动的相同功能，也可以采用其它结构，例如代替平行销7，可以在保持架销3上设置键槽或花键以及用于防止保持架销3脱落的止动件。
权利要求
1.一种用于外径的舍弃式抛光工具(10)，其包括工具架(5)，其具有直线性I形部分(5a)和突起部分(5b)；硬质材料尖头(1)，其可拆卸地安装到尖头保持架(2)上；保持架销(3)，其连接到所述尖头保持架(2)上并容纳在所述工具架(5)的突起部分(5b)中，该保持架销(3)具有方形孔(3a)，该孔的形式为沿大致垂直于保持架销(3)的轴线的方向延伸的通孔；推动装置(E)，其插入到所述保持架销(3)的内部并推动该保持架销(3)；推力调节装置(G)，用于调节由推动装置(E)产生的推力(F)；和平行销(7)，其两端由工具架(5)支撑并穿过所述方形孔(3a)，其中所述平行销(7)引导所述保持架销(3)沿所述方形孔(3a)的运动。
2.如权利要求1所述的用于外径的舍弃式抛光工具(10)，其特征在于，所述I形部分(5a)和突起部分(5b)相互成一体，以提供L形轮廓的工具架(5)。
3.如权利要求1所述的用于外径的舍弃式抛光工具(10)，其特征在于，所述硬质材料尖头(1)由金刚石或CBN制成。
4.一种用于内径的舍弃式抛光工具(20)，其包括柱形柄部(11)，其待安装在加工机器上；尖头保持架(12)，其容纳在所述柄部(11)中，且通过工件按压力(P)而可绕转轴(13)转动；安装座(12a)，其设置在尖头保持架(12)的前端部分处；舍弃式硬质材料尖头(1)，其可拆卸地安装在所述安装座(12a)上；推杆(14)，其容纳在所述柄部(11)中并具有一端面；推动装置(E)，其设置在所述推杆(14)的端面处，并朝向所述尖头保持架(12)沿所述柄部(11)的轴向方向推动所述推杆(14)；推力调节装置(G)，用于调节由所述推动装置(E)产生的推力(F)；推力转换装置(H)，用于将所述推力(F)传送至尖头保持架(12)的扩大直径轴(12c)，以使所述推力(F)的方向转换为所述扩大直径轴(12c)的转动方向(f)，其中，通过由所述推力(F)引起的所述尖头保持架(12)沿转动方向(f)的转动对工件作用一按压力(P)。
全文摘要
一种用于外径的舍弃式抛光工具(10)，包括工具架(5)，其具有直线性Ⅰ形部分(5a)和突起部分(5b)；硬质材料尖头(1)，其可拆卸地安装到尖头保持架(2)上；保持架销(3)，其连接到尖头保持架(2)上并容纳在工具架(5)的突起部分(5b)中，该保持架销(3)具有方形孔(3a)，该孔的形式为沿大致垂直于保持架销(3)的轴线的方向延伸的通孔；推动装置(E)，其插入到保持架销(3)的内部并推动保持架销(3)；推力调节装置(G)，用于调节由推动装置(E)产生的推力(F)；和平行销(7)，其两端由工具架(5)支撑并穿过所述方形孔(3a)，其中所述平行销(7)引导所述保持架销(3)沿所述方形孔(3a)的运动。
文档编号B24B39/02GK1799770SQ200510117009
公开日2006年7月12日 申请日期2005年10月28日 优先权日2005年1月5日
发明者冈岛英昭, 铃木哲哉, 山田浩靖 申请人:速技能机械有限公司