专利名称：一种内键槽表面硬拉削精加工工艺及设备的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种内键槽表面硬拉削精加工工艺及设备；属于机械加工技术领域。
背景技术：
高端机械零件在进行粗机加工后，都需要进行热处理，以提高其综合性能和使用寿命；热处理以后，对零件进行精车削、精铣削或磨削加工，使零件尺寸达到设计标准要求。对于内键槽，热处理后，因为零件的硬度太高，通常达到HRC 50，只能进行磨削加工。传统的方法，对于内键槽进行磨削加工是采用与被加工内键槽形状相同的磨削刀具，沿内键槽轴向往复运动，对内键槽的内表面进行磨削加工，以使内键槽尺寸满足设计要求。这种加工方法，效率非常低，成本较高；这是由于一方面每次磨削的进刀量有限，导致其磨削效率较低，另一方面，由于磨削刀具在使用过程中尺寸、形状均会发生改变，因此，需要适时的进行形状修整，导致磨削过程不能连续进行，影响磨削效率。如汽车用CVT带轮的内球道，通常需要8分钟才能磨削好。目前，业内未见报道其他对内键槽的快速、高效精加工方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺方法简单、设备结构合理、对内键槽加工精度高、效率高、成本低、能耗低的内键槽表面硬拉削精加工工艺及设备。本发明一种内键槽表面硬拉削精加工工艺是采用下述方案实现的将零件的内键槽套装在外形与内键槽相同的刀具一端，将所述刀具两端固定，使所述零件以4-10米/秒的速度沿所述刀具轴向运动；运动过程中，保持所述零件中内键槽的中心与所述刀具轴线的偏差小于等于0.01毫米，所述刀具为段差阶梯式结构，刀刃硬度大于等于HRC67。本发明一种内键槽表面硬拉削精加工工艺中，所述刀具相邻段之间刀口直径相差0. 02mm,同一段内设有刀口直径相同的2级刀刃。本发明一种内键槽表面硬拉削精加工设备，包括床身、工作台、工作台驱动装置、刀具、上刀座、下刀座、导向定位装置、刀具驱动装置，所述工作台安装在设于床身上的导向轨道上，通过工作台驱动装置驱动沿所述导向轨道运动；在所述工作台的上方及下方的床身上，分别设置有上刀座、下刀座，所述上刀座、下刀座同轴线安装；所述刀具两端分别固定在所述上刀座、下刀座中；在所述床身上还设置有驱动所述上刀座作轴向直线运动的刀具驱动装置；在所述工作台上分别设有沿径向固定被加工工件的夹具及沿轴向固定被加工工件的导向定位装置。本发明一种内键槽表面硬拉削精加工设备中，所述工作台驱动装置由第一伺服电机与第一丝杆组成，所述第一丝杆为多头高精度滚珠丝杆，其轴线与所述上刀座、下刀座轴线平行。本发明一种内键槽表面硬拉削精加工设备中，所述刀具为段差阶梯式结构，刀刃硬度大于等于HRC-67,相邻段之间的刀口直径相差0. 02mm,同一段内设有刀口直径相同的2级刀刃。本发明一种内键槽表面硬拉削精加工设备中，所述刀具驱动装置由第二伺服电机、第二丝杆、拖板组成，所述拖板安装在所述床身上设置的导向轨道上并通过第二伺服电机、第二丝杆驱动沿所述导向轨道作轴向直线运动；在所述拖板上还安装有所述上刀座。本发明一种内键槽表面硬拉削精加工设备中，所述上刀座包括第一气缸、第二气缸、退刀推杆、上夹刀钳口，所述退刀推 杆一端与所述第一气缸连接，另一端处于所述上夹刀钳口上方，通过第一气缸驱动进入或退出所述上夹刀钳口，实现退刀；所述第二气缸通过第一连杆机构控制所述上夹刀钳口的开启与锁闭。本发明一种内键槽表面硬拉削精加工设备中，所述下刀座包括第三气缸、下夹刀钳口、弹性垫，所述第三气缸通过第二连杆机构控制所述下夹刀钳口的开启与锁闭；在所述下夹刀钳口内设有所述弹性垫。本发明一种内键槽表面硬拉削精加工设备中，所述导向定位装置包括第四汽缸、导向支撑杆、导向定位板，所述导向支撑杆轴线垂直于所述工作台表面固装在所述工作台上，所述导向定位板一端套装在所述导向支撑杆，且与导向支撑杆垂直，另一端设有一通孔，所述通孔的中心与所述刀具轴线重合，其内嵌装有一弹性环，所述弹性环内弧面轮廓与所述刀具外表面轮廓相匹配；所述第四汽缸安装在所述工作台上，其活塞端部与所述导向定位板连接；在所述工作台上还安装有第八气缸、压板导向杆，一压板一端套装在设于所述工作台上的压板导向杆上并与所述第八气缸的活塞端部连接，另一端压装在所述导向定位板表面。本发明一种内键槽表面硬拉削精加工设备中，在所述工作台上还设有送料取料装置，所述送料取料装置包括滑板、光杆、第五气缸、第六气缸、第七气缸、工件夹，所述滑板底面卡装在所述光杆，通过所述第五气缸驱动沿所述光杆轴线作直线运动，所述第六气缸垂直于所述滑板上表面安装在所述滑板上，在所述第六汽缸的活塞上安装有通过所述第七气缸控制其张开或合拢的工件夹。本发明由于采用上述工艺方法及设备，将刀具两头固定，被加工工件运动的方式进行拉削加工，保证工件运行速度达到4-10米/秒，刀具的表面硬度达到HRC67，实现了硬度达HRC 50的内键槽的高效拉削精加工，克服了现有技术不能对表面硬度达到HRC50以上的零件进行拉削加工的难题。通过采用沿径向固定被加工工件的夹具、导向定位装置及在其中设置内弧面与道具外轮廓相匹配的弹性环，一方面，可以沿径向及轴向固定被加工工件，保证工件在高速运动时位置的可靠性、稳定性；另一方面，可以有效的夹持刀具，保证刀具切削刀刃与被加工工件之间相对位置的稳定性，避免长轴类刀具工作时发生变形而影响加工精度。采用段差阶梯式结构刀具，控制相邻段之间的刀口直径相差0.02mm，实现了高速、微量、多道次拉削，可以有效改善刀具及被加工工件的受力状况，有效延长刀具的使用寿命，提高加工的精度，特别是采用同一段内设置刀口直径相同的2级刀刃，一级为主切削刀刃，另一级为校正刀刃，更进一步提高了加工精度。本发明具有加工精度高、效率高、成本低、能耗低的优点，采用本发明加工汽车用CVT中的带轮的内球道，单件加工周期为26秒，同样的零件使用磨削方式加工需要8分钟；随机抽检15个班次共10000套产品，位置度公差全部在0. 02mm以内；采用高压油雾方式冷却，每百次加工耗油5克，整个加工过程不使用冷却液，有效降低了生产能耗。综上所述，本发明工艺方法简单、设备结构合理、对内键槽加工精度高、效率高、成本低、能耗低。适于对表面硬度较高的内圆弧面键槽的加工。可实现大规模工业化生产。
附图I为本发明一种内键槽表面硬拉削精加工设备左视结构示意图。附图2为附图I的主视结构示意图。附图3为附图2中A部结构放大图。附图4为附图I中B部结构放大图。附图5为附图I中C部结构放大图。附图6为本发明中部件送料取料装置结构示意图。附图7为本发明中第一连杆机构结构示意图。附图8为本发明中第二连杆机构结构示意图。图中1_床身、2-工作台、3-工作台驱动装置、4-刀具、5-上刀座、6-下刀座、7-导向定位装置、8-刀具驱动装置。
具体实施例方式实施例I参见附图，本发明一种内键槽表面硬拉削精加工设备，包括床身I、工作台2、工作台驱动装置3、刀具4、上刀座5、下刀座6、导向定位装置7、刀具驱动装置8，所述工作台2安装在设于床身I上的导向轨道9上，通过工作台驱动装置3驱动沿所述导向轨道9运动；在所述工作台2的上方及下方的床身I上，分别设置有上刀座5、下刀座6，所述上刀座5、下刀座6同轴线安装；所述刀具4两端分别固定在所述上刀座5、下刀座6中；在所述床身I上还设置有驱动所述上刀座5作轴向直线运动的刀具驱动装置8 ;在所述工作台2上分别设有沿径向固定被加工工件的夹具10及沿轴向固定被加工工件的导向定位装置7。本实施例中，所述工作台驱动装置3由第一伺服电机11与第一丝杆12组成，所述 第一丝杆12为多头高精度滚珠丝杆，其轴线与所述上刀座5、下刀座6轴线平行。本实施例中，所述刀具4为段差阶梯式结构，刀刃硬度大于等于HRC-67，相邻段之间的刀口直径相差0. 02mm,同一段内设有刀口直径相同的2级刀刃。本实施例中，所述刀具驱动装置8由第二伺服电机13、第二丝杆14、拖板15组成，所述拖板15安装在所述床身I上设置的导向轨道9上并通过第二伺服电机13、第二丝杆14驱动沿所述导向轨道9作轴向直线运动；在所述拖板15上还安装有所述上刀座5。本实施例中，所述上刀座5包括第一气缸16、第二气缸17、退刀推杆18、上夹刀钳口 19,所述退刀推杆18—端与所述第一气缸16连接,另一端处于所述上夹刀钳口 19上方，通过第一气缸16驱动进入或退出所述上夹刀钳口 19，实现退刀；所述第二气缸17通过第一连杆机构20控制所述上夹刀钳口 19的开启与锁闭。本发明实施例中，所述下刀座6包括第三气缸21、下夹刀钳口 22、弹性垫23，所述第三气缸21通过第二连杆机构24控制所述下夹刀钳口 22的开启与锁闭；在所述下夹刀钳 口 22内设有所述弹性垫23。
本实施例中，所述导向定位装置7包括第四汽缸25、导向支撑杆26、导向定位板27，所述导向支撑杆26轴线垂直于所述工作台2表面固装在所述工作台2上，所述导向定位板27 —端套装在所述导向支撑杆26上，且与导向支撑杆26垂直，另一端设有一通孔28，所述通孔28的中心与所述刀具4轴线重合，其内嵌装有一弹性环29，所述弹性环29内弧面轮廓与所述刀具4外表面轮廓相匹配；所述第四汽缸25安装在所述工作台2上，其活塞端部与所述导向定位板27连接；在所述工作台2上还安装有第八气缸38、压板导向杆39，一压板30 —端套装在设于所述工作台2上的压板导向杆39上并与所述第八气缸38的活塞端部连接，另一端压装在所述导向定位板27表面。本发明实施例中，在所述工作台2上还设有送料取料装置31，所述送料取料装置31包括滑板32、光杆33、第五气缸34、第六气缸35、第七气缸36、工件夹37，所述滑板32底面卡装在所述光杆33上，通过所述第五气缸34驱动沿所述光杆33轴线作直线运动，所述第六气缸35垂直于所述滑板32上表面安装在所述滑板32上，在所述第六汽缸35的活塞上安装有通过所述第七气缸36控制其张开或合拢的工件夹37。 本发明工作原理简述于下第一步，送料取料装置31的工件夹37在第七气缸36驱动下合拢夹持被加工工件，第五气缸34驱动送料取料装置31沿光杆33运动至夹具10上方，然后，第六汽缸35驱动送料取料装置31沿竖直方向下降，将被加工工件放入夹具10中，同时，工件夹37在第七气缸36驱动下张开，放弃夹持被加工工件，使被加工工件嵌入夹具10中。第二步，导向定位装置7的导向定位板27在第四汽缸25驱动下沿导向支撑杆26下降至被加工工件表面，且其上设置的弹性环29与被加工工件处于同心状态；然后，第八气缸38驱动压板30沿压板导向杆39下降压装在导向定位板27表面，实现导向定位板27、被加工工件、夹具10的轴向定位。第三步，刀具驱动装置8驱动上刀座5沿床身I上设置的导向轨道9向下运动，使刀具4下端穿过压板30、导向定位板27、被加工工件进入下刀座6中与弹性垫23接触，此时，下刀座6中的第三气缸21驱动第二连杆机构24，进而驱动下夹刀钳口 22锁闭，实现刀具4的固定。第四步，工作台驱动装置3中的第一伺服电机11驱动第一丝杆12，进而驱动工作台2沿导向轨道9以4-10米/秒的速度沿刀具轴向向上运动，实现刀具4对被加工工件内花键的加工。工作台上升到设计的极限位置后，在第一伺服电机11及第一丝杆12的驱动下沿导向轨道9下降至初始位置，按所述第三步、第二步、第一步的顺序依次反向操作，实现退刀、导向定位装置7与压板30的移除、送料取料装置31从夹具10中将被加工工件夹持，送至下一工位。
权利要求
1.一种内键槽表面硬拉削精加工工艺，其特征在于 将零件的内键槽套装在外形与内键槽相同的刀具一端，将所述刀具两端固定，使所述零件以4-10米/秒的速度沿所述刀具轴向运动；运动过程中，保持所述零件中内键槽的中心与所述刀具轴线的偏差小于等于0. 01毫米，所述刀具为段差阶梯式结构，刀刃硬度大于等于HRC67。
2.根据权利要求I所述的一种内键槽表面硬拉削精加工工艺，其特征在于所述刀具相邻段之间刀口直径相差0. 02mm,同一段内设有刀口直径相同的2级刀刃。
3.—种内键槽表面硬拉削精加工设备，包括床身、工作台、工作台驱动装置、刀具、上刀座、下刀座、导向定位装置、刀具驱动装置，其特征在于所述工作台安装在设于床身上的导向轨道上，通过工作台驱动装置驱动沿所述导向轨道运动；在所述工作台的上方及下方的床身上，分别设置有上刀座、下刀座，所述上刀座、下刀座同轴线安装；所述刀具两端分别固定在所述上刀座、下刀座中；在所述床身上还设置有驱动所述上刀座作轴向直线运动的刀具驱动装置；在所述工作台上分别设有沿径向固定被加工工件的夹具及沿轴向固定被加工工件的导向定位装置。
4.根据权利要求3所述的一种内键槽表面硬拉削精加工设备，其特征在于所述工作台驱动装置由第一伺服电机与第一丝杆组成，所述第一丝杆为多头高精度滚珠丝杆，其轴线与所述上刀座、下刀座轴线平行。
5.根据权利要求4所述的一种内键槽表面硬拉削精加工设备，其特征在于所述刀具为段差阶梯式结构，刀刃硬度大于等于HRC-67，相邻段之间的刀口直径相差0. 02mm,同一段内设有刀口直径相同的2级刀刃。
6.根据权利要求5所述的一种内键槽表面硬拉削精加工设备，其特征在于所述刀具驱动装置由第二伺服电机、第二丝杆、拖板组成，所述拖板安装在所述床身上设置的导向轨道上并通过第二伺服电机、第二丝杆驱动沿所述导向轨道作轴向直线运动；在所述拖板上还安装有所述上刀座。
7.根据权利要求6所述的一种内键槽表面硬拉削精加工设备，其特征在于所述上刀座包括第一气缸、第二气缸、退刀推杆、上夹刀钳口，所述退刀推杆一端与所述第一气缸连接，另一端处于所述上夹刀钳口上方，通过第一气缸驱动进入或退出所述上夹刀钳口，实现退刀；所述第二气缸通过第一连杆机构控制所述上夹刀钳口的开启与锁闭。
8.根据权利要求7所述的一种内键槽表面硬拉削精加工设备，其特征在于所述下刀座包括第三气缸、下夹刀钳口、弹性垫，所述第三气缸通过第二连杆机构控制所述下夹刀钳口的开启与锁闭；在所述下夹刀钳口内设有所述弹性垫。
9.根据权利要求8所述的一种内键槽表面硬拉削精加工设备，其特征在于所述导向定位装置包括第四汽缸、导向支撑杆、导向定位板，所述导向支撑杆轴线垂直于所述工作台表面固装在所述工作台上，所述导向定位板一端套装在所述导向支撑杆，且与导向支撑杆垂直，另一端设有一通孔，所述通孔的中心与所述刀具轴线重合，其内嵌装有一弹性环，所述弹性环内弧面轮廓与所述刀具外表面轮廓相匹配；所述第四汽缸安装在所述工作台上，其活塞端部与所述导向定位板连接；在所述工作台上还安装有第八气缸、压板导向杆，一压板一端套装在设于所述工作台上的压板导向杆上并与所述第八气缸的活塞端部连接，另一端压装在所述导向定位板表面。
10.根据权利要求3-9任意一项所述的一种内键槽表面硬拉削精加工设备，其特征在于在所述工作台上还设有送料取料装置，所述送料取料装置包括滑板、光杆、第五气缸、第六气缸、第七气缸、工件夹，所述滑板底面卡装在所述光杆，通过所述第五气缸驱动沿所述光杆轴线作直线运动，所述第六气缸垂直于所述滑板上表面安装在所述滑板上，在所述第六汽缸的活塞上安装有通过所述第七气缸控制其张开或合拢的工件夹。
全文摘要
一种内键槽表面硬拉削精加工工艺，是将零件的内键槽套装在外形与内键槽相同的刀具一端，将所述刀具两端固定，使所述零件以4-10米/秒的速度沿所述刀具轴向运动；运动过程中，保持所述零件中内键槽的中心与所述刀具轴线的偏差小于等于0.01毫米，所述刀具为段差阶梯式结构，刀刃硬度大于等于HRC67。一种内键槽表面硬拉削精加工设备，是将刀具两端分别固定在设于工作台上、下方且同轴线安装的上刀座、下刀座上，工作台驱动装置驱动工作台沿设于床身上的导向轨道上运动，实现对被加工工件内花键的高速加工。本发明工艺方法简单、设备结构合理、对内键槽加工精度高、效率高、成本低、能耗低。可实现大规模工业化生产。
文档编号B23D43/02GK102699419SQ20121017113
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者尹时中 申请人:尹时中