专利名称：对称加工技术的制作方法
技术领域：
本发明是关于机械加工技术，特别是对称加工技术。
机器零件的形状和位置公差对产品质量有着致使的影响，例如外观质量影响美观，内在质量与其功能、寿命、振动、噪音、工作平稳性……等指标有着直接影响，人们对此已公认不移，象金属切削机床、印刷机滚筒等，均以其形状和位置公差为评定其功能和使用效果的主要技术内容。
就申请人所知并认为现有加工技术之所以不能对工件的位置公差实施技术控制，首先是加工机床的功能普遍不能有效满足工件的几何定义及其性质要求，其次是加工基准与设计基准常出现不一致现象，第三是缺乏主动有效控制位置公差的加工理论与方法，至少尚不明确，申请人从机械制造工艺学教科书中和工具书中未曾发现。例如加工一个旋转体的原理、方法、措施、大体统一一致。其特点是加工原理能够有效满足旋转体定义及其几何性质，中外古今无一例外，加工基准始终是旋转中心轴线且与设计基准重合一致，操作工只控制刀具与旋转中心轴线间的定距离(既定半径)和旋转体长度，不需专用工装便可经济实惠地加工出多种规格尺寸的旋转体，事后检测通常只集中复检直径和长度，对于其位置公差因加工过程能够主动有效地实施位置公差定义而获得了技术保障，从而不再进行(事后)检测。
虽然现有的各种加工技术在教科书中介绍颇多，但是，对基本几何要素(点、线、面)组合成的长度与角度量实施技术控制的内容却不多见，实际加工都不得不依靠精密机床，专用工装和高级技工，例如加工多面体或一个工件上有多个不同轴的旋转体或旋转表面时，没有专用工装就很难收到统一的技术效果，亦即各旋转中心轴线间的位置公差，没有专用工装就很难有技术保证可言，因工件的加工精度受机床等工装的误差传递性所约束，其加工精度似乎已接近极限值了，又如国标(GB1095-77)规定普通平键的位置公差应符合国标(GB1184-80)规定的7～9级公差，而实际加工普通平键槽的方法又多，如定值刀具和专用工装法、刀痕法、切向对刀法、辅助基准法、标准样件对刀法、靠模法、数控加工……等等，均可行，因加工原理或加工措施局限或缺陷，几乎都不易达到主动可靠的技术控制目的，难以顺利达到国标规定的7～9级公差，关键在于加工中潜在有一定误差，事后检测又难以发现也不能排除，对零件设计功能和使用寿命有着直接影响。一个键槽或凸台的位置公差，实际控制就更难了。
对称加工技术，不仅从理论、方法解决了这一课题，而且在现有条件下，将似乎已接近极限值的加工精度再扩展或提高，也就是要在一般条件，所能达到的位置公差应轻而易举地逾越7～9级公差，促进其它精密复杂工件也无例外地获得提高，较现有公差提高3至4个等级。
本发明的目的在于向机械加工业提供一种能够主动有效地控制位置公差的加工技术-对称加工技术，以提高加工素质，保证加工质量的技术目的并提高生产效率，降低加工成本，造福人类。
本发明的目的是这样实施的，运用对称加工技术，根据工件对机床功能的要求，配齐或完善加工机床的功能，也就是在现有加工机床上增添多台具有极坐标功能的机床附件，如端齿分度装置，充分实施加工基准与设计基准重合，将对称的数学性质运用於加工控制的全过程，使加工机床具有实施长度与角度的控制功能，加工过程具有实施位置公差定义的技术控制功能。其过程分准备同实用两个阶段准备阶段就是加工单件的全过程，有既定加工步骤，即“三步法”。
第一步工件的安装定位。将工件的设计基准始终与极坐标的极点，或正多边形的对称中心重合，而不是将工件直接安装在机床工作台面上，并使工件的设计基准与走刀方向平行或垂直或倾斜;
第二步调整刀具与正多边形的对称中心间的定距离(Rx)，并走刀加工，结束后刀具返向退离已加工表面;
第三步操纵正多边形使工件绕其对称中心转位，其角度值(θ1)是园心角的整数倍，定位后重复第二和第三两步……直至终结。
实用阶段是加工多件或批量的全过程，即卸装工件、走刀加工、工件转位三种操作的重复循环。在刀具耐用度范围内，不再调整定距离，其特点是每个工件卸装1次，走刀加工次数与被加工表面数相等，工件转位次数比被加工表面数少1，所加工表面的实际误差大小相等，方向相反且对称于正多边形的对称中心或轴线。
本发明同现有加工技术相比所具有的优点和积极效果在通用加工机上增添至少一台具有极坐标功能的机床附件，如端齿分度装置后，加工机床不仅具有实施工件是长度与角度量集合的功能，还具有实施位置公差定义的功能。抽象地讲就是在加工过程中应用极坐标的精密分度实施定向公差定义，用其极点或旋转中心实施定位公差定义。结合生产实际讲就是应用端齿分度装置有精密分度的特点实施定向公差定义，其分度中心，亦即极点，实施定位公差定义。工件直接安装在端齿分度装置的台面上，而不是把工件直接安装在机床的工作台面上，若加工大、重型工件亦可将端齿分度装置安装在工件之上。端齿分度装置的旋转中心始终与被加工图形的设计基准重合，从而为主动有效贯彻实施位置公差定义准备物质基础，另一优点是加工工具或刀具始终相对于端齿分度装置的旋转中心作有既定规律的相对运动，不再依靠专用机床夹具来确定刀具与工件间的相对位置，从而解决了工件的加工精度不再受制造专用工装精度影响或约束(一般夹具的设计的精度比工件精度高数倍以上)，主动有效地提高了加工的经济性和质量竞争能力，特别适合于自动加工控制，在数控铣床(XK5040)上应用对称加工能够有效减少程序数量，不需对铣削刀具直径大小进行严格限制，也不须试加工后在程序中进行补偿，直接由工人控制刀具与基准间定距离，简便可行。
以下结合附图对发明作进一步的详细描述
图1是应用正多边形的对称性质加工对称形工件;
图2是实施正多边形对称性质的端齿分度装置的分度结构;
图3是应用端齿分度装置加工普通平键槽;
图4是应用端齿分度装置加工多个普遍平键槽;
图5是应用端齿分度装置加工非对称型的基本几何要素边或线段的工件;
图6是应用端齿分度装置加工非对称型的基本要素点或圆的工件;
图7是提高端齿分度装置精度的研磨机。
由几何学中的相似定理说明与图1形状相同且大小不同的正多边形与圆同心圆一样有无限多，因此，应用一个既定的正多边形可以加工出不同尺寸的正多边形仍有无限多，能够节省专用工装的证明。加工中，当边心距[1]或外接园半径[2]一定时，可以加工出既定的正多边形的各边[4]，或其顶点[5]其特征是定位基准始终是极坐标的极点[6];刀距与基准间的定距离(Rx)一是加工等分要素，其定距离是正多边形的外接园半径[2];二是加工边[4]时，其定距离是其边心距[1];刀具与定位基准间的相对运动，始终是刀具分别平行或垂直或倾斜于外接园半径[2]或通过边心距[1]或外接园半径[2]做往返运动;工件的转位，始终是园心角[3]的整数倍。
图2是园锥齿轮的节锥角为90°的特例，系一对平面平顶齿轮副的啮合，其特点是具有正多边形所具有的一切对称性质，它可以满足实际需要的等分数，其值为等于或大于2的有限整数，例如当齿数为386齿时(360＝23×32×5)各互质因数(23×32×5)的各种组合，皆为既定端齿分度装置的分度功能，共有23种，相当于23种专用分度工装的等分规格。
图3是应用端齿分度装置加工一个普通平键槽的全过程，实质是加工双数边的正多边形一组对边即实施准备阶段第一步用V型铁模拟工件的中心轴线[7]并与通过端齿分度装置的分度中心[8]且与走刀方向[9]平行，固定工件之后，便可进行第二步;
第二步调整刀具[10]与工件中心轴线[7]间的边心距[11]，其值为链槽宽度之半，并走刀加工[12]面，完工后刀具返向退离已加工表面，待分度;
第三步将工件转位180°，以[13]面替代[12]面位置，再重复第二步走刀。当键槽宽度与规定尺寸公差相符时，准备阶段告终。实用阶段就简单了卸装工件之后，再重复准备阶段。
图4是应用端齿分度装置加工两个以上普通平键槽，在加工一个平键槽的基础之上，将两台端齿分度装置的对称轴线相互垂直进行组合安装，使两条对称轴线[14]与[15]交于点[16]，加工过程仍是实施三步法第一步工件的安装定位，将工件的旋转中心与端齿分度装置[17]的对称轴线[14]重合，紧固之;
第二步调整刀具与端齿分度装置[17]的对称轴线[15]间的边心距为键宽尺寸的二分之一，并走刀加工[18]面，到需要长度之后刀具返向退离已加工表面[18]并抬高刀具退出已加工表面;
第三步由端齿分度装置[19]分度转位用[20]面替代[18]面位置，重复第二步走刀加工，当键槽宽度符合要求时，再用端齿分度装置[17]将待加工键槽转至已加工键槽位置，其特点是两台端齿分度装置组合安装，可以加工等于或大于2以上的有限整数个等分或不等分几何要素(槽或凸台或孔或轴)。其可行性或有效性由加入的两套极坐标装置[19]和[17]与通用加工机床结合，满足了多个键槽的几何性质要求，亦即对称度和分度角值均由通用机床附件予以主动可靠的实施技术控制。
图5是应用端齿分度装置加工非对称型工件的基本几何要素，三边形(a，b，c)，其特点仍是以三角形的内心[21]为制造基准，其定距离是边心距[22]，走刀方向垂直于边心距[22];工件的转位角度是边心距[22]间的夹角[23]其实施措施是由两台不同齿数的端齿分度装置重叠安装即通称的差动端齿分度装置。对于加工任意多边形或多孔型工件，其加工特点是将其划分为n-2个三边形或三角形分别加工即成。
图6是加工三个顶点A，B，C，其定位基准是三角形的外心[24]为制造基准，定距离是外接圆半径[25]走方向垂直A，转位角度是[26]。
图7是提高端齿分度装置精度的研磨机，其传动原理是电机[27]通过皮带[28]带动曲轴[29]转动，当曲轴转至上死点时，由顶杆[30]迅速将上齿盘[31]通过调节螺栓[32]顶起，与固定在基座上的下齿盘[33]脱离啮合，当曲轴[29]继续转至下死点时，顶杆[30]迅速与调节螺栓脱离接触而使顶杆[30]与上齿盘[31]失去支承而成自由落体向下齿盘[33]冲击，在啮合齿面间涂有的研磨材料则起到了互相切削作用，如此循环重复，达到所有啮合齿的齿厚度逐渐趋向一致，从而达到提高分度和定位精度的目的，其特点是加工出的分度累积误差以零为极限，同时，研磨机曲轴[29]每间隔10°一个曲拐，每个曲拐研磨一对端齿盘，因而达到了一台研磨机可以轮流循环研磨1～36对端齿盘，由一个工人循环轮流添加研磨材料和更换上下端齿盘[31]与[33]的啮合齿的相对位置。
权利要求
1.机械加工技术，特别是应用对称的数学性质指导加工全过程的对称加工技术，能够主动、有效贯彻实施位置公差(GB1183)定义，其基本特征a、加工原理遵循正多边形的定义及其几何对称的性质，应用正多边形的对称中心(极座标系的极点)作为加工机床的固定座标原点，加工中将工件的制造基准与其固定座标原点重合，据此控制各基本几何要素与基准间的既定位置和既定距离；b、加工工具或刀具与制造基准间的既定距离的确定当加工要素是边(线或面)，其定距离是正多边形的边心距1(亦即正多边形的内切圆半径)，当加工要素是点或面时(如孔、槽之类)，其定距离是正多边形的外接圆半径2；c、加工措施是在通用加工机床上，安装具有极座标功能的机床附件(例如正多边形的实物--端齿分度装置一台或多台)补充其极座标系统，扩展其功能，充分满足工件是长度与角度集合的数学结论，使加工机床同时具有实施定向公差与定位公差定义的功能；d、加工中，加工工具或刀具与制造基准间保持既定距离运动，沿边心距1或外接圆半径2的端点作平行或垂直或倾斜或通过或保持既定距离运动，实施定向公差和定位公差定义，达到加工任何几何图形都与加工单一旋转体的过程和效果一致；
2.根据权利要求1所述对称加工技术的特征是加工工具或刀具在制造基准的一侧运动，工件绕其制造基准变换工位，同时将通用加工机床的加工范围扩大近一倍，例如机床工作台面宽度为250mm，对称加工则可以加工大于250mm至400mm的工件;
3.根据权利要求1所述的对称加工技术其特征是所用的端齿分度装置是一对速比为1的平面平顶齿轮啮合而成，并分别与其台面和安装底座构成“整体式分度装置”，从设计结构和制造工艺保证其精密分度与准确定位，其工位数为大于或等于2的整数;
4.根据权利要求1所述对称加工技术其特征是工件及工装等均直接安装在端齿分度装置的台面上，而不是将工件及工装直接安装在加工机床的工件台面上，对加工重、大型工件的几何要素时，将端齿分度装置直接安装在工件之上，被加工图形的设计基准与端齿分度装置的对称中心重合一致，加工刀具或工具在端齿分度装置上的工装指引下，绕其分度中心作相对运动，仍用工装确定待加工要素的实际位置;
5.根据权利要求3所述研磨端齿分度装置的研磨机的特征是能同时安装1～36对啮合的端齿分度装置进行循环、轮流研磨，以保证其实际需要的分度精度及重复定位精度;
6.根据权利要求1所述的对称加工技术的特征是应用端齿分度装置完善加工机床功能的特点是a、有效贯彻实施定向公差与定位公差定义的同时稳定尺寸公差小于0.015mm;b、用对称加工技术获得的加工精度等级经现有加工技术获得的加工精度等级高出1～3个等级，其技术措施是用端齿分度装置组合安装或用差动端齿分度装置满足被加工图形的定义及其几何性质;
7.根据权利要求1所述的对称加工技术的特征是加工任何几何体的基本过程与加工单一旋转体的基本过程一致，稳定、统一、可靠，例如加工普通平键槽是在通用机床和工装条件下获得的对称度与平行度公差的统一性、稳定性、达到0.015/200mm之内，事后对其位置公差免于复检，其成本最低，效率最高且与技工等级无关。
全文摘要
本发明公开了一种贯彻实施位置公差定义的加工技术，用对称的数学理论指导加工全过程，以端齿分度装置多台为措施，弥补加工机床普遍都不能有效满足工件几何性质的功能缺陷，达到加工过程基本统一即“三步法”，对技工稍加培训即可主动、有效地控制工件的位置公差，提高加工精度，是“工序控制”的技术基础，是加工方法标准化的雏形。
文档编号B23P17/00GK1071615SQ91108068
公开日1993年5月5日 申请日期1991年10月23日 优先权日1991年10月23日
发明者吴志明 申请人:吴志明