硬质合金球冠精加工装置的制作方法

本实用新型属于金属材料加工技术领域，涉及硬质合金材料的加工，具体涉及一种硬质合金球冠精加工装置。

背景技术：

硬质合金钻齿广泛应用于矿山、石油及建筑工程领域。硬质合金钻齿为一体式结构，主要由圆柱主体以及位于圆柱主体端部的球冠组成，通常先加工出具有雏形的坯件，再将坯件经烧结、精磨外圆柱面，最后进行滚磨处理即可。然而，一部分被加工件的球冠部分用于安装定位，为了保证球冠与钢基体贴合较好，除对硬质合金钻齿的外圆柱面进行精加工外，还须对球冠进行精加工；目前，对球冠进行精加工的方式主要包括：(1)采用砂轮包容整个球冠进行磨销；(2)采用砂轮包容1/2球冠弧线进行磨销；(3)采用砂轮进行展成磨销。上述几种球冠精加工方法均存在加工精度差、砂轮消耗大的问题，且砂轮重复修磨性差等问题。当然，也可以采用数控磨床对球冠进行精加工，但这种方式的加工成本相对较高，不适用于大批量生产。

技术实现要素：

本实用新型的目的旨在，提供一种硬质合金球冠加工装置，在保证加工质量目的的同时，提高加工效率、降低加工成本。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种硬质合金球冠加工装置，其包括用于安装被加工件的免夹紧夹头和金刚石砂轮；免夹紧夹头通过卡盘固定在机床主轴上；金刚石砂轮固定在磨头主轴上，具有与被加工件的球冠适配的圆弧面，金刚石砂轮的圆弧面与被加工件的球冠接触，且金刚石砂轮的圆弧面圆心与被加工件的球冠圆心重合。金刚石砂轮在磨头主轴的带动下旋转，对被加工件的球冠毛坯面进行精加工，同时被加工件经免夹紧夹头在机床主轴带动下绕机床主轴轴线旋转，从而实现对被加工件球冠的全方位加工。当机床主轴轴线与磨头主轴轴线之间呈43°-45°的夹角时，可以保证金刚石砂轮圆弧面圆心与被加工件圆心重合，以使被加工件球冠以及被加工件其它部分不偏心，并保证在被加工件沿机床主轴轴线方向移动时，不受金刚石砂轮圆弧面干涉而损伤被加工件；保证被加工件沿机床主轴方向的目的是提高工件往复移动的效率，优选机床主轴轴线在水平方向。

上述硬质合金球冠加工装置，所述被加工件安装在免夹紧夹头的内孔中。为了工作过程中实现不停机装取工件、提高工作效率，被加工件装入免夹紧夹头内孔的部分与免夹紧夹头内孔侧面为间隙配合。为了使被加工件在加工过程中沿机床主轴轴线方向的旋转，需要被加工件装入免夹紧夹头内孔的部分与免夹紧夹头内孔之间具有足够大的摩擦力，因此间隙不易过大，否则会因摩擦力不够而导致被加工件时转时停，优选的间隙为0.01mm-0.02mm。

上述硬质合金球冠加工装置，所述金刚石砂轮的圆弧面弦长大于被加工件的1/2球冠弦长，两面有与圆弧相切的切线，目的是为保证球形钻齿球冠顶点的圆滑，防止未磨削到顶点，同时保证被加工件球冠与圆柱部分相接处无台阶，并消除金刚石砂轮跳动带来的影响。

上述金刚石砂轮的圆弧面弦长超过被加工件的1/2球冠弦长长度随被加工件大小变化，一般应大于2.5mm-3.5mm，被加工件大取大些，被加工件小取小些。

上述硬质合金球冠加工装置，金刚石砂轮切线部分包括两部分，其中一部分为外圆柱面与球冠相接处长度，一般按0.7mm-1.2mm为宜，另一部分为前一部分切线段的延长部分。

上述硬质合金球冠加工装置，金刚石砂轮宽度依据其弧面弦长确定，一般按弧面弦长加3mm-4mm为宜；金刚石砂轮弧面首先采用粗压成型、然后采用曲线磨精密修整，考虑曲线磨修整范围，砂轮直径取φ120mm-φ145mm为宜；金刚石砂轮磨料为金刚石，结合剂为B，粒度为240，湿磨浓度为100％。

上述硬质合金球冠加工装置，所述卡盘为三爪卡盘。

上述硬质合金球冠加工装置，被加工件为具有球冠结构的部件，例如球形钻齿，其由圆柱部分和球冠部分构成，其中外圆柱面与免夹紧夹头的内孔相适配。

上述硬质合金球冠加工装置，被加工件球冠和金刚石砂轮圆弧面R尺寸误差达到0.05mm-0.10mm内，Ra0.8-1.6。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、由于本实用新型金刚石砂轮回转轴线与被加工件的回转轴线成一定夹角，这样可以保证金刚石砂轮圆弧面圆心与被加工件圆心重合，以使被加工件球冠以及被加工件其它部分不偏心，并保证在被加工件沿机床主轴轴线方向移动时，不受金刚石砂轮圆弧面干涉而损伤被加工件，提高加工精度；

2、由于本实用新型采用的金刚石砂轮、爪盘、免夹紧夹头为易加工部件，且硬质合金球冠加工流程工艺得到了简化，从而有效降低了加工成本；

3、由于本实用新型可以实现在不停机情况下，装取被加工件，可以实现高效生产，适用于批量生产。

附图说明

图1为本实用新型硬质合金球冠加工装置结构示意图。

图2为图1中I部分的放大图。

图3为本实用新型使用的金刚石砂轮剖视图。

图4为本实用新型使用的免夹紧夹头剖视图。

其中，1-卡盘，2-免夹紧夹头，3-球形钻齿，4-金刚石砂轮。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实施例提供的硬质合金球冠加工装置，如图1至图4所示，其包括卡盘1、免夹紧夹头2、和金刚石砂轮4。免夹紧夹头2固定在卡盘1中，卡盘1为三爪卡盘，其固定在机床主轴上(这里的机床采用的是2M9120类机床)，机床主轴沿水平方向。被加工件球冠和金刚石砂轮圆弧面R尺寸误差达到0.05mm内，Ra0.8。

如图1所示，机床主轴轴线与磨头主轴轴线之间成β＝45°的夹角，被加工件的球冠圆心与金刚石砂轮的圆弧面圆心重合。

如图1至图3所示，本实施例中的金刚石砂轮4两端为相同圆弧加工部分，其中部为与磨头主轴连接的安装孔；金刚石砂轮4固定在磨头主轴上，金刚石砂轮4圆弧面弦长L₂超过1/2球形钻齿3球冠弦长L₁3mm，金刚石砂轮4宽度为金刚石砂轮4圆弧面弦长加4mm；金刚石砂轮弧面首先采用粗压成型、然后采用曲线磨精密修整，考虑曲线磨修整范围，砂轮直径取φ130mm；金刚石砂轮磨料为金刚石，结合剂为树脂结合剂B，粒度为240，湿磨浓度为100％；金刚石砂轮4两面修出2.3mm切线，其中一部分为外圆柱面与球冠相接处长度，为1.0mm，剩余部分为前一部分切线段的延长部分。

如图4所示，免夹紧夹头2设置有与球形钻齿3外圆柱面间隙配合的内孔，被加工件安装在免夹紧夹头2的内孔中，间隙大小为0.01mm，从而达到不停机换件目的的同时，使被加工件装入免夹紧夹头内孔的部分与免夹紧夹头内孔之间具有足够大的摩擦力，从而被加工件在加工过程中沿机床主轴轴线方向的旋转。

利用上述硬质合金球冠加工装置对球形钻齿3进行精加工时，按照以下步骤进行：

S1，将球形钻齿3安装在免夹紧夹头2内孔中，调整金刚石砂轮4夹角β＝45°及相对被加工件3球冠的距离，使金刚石砂轮4圆弧面与球形钻齿3球冠接触时两者圆心重合；

S2，在机床主轴驱动下，免夹紧夹头2带动球形钻齿3绕机床主轴轴线旋转，同时通过摇动机床快速移动手轮，控制机床带动机床主轴沿水平方向移动，缓慢接近金刚石砂轮4圆弧面至球形钻齿3球冠与金刚石砂轮4圆弧面接触；

S3，金刚石砂轮4在磨头主轴驱动下沿磨头主轴轴线旋转，对球形钻齿3的球冠进行精加工至球冠毛坯面全部磨光；

S4，通过摇动机床快速移动手轮，控制机床带动机床主轴沿水平方向移动至机床主轴退回原位，取下加工好的球形钻齿3，取下加工好的产品即可，在不停机情况下，再装下一件球形钻齿3进行加工。

通过上述硬质合金球冠加工方法，可以在保证较好的加工质量的同时，实现不停机批量生产，提高加工效率。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。