专利名称：用于制造圆珠笔尖的工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一用来制造圆珠笔尖(称作粗制笔尖)的座区域和较佳地是锥形区域的工具。本发明还涉及制造这样的工具，以及其在高速的精密心轴上的安装。
背景技术：
在现有技术中，这些区域借助于普通的自动机器进行连续加工，机器具有在相继的不同工作阶段速度变化的盘，由于变速的盘，偏心和毛刺都得到充分好的控制。其次，研制多部件的工具，它们能保持成各自地安装和固定在一公共的夹具装置内。这自然解决了毛刺消除问题，但要达到微米级精度的同心度和书写笔尖的理想的尺寸却困难重重，因为还没有高速和高精度的心轴，其转动轴线从静止状态到最大转速显示的偏移小于0.5微米。
发明内容
本发明的目的是制造一粗制笔尖，其精度是以前从未达到的。
附图的简要说明下面参照附图较详细地描述本发明。
图1示出借助于根据本发明的工具形成的圆珠笔尖，图2示出一根据本发明的工具，图3和4示出根据本发明的工具的特别优选的变体。
具体实施例方式
图1示出一通过排屑(粗制笔尖)完成加工后的圆珠笔尖，仅为了解释的目的，其中插入圆珠。这样的圆珠笔尖通常包括黄铜或镍银，它们以小的碎片通过排屑容易地加工。
如图1所示，一圆珠笔尖1具有一非常复杂的结构。基本上，它具有一用来引导圆珠笔油墨的中心通道2，为简化起见，下文中称之为“墨”，它通过孔2a进入圆珠4的座区域3内。该座区域3基本上包括一前导孔3a，它是孔2a的延伸，一环形的底表面3b和一通向前表面3d的圆柱形孔3c。
位于前表面3d延伸部的外形包括一锥体5a，它连同座区域3一起形成所谓的唇缘9(突缘)。在所示实施例的实例中，锥体5a通过一台肩5c连接到另一锥体5b，它的结构和功能将在下面解释。然后，它们连接到一台肩6和一圆筒7上。
该描述没有涵盖各种过渡、斜面、中间珠缘等，因为它们对于理解本发明不是特别地重要，还因为根据制造圆珠笔尖的技术领域内的技术人员的经验，它们都是众所周知的。
为了更好地理解在制造这样一圆珠笔尖中引起的诸多问题，还应该记得，对于诸如实施例中所示的实例显示的圆珠笔尖，台肩区域6内的最大直径不超过2mm，而圆珠4的座区域3必须形成有一微米或不到的精度。该精度必须在最大驱动速度下达到(每分钟240个，为实际的排屑加工提供0.125秒的时间)。通常由黄铜形成的这样一圆珠笔尖的成本，在不到一美分的量级上。
对于成品圆珠笔的质量来说，前导孔3a相对于台肩3b和圆柱形孔3c精确地同心是极其重要的。此外，前表面3d必须精确地构造成相对于座区域3的轴线3e呈旋转的圆柱体形式。锥体5a还必须相对于轴线3e精确同心地定位。在本描述中，“精确地”用来表示形状和位置的尺寸偏差在孔3c的公称直径的0.001倍的范围内。
前导孔3a的长度对于前导孔和台肩的同心度同样重要，其原因在于在圆珠笔尖的排屑加工之后，墨的通道形成在前导孔3a和台肩3b之间的过渡区域内，借助于冲压工具，圆珠沿轴线方向压入其座内。然后，万一出现“羽翼”的外形，这在材料相对于轴线后推之后的加工过程中可能发生，重要的是确保成品的圆珠笔尖内完善的墨的流动，这可用前导孔的足够的深度来保证。
图1在左手侧示出冷压坯8的形状，其后，该冷压坯通过排屑加工出孔2和2a、座区域3和锥体5a。
图1还示出假想插入的圆珠4，用来说明圆珠如何从前表面3d伸出。
然后，墨通道冲压成环形的前表面3b，圆珠插入和压入到座表面内，突缘区域围绕圆珠夹紧。例如，借助于一旋转头来实施该夹紧，该夹紧围绕圆珠4并朝向座形成一具有微米级精度的狭窄的环形凹陷槽。该槽的几何精度是高质量圆珠笔尖的前提。
在现有技术中，座区域3和锥体5必须借助于多部件工具来形成，这些部件定位在高速(18000至60000r.p.m)下操作的精密的心轴上，而它们可个别地调整和固定在一工具头内。
精密心轴的轴承包括接触角为15°至30°的高预应力的球轴承，并且较佳地是最大精度级(ABEC9)的混合轴承，在心轴外壳内相对于质量、圆柱度、同心度和平行度具有IT 01至IT 1的精度。容纳诸轴承所使用的表面必须具有Ra不超过0.1的粗糙度。因为该精度，轴承才可预应力超过通常的限值，而不造成心轴不允许的过热。例如，轴承可借助于油薄雾进行润滑。也可要求一无接触的连接，例如，一迷宫式连接，来限制因摩擦产生的热。也可对这种类型的心轴进行同心度的控制。
当多部件工具为了修理工作和改装时，以及也在松开夹紧、调整和工具各部件的位置的其它变化过程中，仍存在以必要精度调整多部件工具的问题。这有必要保持工具的夹紧表面和夹紧工具完全地干净，因为夹紧状况的即使最微小的变化，不管是微小颗粒的存在还是由于工具夹紧的修改等，都将在纠正前和后造成纠正工作的不确定性。
已知能够个别地调整和固定的多部件工具的特性在于，粗制笔尖的理想的尺寸(一个微米的精度)和理想的几何形(也为一个微米的精度)只有克服很大的困难才能获得。
试图形成一体工具(单件)来制造座区域3和较佳地锥体5a，可能的台肩5c的各种努力均告失败，因为这样一工具，通常包括含有4％的Co的细颗粒碳化钨的该工具非常难于磨削，尤其是用0.02mm的边缘半径。因为磨轮上的磨损，所以，磨轮必须经常修整其伴有的所有问题。因此，使用电火花侵蚀是有利的。如果使用一更现代的材料，例如，细颗粒的多晶石英(DPC)，则仅可通过电火花侵蚀(EDM，电荷加工)来实施金加工，较佳地通过线侵蚀切割(线-EDM)，用15至50μm直径的细丝，能达到要求制造的小的过渡半径。
图2示出一达到该目的的根据本发明的工具10。例如，该工具由一直径为4mm的圆柱形杆制造，其圆度和圆柱度的偏差小于0.5μm。该精度可通过无心磨来实现。
该一体的工具10，其在圆珠笔尖加工过程中沿箭头D的方向转动，该工具具有一底部区域10a，其具有上述的圆度和圆柱度，并起作一基准。为此目的，该底部区域10a围绕其整个圆周较佳地形成在离座区域元件一轴向距离处(较佳地离边缘10b为1.5mm)。在“上”区域内，底部元件在一台阶中平行于轴线16位移，沿轴向方向直到全部的底部区域，并沿着在合适距离处(图1中，至少是孔3c的直径的51％)的边缘10b。该台阶为工具(未示出)的一部分留出空间，它形成锥形区域5a。座区域元件12，其形成前导区域3a、环形底表面3b、圆柱形孔3c，以及从底突出的前表面3d。
在实施例的所示的实例中，座区域元件12具有一多次折叠的切割外形14，它包括下列部分最上部分形成从孔2a到前导孔3a的过渡，其后的部分形成前导孔3a，环形底表面3b，圆柱形孔3c，以及最后的前表面3d。切割外形14位于面区域12a，它较佳地位于底10a的中心上方0.05至0.1mm处(由轴线16穿过表面12c处的点所示)。这能使自由表面12b相对于面区域12a垂直地放置，使其能获得机械上稳定的和耐磨损的切割几何形。
通过相对于轴线16的横向位移，可从夹紧装置实现座区域的直径的纠正，而不需移去一体的工具部分10，其包括座区域元件12，座区域部分3a、3b、3c和3d的诸部分之间的不同的距离在工具上相对于彼此不能变化，因为工具的一体的结构。由于位移，仅直径同时地修改相同的量。当直径达到要求的值时，获得高于前表面3d的准确的突出，而不需任何其它的动作。
如上所述，完成该用于座区域的一体的工具10，带有用于锥体区域5a、以及较佳地用于台肩5c的部分(未示出)。事实上，多部件工具的上述的诸问题仅起一可忽略的作用，因为没有必要移去一体的工具10，在更换锥体元件的过程中，由于任何的偏差，仅突缘9(图1)的壁厚可变化，其在几个微米的范围内，但该部分的同心度未受影响。因为该独立的锥体部件，所以，通过沿着平行于轴线16延伸且由边缘10b界限的平面，相对于一体的部件10移动该部件，由此，可与座区域3的直径无关地调整突缘9的厚度。
图3和4示出一根据本发明的工具，其中，座区域元件12和锥体元件13在一公共底部件10a上也构造成一体件。在实施例所示的实例中，锥体元件13形成锥体5a和台肩5c(图1)。
锥体元件13具有一面表面13a，它较佳地通过底部10a的中心(通过轴线16)，并形成一相对于面表面12a大于90°的角，较佳地约为120°。这为从两个切割外形14和15中排屑提供足够的空间，以及两个元件12和13的足够的机械强度。
图3和4的组合视图示出沿轴向方向在面表面13a前面的深的切口，以及在座区域元件12和锥体元件13之间的槽。这些自由空间可由下述方法来形成。图3还示出座区域元件12的很小表面的复杂结构，它也可用以下所述方法以精密的方式进行制造。
对于一体的工具的两个实施例，工具10的定位分几个阶段实施首先，通过沿方向X和/或Y(它们与方向Z一起形成一正交坐标系，其中，方向Z与轴线16相一致)位移工具或其夹紧装置，使轴线16与精密心轴的转动轴线相一致。其做法是转动心轴到四个预定的和合适的标记的正交位置(它们涉及面1 2a的平面)，在这些位置相对于一在定位操作过程中固定的精确的刻度指示器(扭簧式比较仪)，确定圆柱形表面离底部10a的精确距离。以此方法沿方向X或Y测得的偏移进行纠正，位移工具直到偏移小于0.5μm。
然后，制造和测量多个试样。可如下地矫正测得的粗制笔尖相对于要求的尺寸的偏差。
为了增加座区域3的直径，工具10仅需平行于面的平面、换句话说沿X轴线的方向位移。在放置工具10的过程中，沿此方向，面平面12a已经精确地定位。由于面平面12a和13a之间的角度大于90°所以，这提供锥体5a和台肩5c的直径的减小。这可通过朝向Y轴线的对应的位移予以补偿。如果面平面12a和13a之间的角度已知，则沿方向X和方向Y的位移幅值，它们提供座区域3的要求的直径和突缘9的要求的厚度，可通过数值方法或图形方法容易地确定所述位移幅值。必须始终确保工具10的轴线16保持正确地平行于精密心轴的轴线。
根据本发明的工具的制造，通过线侵蚀方法进行，有可能使用上述的带有在底部件10a内的外表面的高精度的圆柱形杆。该杆首先朝向杆的圆柱形外表面，然后，施加一低的电压(例如，10V)，直到形成接触，在这一点上，由于杆的精密的结构，线的正确再生和正确确定的位置，或更确切地说，是其外表面的位置，可相对于杆16的轴线被找到。因此，不管位置或工具10或线的夹紧操作如何变化，可以需要的精度制造工具10的各种边缘、表面和槽。
较佳地，对于定向既不平行于也不垂直于轴线16的台肩等的制造，应提供其它的基准、表面或边缘。
为此目的，必须用实验方法在加工条件下(电压基本上高于上述测量操作中的电压、使用的频率、电容、表面的尺寸等)，确定和考虑外表面相对于被加工(电火花间隙)表面离线的距离。用于高精度线的较佳的材料是钨、钼和镀黄铜的钢丝。
再应强调的是，工具10的直径在圆柱形部分仅为4mm(假定用于确定位置)，切割外形14和15的位置必须建立小于一个微米的精度。切割外形14的表面12a、12b和12c以及切割外形15的类似的表面必须匹配预定的几何形，达到一个微米的精度。
本描述将不包括诸如边缘或条带17的结构之类的细节，所述条带在制造和使用过程中对于工具10相对于X轴线精密对齐的安装中，用作视觉上可识别的基准。简单地应注意到，在制造和安装如图2和4所示的工具10的过程中，设置包括完全连续的外圆柱形外表面的一区域不是绝对必需，且有高精度外圆柱形外表面区域则已足够，在这些区域中，要求有对于电火花侵蚀机的调整或标定，以及对夹紧装置中的精密心轴的定位和调整。
本发明不局限于实施例中所示的实例，但可以各种方式进行修改。因此，首先，切割外形可适于座区域3(锥形底表面3b等)的要求形状，或在圆珠笔尖处的锥体5a的要求的形状。另外的锥体5b不必连接到锥体5a。传统的做法是，底件10的轴向长度是直径的两倍，但这不是限制条件。
权利要求
1.一工具(10)，其用来通过排屑制造称之为粗制笔尖的圆珠笔尖的座区域(3)和较佳地是锥体(5a)，其特征在于，该工具制成一体的(整体的)。
2.如权利要求1所述的工具(10)，其特征在于，它具有一用来制造座区域(3)的座区域元件(12)，以及较佳地一用来制造锥体(5a)的锥体元件(13)，这些元件(12、13)形成在一底部件(10a)上。
3.如权利要求2所述的工具，其特征在于，底部件(10a)具有一形状为圆柱形式的外表面，其至少部分区域围绕工具的轴线(16)。
4.如权利要求3所述的工具，其特征在于，部分的圆柱形区域定位成在通过排屑加工圆珠笔尖中、所述区域作为被加工表面的基准。
5.如权利要求3或4所述的工具，其特征在于，外表面的部分圆柱形区域相对于轴线(16)的圆柱度偏差不超过0.5μm。
6.如上述权利要求中任何一项所述的工具，其特征在于，它具有两个切割外形，其中，座区域外形(14)和锥体外形(15)分别与至少基本上平行于轴线(16)的面表面(12a、13a)关联，且两个面表面形成一大于90°、较佳地约为120°的角。
7.如权利要求2至6之一所述的工具，其特征在于，一通道设置在座区域元件(12)和锥体元件(13)之间，用于碎屑的通过。
8.如权利要求1或2所述的工具，其特征在于，它具有一不是与工具的其余部分制成一体的附加的锥体工具件，其具有一锥体外形，用来制造锥体(5a)和如果必要的话还有台肩(5b)。
9.如权利要求8所述的工具，其特征在于，它具有一沿一直线边缘(10b)的台阶，且锥体工具件沿边缘(10b)配装，以使它能在台阶内位移。
10.一种通过线侵蚀制造一如权利要求4至7中任何一项所述的工具的方法，其特征在于，为了制造一对应的表面，线起初朝向与该表面相关的基准，同时，施加一例如10V的低电压，直到发生一接触，使它能获得线的一可正确再生和精确确定的位置，且该对应表面在该点上制造。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，可以是表面和/或边缘的其它的基准被设置来制造台肩等，它们定向成不平行于或垂直于轴线(16)。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，根据要求的表面质量和表面几何形，来实施基准已经放置成接触后的调整运动和切割操作，在线上施加合适的电压、频率和电容，以及合适的机械张力。
13.一种相对于精密心轴的转动轴线调整一如权利要求4至7中任何一项所述的工具(10)的轴线(16)的方法，其特征在于，在工具插入和固定在一沿精密心轴的方向X和Y相对于转动轴线可移动的支承内之后，通过心轴的转动，工具进入至少三个、较佳地是四个正交位置，在各个这些的位置中，通过测量底部(10a)的部分的圆柱形区域，确定两个轴线的同心度的偏差，此后，通过沿方向X和/或Y的对应的位移，作出必要的纠正。
14.如权利要求13所述的方法，用来获得圆珠笔尖的要求的尺寸，其特征在于，制造和测量样品笔尖，然后，根据偏差，轴线(16)位移。
15.一圆珠笔尖(1)，其特征在于，它借助于如权利要求1至7中任何一项所述的工具进行制造。
16.如权利要求13所述的圆珠笔尖(1)，其特征在于，它根据如权利要求8至10中任何一项所述的方法进行制造。
全文摘要
本发明涉及一用来制造圆珠笔尖(称作粗制笔尖)的座区域和较佳地是锥形区域的设备(10)。本发明还涉及制造这样的设备，以及其在高速转动的精密心轴上的安装。本发明的特征在于，设备构造成一体的单元。本发明改进的特征在于，它具有用来制造座区域(3)的座区域元件(12)，以及较佳地用来制造锥体(5a)的锥体元件(13)，所述元件(12、13)形成在一底部件(10a)上。
文档编号B23H7/26GK1625485SQ03802416
公开日2005年6月8日 申请日期2003年1月17日 优先权日2002年1月17日
发明者F·萨齐特 申请人:比克公司