圆筒形工件及其加工方法及加工装置与流程

本发明涉及圆筒形工件以及用于加工圆筒形工件的方法与装置，更具体地说，涉及外周面相对于内周面具有高同轴度的圆筒形工件以及用于加工件有这样的高同轴度的圆筒形工件的方法与装置。

背景技术：

一般而言，在诸如磨削圆筒形工件或者切割淬火钢部分之类的精加工的过程中在热处理后使工件50的中心与如图6中所示的机床的工件旋转轴线对准通常需要定心。现有技术的这样的加工装置的一个实施例构造成：工件50的两端的锥形孔由相对的顶尖51支撑、附接装置52安装在工件50的部分外周面上、凯氏杆(kelly)(车床止挡)53与附接装置52接合并且主轴54的旋转驱动力传递至工件50以使工件50与主轴54一体地旋转，在这样的条件下借助磨削轮55磨削工件50的外周面(例如，参见下文的非专利文献1)。

还公知如图7中所示用于在不利用凯氏杆53的情况下加工圆筒形工件56的加工装置57。此加工装置57采用了这样的加工方法，该方法用于在由定心装置58支撑工件56的情况下利用磨削轮59磨削工件56的外周面。定心装置58包括一对顶尖60和61，这一对顶尖在轴线上彼此相对布置，一个顶尖60可拆卸地安装在主轴单元62的主轴63的顶端上并且另一顶尖61也可拆卸地安装在尾架单元64的主轴65的顶端上。

根据此加工装置57，可以通过使磨削轮59抵靠地接触工件56的外周面而磨削工件56的外周面(参见例如下文的专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP 2003-245855A

非专利文献1：由Kabuto MFG有限责任公司公布的产品目录(第8页，商品名“Kabuto Clipper”)

技术实现要素：

本发明要解决的问题

然而，问题在于，在尝试以图6中所示的方式磨削由凯氏杆53支撑的工件50时由于凯氏杆53阻止磨削轮55的横向移动而使工件50的整个宽度不能通过一个工序磨削。

另一方面，当尝试磨削如图7中所示的由两个顶尖60和61支撑的工件56时，因为顶尖60和61与工件50之间的摩擦力小于加工力并因此需要减小加工速度，所以加工时段会延长并因此会增大制造成本。此外，如果尝试增大顶尖60和61的按压力以便使顶尖60和61与工件56之间的摩擦力大于加工力，那么大的按压力有时会使工件56(尤其是薄壁工件)变形，并因此会使工件的圆度变差。因此，为了确保所需的精确度，应必须在磨削工件的外周面之后再次磨削内周面，并因此会增加加工步骤并因而增大制造成本。

因此，本发明的目的是提供用于加工圆筒形工件的方法与装置以及借助本方法及装置加工的圆筒形工件以使外周面相对于内周面具有高同轴度。

解决问题的手段

为了实现上文提及的目标，根据本发明的第一方面，提供一种用于加工圆筒形工件的方法，该方法包括步骤：将所述工件支撑在驱动顶尖以及定心顶尖上；并且通过在与所述驱动顶尖一起旋转的凯氏杆在所述工件的内孔内与所述工件接合的状态下使所述工件旋转而精加工所述工件的外周面。

如第一方面的本发明的方法中限定的，因为该方法包括步骤：将所述工件支撑在驱动顶尖以及定心顶尖上；并且通过在与所述驱动顶尖一起旋转的凯氏杆在所述工件的内孔内与所述工件接合的状态下使所述工件旋转而精加工所述工件的外周面，所以能够通过一个工序加工工件的整个宽度。因此，能够提高工件的外周面的同轴度，也能够减小两个顶尖与工件之间的摩擦力，并因此不仅抑制工件变形并抑制对工件产生损害，还提高了工件的圆度。

根据第二方面的本发明，提供用于加工圆筒形工件的装置，该装置包括：中空的主轴，该主轴具有位于其顶端上的驱动顶尖并且旋转地轴颈联接在主轴单元内；尾架主轴，该尾架主轴具有位于其顶端上的定心顶尖并且在定心单元内旋转地并且能轴向移动地被支撑；轴状凯氏杆，该轴状凯氏杆被支撑在所述主轴的内孔内，所述轴状凯氏杆不相对于所述主轴旋转但能相对于所述主轴轴向移动；驱动装置，该驱动装置用于旋转地驱动所述主轴；以及气缸，所述气缸分别轴向驱动所述轴状凯氏杆与所述尾架主轴；并且其特征在于：所述主轴、所述尾架主轴以及所述气缸布置在同一轴线上；所述圆筒形工件以夹层形式被支撑在所述驱动顶尖与所述定心顶尖上；并且在所述轴状凯氏杆在所述工件的内孔内与所述工件接合的状态下随着所述工件旋转所述工件的外周面被精加工。

因为用于加工本发明的圆筒形工件的装置包括：中空的主轴，该主轴具有位于其顶端上的驱动顶尖并且旋转地轴颈联接在主轴单元内；尾架主轴，该尾架主轴具有位于其顶端上的定心顶尖并且在定心单元内旋转地并且能轴向移动地被支撑；轴状凯氏杆，该轴状凯氏杆被支撑在所述主轴的内孔内，所述轴状凯氏杆不相对于所述主轴旋转但能相对于所述主轴轴向移动；驱动装置，该驱动装置用于旋转地驱动所述主轴；以及气缸，所述气缸分别轴向驱动所述轴状凯氏杆与所述尾架主轴；并且其特征在于：所述主轴、所述尾架主轴以及所述气缸布置在同一轴线上；所述圆筒形工件以夹层形式被支撑在所述驱动顶尖与所述定心顶尖上；并且在所述轴状凯氏杆在所述工件的内孔内与所述工件接合的状态下随着所述工件旋转所述工件的外周面被精加工，所以能够通过一个工序加工工件的整个宽度。因此，能够提高工件的外周面的同轴度，也能够减小两个顶尖与工件之间的摩擦力，并因此不仅抑制工件变形并抑制对工件产生损害，还提高了外周面的圆度。此外，因为可以减小顶尖对工件的按压力，所以也能减小诸如液压装置之类的辅助设备的尺寸与成本并因此能减小加工装置本身的尺寸与成本。而且，因为与仅通过顶尖的摩擦力获得的驱动力相比，可以获得工件的大驱动力，所以能够提高加工速度，并因此减少加工时间以及制造成本。

优选如第三方面中限定的，所述驱动顶尖的顶端与所述定心顶尖的顶端均分别形成有锥形外表面；其中，在所述工件的两个内端面上形成有锥形倒角面，并且在所述锥形倒角面与所述驱动顶尖和所述定心顶尖二者的所述锥形面接合的情况下所述工件在其内端面处被支撑。

根据第四方面的本发明，所述驱动顶尖的顶端与所述定心顶尖的顶端均分别形成有锥形内表面；并且其中，在所述工件的外端面与所述驱动顶尖和所述定心顶尖二者的所述锥形内表面接合的情况下所述工件在其外端面处被支撑。这使得能够通过在加工过程中抑制工件变形而进一步提高工件的外周面的圆度。

根据第五方面的本发明，所述工件形成有用于接合所述凯氏杆的通孔或者径向向内的突起。这使得能够容易地使凯氏杆与工件接合。

根据第六方面的本发明，用于加工圆筒形工件的装置还包括用于分度所述凯氏杆的位置的分度机构。这使得能够使凯氏杆前进至工件的内孔内的预定位置。

根据第七方面的本发明，提供一种圆筒形工件，所述工件包括：形成在所述工件的两个内端面上的锥形倒角面；精加工的内周面，所述内周面与所述锥形倒角面同时切削而成；以及热处理后以所述锥形倒角面为基准精加工的外周面。能够在磨削外周面之后省略本发明的圆筒形工件的内周面的磨削工序，并且能够通过提高圆筒形工件的支撑精度而提高内周面与外周面的同轴度。

发明效果

根据本发明的用于加工圆筒形工件的方法，因为该方法包括步骤：将所述工件支撑在驱动顶尖以及定心顶尖上；并且通过在与所述驱动顶尖一起旋转的凯氏杆在所述工件的内孔内与所述工件接合的状态下使所述工件旋转而精加工所述工件的外周面，所以能够通过一个工序加工工件的整个宽度。因此，能够提高工件的外周面的同轴度，也能够减小两个顶尖与工件之间的摩擦力，并因此不仅抑制工件变形并抑制对工件产生损害，还提高了工件的圆度。

根据本发明的用于加工圆筒形工件的装置，因为该装置包括：中空的主轴，该主轴具有位于其顶端上的驱动顶尖并且旋转地轴颈联接在主轴单元内；尾架主轴，该尾架主轴具有位于其顶端上的定心顶尖并且在定心单元内旋转地并且能轴向移动地被支撑；轴状凯氏杆，该轴状凯氏杆被支撑在所述主轴的内孔内，所述轴状凯氏杆不相对于所述主轴旋转但能相对于所述主轴轴向移动；驱动装置，该驱动装置用于旋转地驱动所述主轴；以及气缸，所述气缸分别轴向驱动所述轴状凯氏杆与所述尾架主轴；并且其特征在于：所述主轴、所述尾架主轴以及所述气缸布置在同一轴线上；所述圆筒形工件以夹层形式被支撑在所述驱动顶尖与所述定心顶尖上；并且在所述轴状凯氏杆在所述工件的内孔内与所述工件接合的状态下随着所述工件旋转所述工件的外周面被精加工，所以能够通过一个工序加工工件的整个宽度。因此，能够提高工件的外周面的同轴度，也能够减小两个顶尖与工件之间的摩擦力，并因此不仅抑制工件变形并抑制对工件产生损害，还提高了外周面的圆度。此外，因为可以减小顶尖对工件的按压力，所以也能减小诸如液压装置之类的辅助设备的尺寸与成本并因此能减小加工装置本身的尺寸与成本。而且，因为与仅通过顶尖的摩擦力获得的驱动力相比，可以获得工件的大驱动力，所以能够提高加工速度，并因此减少加工时间以及制造成本。

附图说明

图1是示出本发明的圆筒形工件的加工装置的第一实施方式的纵剖面图；

图2的(a)是示出图1的加工装置的主轴单元的纵剖面图；

图2的(b)是示出图1的加工装置的分度机构的示意图；

图3是示出图1的加工装置的定心单元的纵剖面图；

图4是示出本发明的圆筒形工件的加工装置的第二实施方式的局部放大图；

图5是示出本发明的圆筒形工件的加工装置的第三实施方式的局部放大图；

图6是示出现有技术的圆筒形工件的加工装置的立体图；以及

图7是示出现有技术的圆筒形工件的另一加工装置的纵剖面图。

具体实施方式

一种用于加工圆筒形工件的装置，该装置包括：中空的主轴，该主轴具有位于其顶端上的驱动顶尖并且旋转地轴颈联接在主轴单元内；尾架主轴，该尾架主轴具有位于其顶端上的定心顶尖并且在定心单元内旋转地并且能轴向移动地被支撑；轴状凯氏杆，该轴状凯氏杆被支撑在所述主轴的内孔内，所述轴状凯氏杆不相对于所述主轴旋转但能相对于所述主轴轴向移动；驱动装置，该驱动装置用于旋转地驱动所述主轴；以及气缸，所述气缸分别轴向驱动所述轴状凯氏杆与所述尾架主轴；并且其特征在于：所述主轴、所述尾架主轴以及所述气缸布置在同一轴线上；所述圆筒形工件以夹层形式被支撑在所述驱动顶尖与所述定心顶尖上；并且在所述轴状凯氏杆在所述工件的内孔内与所述工件接合的状态下随着所述工件旋转所述工件的外周面被精加工。

将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。

第一实施方式

图1是示出本发明的圆筒形工件的加工装置的第一实施方式的纵剖面图；图2的(a)是示出图1的加工装置的主轴单元的纵剖面图，图2的(b)是示出图1的加工装置的分度机构的示意图；以及图3是示出图1的加工装置的定心单元的纵剖面图。

如图1中所示，加工装置1以薄壁的圆筒形工件W的两端上的倒角面Wa为基准在热处理后对外周面进行精加工(淬火钢的磨削或者切削)。为了提高工件W的支撑精度以及内周面与外周面之间的同轴度，通常同时磨削倒角面Wa与内周面。

主轴2由中空轴形成，并且借助一对滚动轴承(本文中，角接触滚珠轴承)4和4旋转地支撑在主轴框架3上。皮带轮5固定在主轴2的后端上并且经由带7连接至驱动皮带轮6。主轴2可以借助固定在马达轴8上的驱动皮带轮6并且借助带7以及皮带轮5被驱动马达M可旋转地驱动。主轴2的顶端具有驱动顶尖9，该驱动顶尖形成为适于与工件W的倒角面Wa接合(接触)的锥形面9a。主轴框架3与包括主轴2、驱动马达M、皮带轮5和6以及带7的旋转驱动装置10构成主轴单元11。

尾架主轴12可轴向滑动地安装在定心框架13内并由气缸14驱动(图3)。尾架主轴12的顶端具有定心顶尖15，该定心顶尖形成为适于与工件W的倒角面Wa接合的锥形面15a。定心框架13、尾架主轴12以及气缸14构成定心单元16。主轴2、驱动顶尖9、气缸14、尾架主轴12以及定心顶尖15全部都布置在同一轴线上。

如图2的(a)中所示，凯氏杆驱动轴18布置在中空主轴2的内孔17内，并且轴形凯氏杆19可拆卸地配合在凯氏杆驱动轴18的顶端中。凯氏杆驱动轴18与凯氏杆19借助形成在主轴2的后端中的引导孔2a以及驱动顶尖9的内孔9b被轴向可滑动地引导，并且另一方面，凯氏杆驱动轴18由于形成在主轴2的引导孔2a上的锯齿或者花键(未示出)而相对于主轴2不旋转地被支撑。通孔20形成在工件W中，并且用于与凯氏杆19接合的接合构件21可以配合在通孔20中。通孔20可使用这样的通孔，当工件W是滚珠丝杠的螺母构件时滚珠循环构件的桥接构件或者滚珠导珠管配合在该通孔中。凯氏杆驱动轴18可以借助气缸22前后移动，并且在凯氏杆19接合配合在工件W的通孔20中的接合构件21的情况下，工件W可以被凯氏杆19旋转地驱动。

尽管描述为凯氏杆19与配合在工件W的通孔20中的接合构件21接合并由此伸到工件W的内孔中，但是这样是可行的：在凯氏杆19的顶端上一体化形成接合件使得接合件可以与通孔20接合以旋转地驱动工件W。在此情况下，设置有如图2的(b)中所示的用于自动分度凯氏杆19的位置并且将凯氏杆19驱动至预定位置(由图2的(b)中的箭头所示)的分度机构。

附图标记23表示布置在气缸22与凯氏杆驱动轴18之间的联轴器。联轴器23由诸如橡胶之类的弹性构件形成，并且该联轴器使得能够在允许气缸22与凯氏杆驱动轴18之间的轴线失配的情况下传递按压力并且能够吸收凯氏杆19抵靠接合构件21时的冲击。

根据此实施方式，凯氏杆19与凯氏杆驱动轴18的轴线以预定量彼此偏心布置。这使得当凯氏杆19在工件W内前进时能够防止凯氏杆19与接合构件21相互干扰，并且使得在接合构件21从工件W的通孔20不大大伸出的情况下凯氏杆19与接合构件21能够借助凯氏杆19的旋转易于接合。

如图3中所示，定心单元16的尾架主轴12借助气缸14前后轴向移动(如双箭头所示)。与上述气缸22相似，气缸14也由气动动力或者液压动力驱动。

然后，将参照图1至图3更详细地描述用于本发明的圆筒形工件的加工装置的磨削操作。

当尾架主轴12借助定心单元16的气缸14向后移动并且圆筒形工件W馈入驱动顶尖9与定心顶尖15之间时，尾架主轴12向前移动并且工件W以夹层形式被支撑在顶尖9与15两者之间。然后，凯氏杆驱动轴18借助主轴单元11的气缸22向前移动，并因此配合在凯氏杆驱动轴18的顶端中的凯氏杆19前进到工件W的内孔中。

然后，通过致动电动马达M而经由旋转驱动装置10使主轴2旋转。根据主轴2的旋转，工件W借助工件W与顶尖9和15两者之间的摩擦力与定心顶尖15一起旋转。

然后，磨削轮24朝工件W前进并与之接触，并且进行工件W的外周磨削(所谓的横磨)。如根据上文可看出的，配合在主轴2的内孔17中的凯氏杆驱动轴18与主轴2一起旋转，并且配合在凯氏杆驱动轴18的顶端中的凯氏杆19也旋转。由于凯氏杆19接合配合在工件W的通孔20中的接合构件21并且从工件W的内孔驱动工件W，能够借助一个工序加工工件W的整个宽度。因此，能够提高工件W的外周面的同轴度，也能够减小顶尖9和15两者与工件W之间的摩擦力，并因此防止工件W变形并且防止在工件W上产生损坏。

此外，与仅通过顶尖9和15的摩擦力获得的驱动力相比，可以获得工件W的大驱动力，并因此工件W的驱动力可以承受大的加工阻力。因此，能够提高加工速度，并因此减少加工时间以及制造成本。而且，因为可以减小顶尖9和15对工件W的按压力，所以也可以减小诸如液压装置之类的辅助设备的尺寸与成本，并因此可以减小加工装置本身的尺寸与成本。当如上所述，圆筒形工件需要具有高精确度的同轴度时，即便省略磨削外周面后的内周面磨削步骤也能获得内周面与外周面之间的高同轴度。

第二实施方式

图4是示出本发明的圆筒形工件的加工装置的第二实施方式的局部放大图。此实施方式与第一实施方式的主要区别仅在于工件W的支撑方式，相同的附图标记用于具有与第一实施方式中使用的那些零件或者元件相同功能的部件或者元件并且将省略其详细描述。

主轴25形成有位于主轴25的顶端的驱动顶尖26。驱动顶尖26形成有位于驱动顶尖26的顶端的内周面上的锥形倒角面26a，该锥形倒角面适于与工件W的外锥形倒角面接合(接触)。另一方面，尾架主轴27形成有位于尾架主轴27的顶端的定心顶尖28。定心顶尖28形成有位于定心顶尖28的顶端的内周面上的锥形倒角面28a，该锥形倒角面适于与工件W的外锥形倒角面接合。主轴25、驱动顶尖26、尾架主轴27以及定心顶尖28全部都布置在同一轴线上。

固定在凯氏杆驱动轴18上的凯氏杆29可以借助气缸(未示出)前后移动。在此实施方式中，凯氏杆29与接合件29a形成一体，该接合件用于接合形成在工件W上的通孔20以使工件W旋转。与第一实施方式相似，凯氏杆29的轴线相对于凯氏杆驱动轴18的轴线以预定量偏心地形成。优选的是，在凯氏杆29的接合件29a的顶端上设置诸如橡胶之类的弹性构件以防在接合件29a接合通孔20时损害工件W。

当尾架主轴27向后移动并且圆筒形工件W馈入驱动顶尖26与定心顶尖28之间时，尾架主轴27向前移动并且工件W以夹层形式被支撑在顶尖26与28两者之间。然后，凯氏杆驱动轴18向前移动并且配合在凯氏杆驱动轴18的顶端中的凯氏杆29前进到工件W的内孔中。然后，通过致动电动马达M(未示出)使主轴25旋转。根据主轴25的旋转，工件W借助工件W与顶尖26和28两者之间的摩擦力旋转。

如上所述，配合在主轴25中的凯氏杆驱动轴18与主轴25一起旋转。与第一实施方式相似，因为凯氏杆29的接合件29a接合工件W的通孔20并且从工件W的内孔驱动工件W，所以能够借助一个工序加工工件W的整个宽度。因此，能够提高工件W的外周面的同轴度，也能够减小顶尖26与28两者与工件W之间的摩擦力，并因此防止工件W变形并且进一步提高工件W的外周面的圆度。

此外，因为可以获得工件W的大驱动力并因此工件W的驱动力可以承受大加工阻力，所以能够提高加工速度，并因此减少加工时间以及制造成本。而且，因为可以减小顶尖26与28对工件W的按压力，所以也可以减小诸如液压装置之类的辅助设备的尺寸与成本，并因此可以减小加工装置本身的尺寸与成本。

第三实施方式

图5是示出本发明的圆筒形工件的加工装置的第三实施方式的局部放大图。此实施方式与第一实施方式的主要区别仅在于工件的结构，相同的附图标记用于具有与第一实施方式中使用的那些零件或者元件相同功能的部件或者元件并且将省略其详细描述。

主轴2与位于其顶端的驱动顶尖9形成一体，并且锥形面9a与工件W’的倒角面Wa接合。另一方面，尾架主轴12形成有位于其顶端的定心顶尖15。并且定心顶尖15的锥形面15a与工件W’的倒角面Wa接合。

根据此实施方式，工件W’在其内周面上形成有突起30。固定在凯氏杆驱动轴18上的凯氏杆19可以借助气缸(未示出)前后移动，并且该凯氏杆接合形成在工件W’的内周面上的突起30以使工件W’旋转。与前述实施方式相似，凯氏杆19的轴线相对于凯氏杆驱动轴18的轴线以预定量偏心地形成。

当尾架主轴12向后移动并且圆筒形工件W’馈入驱动顶尖9与定心顶尖15之间时，尾架主轴12向前移动并且工件W’以夹层形式被支撑在顶尖9与15两者之间。然后，凯氏杆驱动轴18向前移动并因此固定在凯氏杆驱动轴18的顶端上的凯氏杆19前进到工件W’的内孔中。然后，通过启动电动马达M(未示出)使主轴2旋转，并且工件W借助工件W’与顶尖9和15两者之间的摩擦力旋转。

如上所述，因为配合在主轴2中的凯氏杆驱动轴18与主轴2一起旋转并且接合工件W’的突起30的凯氏杆19从工件W’的内孔驱动工件W’，所以能够借助一个工序加工工件W’的整个宽度。因此，能够提高工件W’的外周面的同轴度，也能够减小顶尖9与15两者与工件W’之间的摩擦力，并因此在防止工件W’在加工过程中变形的情况下提高工件W’的外周面的圆度。

根据本发明的此实施方式，即便工件W’因热处理而变形，在内孔经由倒角面Wa支撑的条件下工件W’也可以被顶尖支撑。因此，能够高精度地加工工件W’以至于外周面的圆度在10μm范围内并且以倒角面Wa为基面时外周面的同轴度在50μm范围内。

此外，因为可以获得工件W’的大驱动力并因此工件W’的驱动力可以承受大加工阻力，所以能够提高加工速度，并因此减少加工时间以及制造成本。而且，因为可以减小用于支撑工件W’的按压力，所以也可以减小诸如液压装置之类的辅助设备的尺寸与成本，并因此可以减小加工装置本身的尺寸与成本。

已经参照优选实施方式描述了本发明。显然，在阅读并理解在前的详细描述的基础上，本领域的普通技术人员会想到变型及替代。本发明理应解释成包括所有落入所附权利要求或者其同等物的范围内的所有这样的替代与变型。

工业实用性

用于加工本发明的圆筒形工件的装置可以用于进行诸如在工件热处理后以内周面为基准磨削圆筒形的外周面之类的精加工用的加工装置。

附图标记

1 加工装置

2、25 主轴

2a 引导孔

3 主轴框架

4 滚动轴承

5 皮带轮

6 驱动皮带轮

7 带

8 马达轴

9、26 驱动顶尖

9a 驱动顶尖的锥形面

9b 驱动顶尖的内孔

10 旋转驱动装置

11 主轴单元

12、27 尾架主轴

13 定心框架

14、22 气缸

15、28 定心顶尖

15a 定心顶尖的锥形面

16 定心单元

17 主轴的内孔

18 凯氏杆驱动轴

19、29 凯氏杆

20 通孔

21 接合构件

23 联轴器

24 磨削轮

26a 驱动顶尖的锥形倒角面

28a 定心顶尖的锥形倒角面

29a 接合件

30 突起

50、56 工件

51、60、61 顶尖

52 附接装置

53 凯氏杆

54 主轴

55、59 磨削轮

57 加工装置

58 定心装置

62 主轴单元

63、65 主轴

64 尾架单元

M 驱动马达

W、W’ 工件

Wa 工件的倒角部