專利名稱：一種超精密鼓形滾輪及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種超精密鼓形滾輪的加工方法及其采用 該方法加工的一種超精密鼓形滾輪。
背景技術(shù)：
超精密鼓形滾輪因其比普通的滾輪更長的使用壽命而得到越來越廣泛的使用，超 精密鼓形滾輪外形不僅僅局限于圓弧的弦高僅0. 003 0. 008mm微凸的圓弧，更多的是由 包括圓弧、直線在內(nèi)組成的復(fù)合曲線，加工難度更大?，F(xiàn)有技術(shù)中，鼓形滾輪的加工一般有以下幾種加工方法1、采用專用外圓磨床成 型加工鼓形。2、采用無心磨加工鼓形。3、采用凸度超精研機仿形加工鼓形。這類工藝普遍 復(fù)雜，工藝流程長，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量難以控制且不穩(wěn)定。一旦產(chǎn)品換型，生產(chǎn)準備周期 長，對目前采用優(yōu)化后的復(fù)合曲線作為滾輪的鼓形，加工難度更大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，提供一種超精密鼓形滾輪的加工方法， 無需專用磨床，利用高速切削技術(shù)實現(xiàn)以車代磨，生產(chǎn)準備周期短，生產(chǎn)成本降低，解決了 具有復(fù)合曲線的鼓形滾輪加工難度大，生產(chǎn)準備周期長，生產(chǎn)成本高的問題。本發(fā)明還提供 一種采用該方法加工的一種超精密鼓形滾輪，所述鼓形滾輪的鼓形外輪廓是包括圓弧、直 線在內(nèi)組成的復(fù)合曲線。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種超精密鼓形滾輪的加工方法，其特征在于，包括以下步驟1)將鍛壓毛坯粗車成形；2)利用一般精度的數(shù)控車床，精車工件的內(nèi)孔和外圓；3)進行表面硬化處理；4)利用高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的數(shù)控車床，精車工件的內(nèi)孔；5)利用高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的數(shù)控車床，以內(nèi)孔為基準，精車工件的鼓形 外輪廓；6)利用濕法探傷對零件進行探傷、退磁處理。所述步驟1)中，鍛壓毛坯粗車成形具體包括用普通車床粗車毛坯，留2mm余量。所述步驟2、中，精車工件的具體內(nèi)容包括利用一般精度的數(shù)控車床精車工件的 內(nèi)孔和外圓，工件表面粗糙度≤RaO. 8，留0. 2-0. 5mm余量，內(nèi)孔與外圓的同軸度在0. 0lmm 以內(nèi)。所述一般精度的數(shù)控車床是指車床的轉(zhuǎn)速一般不超過3500轉(zhuǎn)/分，其定位精度為 0. 020-0. 030mm左右，重復(fù)定位精度為0. 010-0. 015mm左右。所述步驟幻中，表面硬化處理具體內(nèi)容包括對工件外圓進行表面硬化處理，采 用滲碳淬火加回火處理，硬化深度2-4mm，表面硬度HRC58-62，淬深處硬度550HV1。
所述步驟幻中，精車工件的鼓形外輪廓包括利用CAD/CAM技術(shù)計算出刀具運 動的軌跡，與關(guān)鍵節(jié)點，選擇PCBN作為刀具材料，設(shè)置合理的刀具幾何參數(shù)，利用仿真技術(shù) 對加工中的干涉現(xiàn)象進行模擬、優(yōu)化，并選擇合適的高速切削參數(shù)，精車出工件的鼓形外輪廓。所述步驟4)和步驟幻中的高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的數(shù)控車床是指車床的轉(zhuǎn) 速在8000轉(zhuǎn)/分以上，位置控制精度為0. 0001mm,主軸徑跳/端跳彡0. 5 μ m。一種采用上述方法加工的超精密鼓形滾輪，其特征在于，所述鼓形滾輪的側(cè)母線 是微凸的圓弧，所述圓弧形側(cè)母線的端點與滾輪端面為切向過渡連接。所述滾輪內(nèi)徑Φ32，外圓直徑CD58^mm，厚度27讓，側(cè)母線圓弧弦高為 0. 003 0. 008mm，表面粗糙度Rzl. 0，以內(nèi)孔為基準，外圓對其全跳動不超過0. 01mm。本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明一種超精密鼓形滾輪的加工方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點利用一 般精度和高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的數(shù)控車床結(jié)合加工，無需專用磨床，利用高速切削 技術(shù)實現(xiàn)以車代磨，生產(chǎn)準備周期短，生產(chǎn)成本降低，解決了具有復(fù)合曲線的鼓形滾輪加工 難度大，生產(chǎn)準備周期長，生產(chǎn)成本高的問題。同時本發(fā)明還具有工藝流程短，質(zhì)量更容易 控制的優(yōu)點，能方便實現(xiàn)具有復(fù)合曲線的鼓形滾輪加工。本發(fā)明利用CAD/CAM技術(shù)計算出 刀具運動的軌跡與關(guān)鍵節(jié)點，使軌跡計算更精確、更便捷；選擇合適的刀具材料，設(shè)置合理 的刀具幾何參數(shù)，利用仿真技術(shù)對加工中的干涉現(xiàn)象進行模擬、優(yōu)化，能消除微切削加工中 出現(xiàn)的過切現(xiàn)象。


圖1是本發(fā)明超精密鼓形滾輪加工方法的流程圖。圖2是采用本發(fā)明超精密鼓形滾輪加工方法加工的鼓形滾輪剖視示意圖。圖3是圖2的局部放大圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。如圖1所示，是本發(fā)明超精密鼓形滾輪加工方法的流程圖。一種超精密鼓形滾輪 的加工方法，包括以下步驟1)將鍛壓毛坯粗車成形；具體包括用普通車床粗車毛坯，留2mm余量。2)精車工件的內(nèi)孔和外圓；具體內(nèi)容包括利用一般精度的數(shù)控車床，精車工件的內(nèi)孔和外圓，要求工件的表 面粗糙度彡RaO. 8，留0. 2-0. 5mm余量，保證內(nèi)孔與外圓的同軸度在0. Olmm以內(nèi)。這里的一般精度的數(shù)控車床是指車床的轉(zhuǎn)速一般不超過3500轉(zhuǎn)/分，其定位精度 為0. 020-0. 030mm左右，重復(fù)定位精度為0. 010-0. 015mm左右，不能對硬化處理后的零件進 行車削。3)進行表面硬化處理；具體內(nèi)容包括對零件外圓進行表面硬化處理，采用滲碳淬火加回火處理，硬化深度2-4mm，表面硬度HRC58-62，淬深處硬度550HV1。4)利用高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的數(shù)控車床，精車工件的內(nèi)孔；這里的高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的數(shù)控車床是指車床的轉(zhuǎn)速一般在8000轉(zhuǎn)/ 分以上，其位置控制精度為0. 0001mm,主軸徑跳/端跳< 0. 5 μ m，能對硬化處理后的零件直 接進行精密車削。5)利用高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的數(shù)控車床，以內(nèi)孔為基準，精車工件的鼓形 外輪廓；具體內(nèi)容包括利用CAD/CAM技術(shù)計算出刀具運動的軌跡與關(guān)鍵節(jié)點，選擇PCBN 作為刀具材料，設(shè)置合理的刀具幾何參數(shù)，利用仿真技術(shù)對加工中的干涉現(xiàn)象進行模擬、優(yōu) 化，并選擇合適的高速切削參數(shù)，精車出工件的鼓形外輪廓。6)利用濕法探傷對零件進行探傷、退磁處理。如圖2所示，是采用本發(fā)明超精密鼓形滾輪加工方法加工的鼓形滾輪剖視示 意圖。滾輪內(nèi)徑Φ32 _匪，外圓直徑Φ58廣讓，厚度27mm，側(cè)母線圓弧弦高為0. 003 0. 008mm，表面粗糙度Rzl. 0，以內(nèi)孔為基準，外圓對其全跳動不超過0. 01mm。如圖3所示的 局部放大圖，本實施例加工的滾輪，圓弧形側(cè)母線的端點與滾輪端面為切向過渡連接，也就 是說，鼓形滾輪的鼓形外輪廓是包括圓弧、直線在內(nèi)組成的復(fù)合曲線，是加工難點所在。步驟1、粗車鍛件毛坯，留2mm的余量。步驟2、利用一般精度的數(shù)控車床精車內(nèi)孔和外圓，工件表面粗糙度為RaO. 8，留 0. 3mm余量。步驟3、對工件外圓進行表面硬化處理，硬度要求HRC58 62，硬化深度2 4mm。步驟4、高速數(shù)控精車內(nèi)孔，利用高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的數(shù)控車床精車內(nèi) 孔。步驟5、高速數(shù)控精車外圓，利用高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的數(shù)控車床，以內(nèi)孔 為基準，精車工件的鼓形外輪廓；首先利用CAD/CAM技術(shù)，通過提高圖形顯示精度，計算出刀具運動的軌跡與關(guān)鍵 節(jié)點，本實施例運動軌跡圓弧半徑R8000 30000mm，選擇合適的高耐磨性的PCBN作為刀 具材料，合理設(shè)置刀具幾何參數(shù)，本實施例刀具幾何參數(shù)設(shè)置為尖角度為35°，刀尖圓弧半 徑選擇R0. 2 ；利用仿真技術(shù)，對加工中的干涉現(xiàn)象進行模擬、優(yōu)化，消除微切削加工中出現(xiàn) 的過切現(xiàn)象；選擇高速切削參數(shù)，切削速度為471m/min，進給量0. 01-0. 02mm/r，背吃刀量 0. 03-0. 05mm，采用干式切削，高精度、高剛性的數(shù)控車床，采用線性光柵尺和全閉環(huán)控制， 位置控制精度為0. 0001mm,主軸轉(zhuǎn)速不少于8000rpm，主軸徑跳/端跳< 0. 5 μ m，以內(nèi)孔為 基準，利用內(nèi)漲式液壓專用車夾具，精車鼓形外輪廓。這里的高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的 數(shù)控車床與步驟4)中的車床的指標相同。步驟6、利用濕法探傷對工件進行探傷、退磁處理。本發(fā)明利用高精度、高剛性的數(shù)控車床，選擇合適的刀具材料，通過設(shè)計合理的刀 具幾何參數(shù)，采用CAD/CAM技術(shù)、仿真技術(shù)以及高速切削加工技術(shù)，對鼓形滾輪進行超精密 加工，相比其他采用專用機床進行加工的方案，具有成本低、適用性廣、精度高、生產(chǎn)效率高 等優(yōu)點。以上公開僅為本發(fā)明的具體實例，但本發(fā)明并非局限于此，本發(fā)明適用于各種超精密微凸(凹)外形回轉(zhuǎn)類零件的加工。應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實施方式
可以使本領(lǐng)域 的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說明 書和實施例對本發(fā)明創(chuàng)造已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以 對本發(fā)明創(chuàng)造進行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其 改進，其均涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種超精密鼓形滾輪的加工方法，其特征在于，包括以下步驟1)將鍛壓毛坯粗車成形；2)利用一般精度的數(shù)控車床，精車工件的內(nèi)孔和外圓；3)進行表面硬化處理；4)利用高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的數(shù)控車床，精車工件的內(nèi)孔；5)利用高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的數(shù)控車床，以內(nèi)孔為基準，精車工件的鼓形外輪廓；6)利用濕法探傷對零件進行探傷、退磁處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超精密鼓形滾輪的加工方法，其特征在于，所述步驟1)中，鍛 壓毛坯粗車成形具體包括用普通車床粗車毛坯，留2mm余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超精密鼓形滾輪的加工方法，其特征在于，所述步驟幻中，精 車工件的具體內(nèi)容包括利用一般精度的數(shù)控車床精車工件的內(nèi)孔和外圓，工件表面粗糙 度彡RaO. 8，留0. 2-0. 5mm余量，內(nèi)孔與外圓的同軸度在0. Olmm以內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超精密鼓形滾輪的加工方法，其特征在于，所述一般精度的 數(shù)控車床是指車床的轉(zhuǎn)速一般不超過3500轉(zhuǎn)/分，其定位精度為0. 020-0. 030mm左右，重 復(fù)定位精度為0. 010-0. 015mm左右。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超精密鼓形滾輪的加工方法，其特征在于，所述步驟幻中，表 面硬化處理具體內(nèi)容包括對工件外圓進行表面硬化處理，采用滲碳淬火加回火處理，硬化 深度2-4mm，表面硬度HRC58-62，淬深處硬度550HV1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超精密鼓形滾輪的加工方法，其特征在于，所述步驟幻中包 括利用CAD/CAM技術(shù)計算出刀具運動的軌跡與關(guān)鍵節(jié)點，選擇PCBN作為刀具材料，設(shè)置合 理的刀具幾何參數(shù)，利用仿真技術(shù)對加工中的干涉現(xiàn)象進行模擬、優(yōu)化，并選擇合適的高速 切削參數(shù)，精車出工件的鼓形外輪廓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超精密鼓形滾輪的加工方法，其特征在于，所述步驟4)和步 驟5)中的高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的數(shù)控車床是指車床的轉(zhuǎn)速在8000轉(zhuǎn)/分以上，位 置控制精度為0. 0001mm,主軸徑跳/端跳< 0. 5 μ m。
8.一種采用權(quán)利要求1至7之一所述的加工方法加工的超精密鼓形滾輪，其特征在于， 所述鼓形滾輪的側(cè)母線是微凸的圓弧，所述圓弧形側(cè)母線的端點與滾輪端面為切向過渡連 接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超精密鼓形滾輪，其特征在于，所述滾輪內(nèi)徑φμ=-·，外 圓直徑Φ58廣mm，厚度27mm，側(cè)母線圓弧弦高為0. 003 0. 008mm，表面粗糙度Rzl. 0，以內(nèi) 孔為基準，外圓對其全跳動不超過0. 01mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超精密鼓形滾輪的加工方法，無需專用磨床，利用高速切削技術(shù)實現(xiàn)以車代磨，生產(chǎn)準備周期短，生產(chǎn)成本低。包括以下步驟1)將鍛壓毛坯粗車成形；2)利用一般精度的數(shù)控車床，精車工件的內(nèi)孔和外圓；3)進行表面硬化處理；4)利用高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的數(shù)控車床，精車工件的內(nèi)孔；5)利用高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速性能的數(shù)控車床，以內(nèi)孔為基準，精車工件的鼓形外輪廓；6)利用濕法探傷對零件進行探傷、退磁處理。本發(fā)明還提供一種采用該方法加工的一種超精密鼓形滾輪，所述鼓形滾輪圓弧形側(cè)母線的端點與滾輪端面為切向過渡連接。
文檔編號B23P15/00GK102145445SQ20111008931
公開日2011年8月10日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者徐偉, 王志平, 王榮興, 褚守云, 趙衛(wèi)忠 申請人:常州合泰微特電機有限公司