專利名稱：一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒，為金剛石鍍層(或 燒結層)超高精度同軸研鉸棒，屬于研鉸工藝技術領域中加工高精度同軸孔系 的新型研鉸工具。
背景技術：
各類中小型數控機床關鍵的高精度主軸部件，其中最難達到精度要求的主軸
套筒零件，如圖2其同軸孔系的前后軸承座孔A和B的同軸度、圓度、圓柱度、 端面垂直度以及表面粗糙度等各項精度均有很高的要求，主軸套筒的加工質量 直接影響到精密高速主軸的使用精度，對于主軸套筒高精度同軸孔系的機械加 工方法，歸納起來有如下不同的加工方案，但各有各自的不可克服的難點和薄
弱環節，其分析如下
1 . 主軸套筒類高精度同軸孔系的前后軸承座孔一次懸鏜的加工方案
以①165外圓定心，以C端面定位，最后精鏜和用CBN刀片的組合長鏜桿不 換刀僅使用機床Z軸運動一次先后將B孔及A孔精鏜出，工藝上可以保證兩孔 同軸度，加工效率高，但存在以下問題
由于懸鏜的鏜桿過長，這也正是加工機床難以保證加工質量的難點，其遠 端B孔的加工質量將低于前端A孔。即使使用精密機床加工，其機床主軸的回 轉精度和剛度再好在長鏜桿懸鏜情況下也很難保證圓度和圓柱度3u的要求，而 表面粗糙度使用新刀片在最好的加工條件下只能保證RaO. 8，很難保證RaO. 4的
要求，尤其懸鏜遠端孔難度則最大。
2 .180°調頭鏜套筒兩端軸承座孔加工方案
用精密臥式加工中心或臥式坐標鏜床，采用180°調頭精鏜套筒前后兩端軸 承座孔的加工方法，很難保證套筒兩端軸承座孔的同軸度，其原因如下
a. 任何精密轉臺都有士2"的轉角誤差，調頭轉角180°其轉角誤差就直接
造成所鏜兩孔中心線不在同一條軸線上，而產生調頭鏜兩孔的不同軸誤 差。調頭轉角后工作臺的鎖緊又會引起新的誤差。
b. 精密轉臺旋轉后，其工作臺的上平面必然有端面跳動，其跳動值就直接 造成調頭鏜兩孔中心線的不等高，也會引起加工后的兩孔不同軸。
c. 利用精密轉臺180°調頭鏜套筒兩端軸承座孔，其套筒不可能正好安裝在 轉臺中心上，必然有偏置，所以轉臺180。調頭后，工作臺X軸就會有位 移自動跟蹤以保證兩孔中心線同軸，工作臺有移動就會產生位移誤差， 其位移誤差值也直接造成兩孔的同軸度誤差。
綜合前述a、 b、 c三個原因，要想達到主軸套筒兩端軸承座孔5ym的同軸 度高精度要求是根本不可能的， 一般調頭鏜最好情況下只能達到10 um的同軸 度。
因此調頭鏜只能作為粗鏜、半精鏜用，而不能作為精鏜主軸套筒兩端軸承 座孔用。
3 . 利用精密內圓磨床調頭磨主軸套筒兩端軸承座孔的加工方案 因主軸套筒兩端軸承座孔軸向尺寸跨度大，不可能用長砂輪桿在一次定位
下磨出主軸套筒前后兩端軸承座孔，而普遍都采用調頭磨的加工方案。
由于主軸套筒軸向尺寸長，調頭磨必須用剛性足、微量調整精度高、支承 穩定的中心架，其磨削精度不僅取決于機床工作主軸回轉精度，還與主軸套筒 的裝卡及中心架所支承的套筒外圓精度(圓柱度、同軸度)以及調整找正精度有 關。
(1) 調頭磨削主軸套筒類型的高精度同軸孔系對工藝支承用外圓的工藝要 求
a圓度要求
要想磨出圓度《3um的孔，其中心架所支承用的外圓必須《1.5um，否 則外圓的不圓度將復映到所磨的孔中； b同軸度要求
要想磨出主軸套筒兩端軸承座孔的同軸度《5um，其中心架兩端支承用 的外圓同軸度必須《2um; C找正精度要求
精密內圓磨床磨削主軸套筒兩端軸承座孔， 一般都采用以外圓定位，卡
一端，中心架架另一端進行調頭磨，裝卡要求找正遠近端支承外圓跳動《2 um，并找正遠近端外圓上母線及側母線《2um，否則磨不出圓度、圓柱度《 3um，同軸度《5um的主軸套筒的兩端軸承座孔。
(2) 對加工設備加工精度要求 a對精密外圓磨床要求
瑞士STUDER公司產的精密外圓磨床，其磨削圓度可達0.4um，表面粗糙 度可滿足Ra《0. 2 u m要求，如果外圓磨床自身精度滿足不了 1. 5 u m圓度要求， 就不能達到磨削主軸套筒內圓作為工藝用支承外圓精度要求。 b對精密內圓磨床要求
瑞士 VOUMARD公司產的精密內圓磨床，其所磨削內圓的圓柱度可達0. 5ix m， 表面粗糙度Ra值可達0. 2 P m，如果內圓磨床自身精度滿足不了 2 ii m圓度磨削 要求，就不能用于磨削高精度主軸套筒前后軸承座孔。
精密內圓磨還必須配備大直徑、剛性足、微調精度高、鎖緊可靠、調整后 磨削精度穩定的精密中心架，才可有效的提高磨削效率，減少調整找正時間。 (3)綜合上述用精密內圓磨床調頭磨削主軸套筒同軸孔系的前后兩端軸承座 孔方案可行性分析及存在的問題
利用精密外圓磨床及精密內圓磨床生產制造精密主軸套筒，在精度和質 量上是可行的，但其存在以下問題
1、 設備投資大，需購置價格昂貴的精密外圓磨床及精密內圓磨床；
2、 制造精度受人為因素的影響太大；
如磨削高精度外圓除靠高精度外圓磨床加工其精度，更重要的還與人為 的研磨頂尖孔質量有關，如頂尖孔加工質量不好會造成軸類中心線搖擺，就磨 不出更高精度的外圓。
調頭磨削主軸套筒兩端軸承座孔，除靠高精度內圓磨床外，更重要的還與 人為調整找正精度有關，如找正精度不夠或中心架調整后精度不穩定，就會直 接影響前后軸承座孔的同軸度。由于中心架支承造成偏心也磨不出同軸度《5u m及圓柱度《3 ii m的軸承座孔來。
3、 效率低、加工成本高、不適合規模生產。 發明內容
本實用新型金剛石鍍層(燒結層)超高精度同軸研鉸棒是新研鉸工藝， 為解決高精度同軸孔系精加工提供的一種實用新型的研鉸工具。
本實用新型所采用的技術方案是
一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒，在各外圓軸向上合理的布有前導向 錐、前后導向柱、前后研鉸柱、端面金剛石研鉸鍍層及后導向錐；
在前導向錐、前后導向柱及前后研鉸柱后導向錐外圓上及相應的端面上均 有金剛石鍍層。
本實用新型的效益在于，金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒的尺寸公差、圓度、 圓柱度、同軸度均達到極高精度。研鉸棒以主軸套筒原留研量的前后軸承座孔 同時作為導向，通過簡單易行對孔系的手工研鉸，成功的彌補和修正了原孔系 難以解決而產生的幾何精度(圓度、圓柱度、同軸度)誤差，且能達更高的精度 要求。使主軸套筒孔系加工原處于難以解決的劣勢得以成功的解決，從而轉化 為新的優勢。此項創新工藝技術對提高我國機床行業批量生產各類中小型數控 機床精密主軸部件，在技術上工藝上具有推廣意義。
利用金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒對主軸套筒孔系的研鉸精度取決于研 鉸棒自身制造精度，經研鉸后的主軸套筒孔系可獲得用其他方法難以達到的高 穩定的加工精度。研鉸棒在被加工孔系中即做正反向旋轉運動，同時又做前后 軸向運動，其研鉸加工機理是其鍍層金剛石磨粒在孔內不會重復先前的運動軌 跡，從而極易切掉被研鉸孔表面上的凸峰，即可獲得極低的表面粗糙度，又可 修研矯正同軸孔系原加工的同軸度、圓度、圓柱度、尺寸公差、端面垂直度等 各項精度誤差，并達到更高精度要求。金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒對主軸
套筒高精度同軸孔系研鉸過程，不需要任何復雜設備，只要手工簡單操作；研
鉸過程只用煤油潤滑，只要研鉸棒在被研孔內做正反向旋轉運動同時又做軸向 運動，使整個孔系表面及相應的垂直內端面都得到均勻的研鉸，軸向手工研鉸
到底再返回只往復一次即可。簡單易行的手工操作就可使主軸套筒高精度同軸 孔系加工高效獲得質量穩定的高精度。其效率和可靠性是其他加工方法不可比 擬的。金剛石研鉸方法加工主軸套筒類型零件的高精度同軸孔系，無需任何加
工設備，其每套三根研鉸棒總價格不超過1. 2萬元，每套可保研鉸2000件以上， 即攤到每個主軸套筒高精度同軸孔系精研鉸加工投資成本費約為6元左右，采
用其他加工方法投入的成本遠超過金剛石研鉸的成本。經研鉸后主軸套筒可獲 極小的表面粗糙度，可有效地提高孔系加工表面的耐磨性、抗腐蝕能力和疲勞 極限。
同軸度及圓柱度極高的一種新型金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒是利用主 軸套筒原鏜出的同軸的前后軸承座孔作導向，經過簡單易行的手工研鉸工藝方 法，批量高效、質量穩定、低成本的解決了數控機床主軸套筒類型的高精度同 軸孔系加工的難題。
研鉸棒鍍層的金剛石硬度極高很耐用，在研鉸二三百件的主軸套筒類零件的 高精度同軸孔系，不僅效率高，其金剛石鍍層研損量很小可忽略不計。在研鉸 過程中不加任何研磨劑，只加適量煤油作潤滑劑，利用主軸套筒原同軸孔作導 向，手工操作通過金剛石鍍層超高精度研鉸棒與主軸套筒被研鉸孔系在一定的 研磨力作用下，研鉸棒在被研鉸同軸孔系內既作正反向旋轉運動，又作軸向運 動，在被研孔系內前后只往復一次即可從主軸套筒被研孔系及內孔垂直端面上 修正和研鉸下一層極薄的金屬，從而提高被研孔系的同軸度、尺寸精度、圓度、 圓柱度、端面垂直度，在研鉸過程中還能保證尺寸公差一致并可降低被研鉸孔 系的表面粗糙度。
圖1為金剛石鍍層(燒結)同軸研鉸棒示意圖。 圖2為所要加工的主軸套筒零件示意圖。
具體實施方式
金剛石鍍層(燒結層)高精度同軸研鉸棒的結構如下
1. 結構
金剛石鍍層(燒結)同軸研鉸棒結構如圖1所示由前導向錐(1)、 (2)、 前后導向柱(3)、 (4)、前后研鉸柱(5)、 (6)、端面金剛石研鉸鍍層(7)及后
導向錐(8)、 (9)組成。
在前導向錐(1)、 (2)、前后導向柱(3)、 (4)及前后研鉸柱(5)、 (6)及 后導向錐(8)、 (9)外圓上及端面(7)上均有金剛石鍍層。
2. 參數選定
研鉸棒鍍層金剛石粒度的選擇及鍍層厚度的確定
鍍層金剛石粒度選擇越粗，金剛石鍍層越厚，其研鉸效率高，但表面粗糙
度Ra值相對較高；相反鍍層金剛石粒度選擇越細，金剛石鍍層較薄，其研鉸效 率低，表面粗糙度Ra值相對較低。因此選擇鍍層金剛石粒度與研鉸質量、研鉸 效率密切相關。
選用中空焊接件結構，使研鉸棒基礎件總重量《20 25kg;
硬度達HRC42要求，可防止金剛石壓入基礎件，又可延長金剛石鍍層使用 壽命；
采用具有較好淬透性及焊接性能的40Cr材料制造，并采用工件變形較小的
油淬的熱處理工藝，可降低研鉸棒的制造成本。 前后導向錐結構要點
前后導向錐角一般為15° 10°，其前導向錐(1)處前導向錐取10°可使研 鉸棒起始導入軸承座孔時有較大的自由擺動，這有利前后導向柱(3)更容易的 導入軸承座孔。
在前導向柱(3)己完全進入后軸承座孔，在已有良好的導向情況下前導向 錐(2) 5。處才開始進入前軸承座孔，因5。定心較好從而有利于后導向柱(4) 處正確的導入前軸承座孔。
其后導向錐(8)、 (9)兩處均為10°，可減小零件被研鉸孔的進口處出現喇 叭口，又可使研鉸棒軸向后退出時也有一個合理的導向錐，可避免研鉸棒上的 前后研鉸柱(5)、 (6)研鉸柱劃傷被研鉸孔的表面。
前導向錐(1)、 (2)及后導向錐(8)、 (9)對前后研鉸柱(5)、 (6)的跳 云力應<1.5 y m。
前后導向柱(3)、 (4)兩處自身圓度和圓柱度應《lwm;
前后導向柱(3)、 (4)兩處對前后研鉸柱(5)、 (6)兩處的同軸度應《1.5
前后導向柱(3)、 (4)兩處表面粗糙度均應達到Ra0.2的要求。
前后研鉸柱(5)、 (6)兩處研鉸柱幾何精度(圓度、圓柱度、同軸度)是 確保被研鉸孔系精度的關鍵，均取被研鉸孔系幾何精度的1/3。
前后研鉸柱(5)、 (6)兩處自身的圓度、圓柱度應《lum，以滿足被研鉸 孔系的圓度和圓柱度《3 u m要求；
前后研鉸柱(5)、 (6)兩處彼此的同軸度應《1.5ym，以滿足被研鉸孔系的 同軸《5um要求；
前后研鉸柱(5)、 (6)兩處表面粗糙度Ra值均應達到Ra0.2的要求。
實施例l:(第一研鉸棒)
一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒鍍層金剛石的粒度80 100，比被研
孔小0.01 0. 012mm;其鍍層金剛石粒度選擇為80 100，半徑上金剛石鍍層厚 度為0.15mm。
金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒的導向柱及研鉸柱外圓上應均開有圓弧溝 槽，垂直研鉸應開截面為圓弧的交叉雙向螺旋溝槽，若是水平研鉸應開圓弧截 面直溝槽。
金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒前后導向柱(3)、 (4)兩處外圓尺寸應與 主軸套筒同軸孔系前后軸承座孔預加工留有研鉸量的孔徑有0.015 0.022的導 向間隙；
一般被研鉸后孔徑實際尺寸均比金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒的前后研 鉸柱(5)、 (6)兩處外圓實際尺寸大0.01 0.012，因此前后研鉸柱(5)、 (6) 兩處研鉸柱外圓尺寸大小的確定應考慮上述因素。
金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒前后研鉸柱(5)、 (6)兩處外圓大小要想 使被研鉸孔徑實際尺寸達到公差上限為0或小2 u m的研鉸效果，因此前后研鉸 柱(5)、 (6)兩處研鉸柱外圓應比被研孔徑名義尺寸小0.012 0.015mm。
實施例2:(第二研鉸棒)
一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒，粒度110 120，外徑比實施例1的 研鉸棒大0. 004 0. 005mm，帶雙向螺旋溝槽；鍍層金剛石粒度選擇為100 110， 半徑上金剛石鍍層厚度為0.15mm。
金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒的導向柱及研鉸柱外圓上均應開有圓弧溝槽，垂直研鉸應開截面為圓弧的交叉雙向螺旋溝槽，若是水平研鉸應開圓弧截 面直溝槽。
金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒前后導向柱(3)、 (4)兩處外圓尺寸應保證 與主軸套筒的前后軸承座孔被第一棒研鉸后的實際孔徑尺寸有0.015 0.02的導 向間隙；
金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒前后研鉸柱(5)、 (6)兩處外圓應比實施 例1的金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒前后研鉸柱(5)、 (6)兩處外圓實際尺 寸大3 4 y m;
實施例3:(第三研鉸棒)
一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒，粒度110 120，外徑比實施例2的 研鉸棒大0.003mm，無溝槽。鍍層金剛石粒度選擇為100 110，半徑上金剛石 鍍層厚度為0.15mm。
第三金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒前后導向柱(3)、 (4)兩處外圓實際 尺寸應保證與主軸套筒的前后軸承座孔被第二棒研鉸后的實際孔徑尺寸有 0.015 0.018的導向間隙。
第三金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒的前后研鉸柱(5)、 (6)兩處外圓應 比實施例2的金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒前后研鉸柱(5)、 (6)兩處外圓 實際尺寸大2 3um。
權利要求1.一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒，其特征是在各外圓軸向上合理的布有前導向錐、前后導向柱、前后研鉸柱、垂直端面金剛石研鉸鍍層及后導向錐；在前導向錐、前后導向柱及前后研鉸柱及后導向錐外圓上及相應端面上均有金剛石鍍層。
2. 根據權利要求1所述的一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒， 其特征是在外圓軸向上布有雙向螺旋溝槽。
3. 根據權利要求1或2所述的一種金剛石鍍層超高精度同軸研 鉸棒，其特征是雙向螺旋溝槽為截面為圓弧的交叉雙向螺旋溝槽或 圓弧截面直溝槽。
4. 根據權利要求1或2所述的一種金剛石鍍層超高精度同軸研 鉸棒，其特征是為中空焊接件結構。
5.根據權利要求3所述的一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒，其 特征是為中空焊接件結構。
專利摘要一種金剛石鍍層超高精度同軸研鉸棒，在各外圓軸向上合理的布有前導向錐、前后導向柱、前后研鉸柱、端面金剛石研鉸鍍層及后導向錐；在前導向錐、前后導向柱及前后研鉸柱后導向錐外圓上及相應的端面上均有金剛石鍍層。針對各類數控機床主軸套筒類零件高精度同軸孔系，使用傳統的各種機械加工手段，其各項精度(圓度、圓柱度、同軸度、尺寸精度、端面垂直度及表面粗糙度)難以達到高精度的共性問題。本實用新型通過簡單易行的人工研鉸，可在批量生產中穩定高效的修研矯正同軸孔系原加工的各項精度誤差，并可低成本的達到用其他加工方法難以達到的高精度要求。
文檔編號B24B5/48GK201186401SQ200720187358
公開日2009年1月28日 申請日期2007年12月21日 優先權日2007年12月21日
發明者剛 孫, 京 束, 王超穎 申請人:北京機電院高技術股份有限公司