軸向定位頂尖的設(shè)計(jì)及其在軸類零件中的應(yīng)用

盧曉偉，吳新剛

(山西經(jīng)緯紡織機(jī)械專件有限公司，山西 晉中 030601)

1 頂尖的分類及缺點(diǎn)

目前，在機(jī)械加工行業(yè)中，無(wú)論是外圓磨床、數(shù)控車床或以中心孔為基準(zhǔn)加工的設(shè)備，使用的頂尖有兩種：一種為活絡(luò)頂尖，核心采用軸承作為旋轉(zhuǎn)件，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，能與零件一塊旋轉(zhuǎn)，不破壞中心孔，缺點(diǎn)是徑向定位誤差受軸承誤差影響；另一種為死頂尖，即剛性頂尖，旋轉(zhuǎn)時(shí)頂尖與中心孔產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，優(yōu)點(diǎn)是無(wú)誤差，徑向定位精度高，缺點(diǎn)是易破壞中心孔[1-2]。這兩種頂尖在加工軸類零件時(shí)，中心孔大小影響軸向尺寸，產(chǎn)生偏差。在批量生產(chǎn)中，很難控制軸向尺寸的一致性(除非中心孔尺寸非常一致)。要使中心孔尺寸一致，就必須依托高精度數(shù)控車床；但批與批或者是更換中心鉆之后，中心孔尺寸又會(huì)有變化，因此控制中心孔尺寸的難度很大。在實(shí)際加工中，控制軸類零件的長(zhǎng)度尺寸，一般工藝首先采用外圓磨兩頂尖磨軸類零件的一個(gè)端面，靠出端面即可，然后采用端面磨床以磨出端面為基準(zhǔn)，磨出另一端面來(lái)控制長(zhǎng)度[3-4]。因此，這兩種頂尖都無(wú)法有效控制軸類零件的軸向尺寸，并且加工效率低，不適應(yīng)大批量生產(chǎn)，給工藝流程帶來(lái)麻煩。

2 普通頂尖無(wú)法解決的工藝問(wèn)題

2.1 錠距一致性差

細(xì)紗羅拉(見(jiàn)圖1)6個(gè)工作面采用兩頂尖頂緊進(jìn)行加工，軸向定位方式采用中心孔定位，故中心孔大小直接影響羅拉工作面錠距的一致性，錠距控制不穩(wěn)定，給后續(xù)磨加工的錠距控制帶來(lái)很大難度[5]。我公司采用普通車床或普通數(shù)控車床加工中心孔，采用中心孔深度量規(guī)進(jìn)行控制，但畢竟不及高精度數(shù)控車床，故而誤差依然很大。目前，采用的方法為加大工作面軸向尺寸，在后續(xù)磨加工把多余尺寸磨掉，來(lái)彌補(bǔ)中心孔大小不一致帶來(lái)的錠距誤差。這種加工方法效率低，綜合成本高。

1，4—小凹下；2—工作面；3—凹下；5，7—中心孔；6—軸承擋肩面。圖1 細(xì)紗羅拉示意

2.2 重復(fù)對(duì)刀

細(xì)紗羅拉采用外圓磨各檔錠距尺寸時(shí)，受中心孔大小的影響，在加工錠距尺寸時(shí)，每節(jié)羅拉必須重新對(duì)刀才能磨削，加工難度大且效率低。

3 軸向定位頂尖的結(jié)構(gòu)和工作原理

為了解決目前軸類零件軸向加工尺寸不一致的問(wèn)題，在中心孔定位基準(zhǔn)不變的前提下，同時(shí)為了精密控制軸向長(zhǎng)度，增加端面剛性定位，重新設(shè)計(jì)軸向定位頂尖結(jié)構(gòu)專利號(hào)為ZL201420080465.8，以達(dá)到中心孔定位及長(zhǎng)向剛性定位的目的。

3.1 定位原理

通過(guò)定位套筒實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)向定位為基準(zhǔn)，徑向依然采用頂尖頂兩頭中心孔定位。頂尖由兩部分組成，一部分為內(nèi)置彈簧的活絡(luò)頂尖，另一部分為用于剛性定位的套筒。旋轉(zhuǎn)采用一對(duì)角接觸球軸承，可以承受徑向力及軸向力，故為一種軸向剛性定位活絡(luò)頂尖。在端面剛性定位時(shí)，可根據(jù)零件的長(zhǎng)度不同，選用不同的定位套筒，莫氏錐柄根據(jù)機(jī)床錐度確定。圖2為新設(shè)計(jì)的頂尖結(jié)構(gòu)。

1—羅拉或其他軸類零件；2—軸承擋肩面；3—定位套筒；4—頂尖；5—彈簧；6—軸承；7—莫氏錐柄。圖2 軸向剛性定位活絡(luò)頂尖結(jié)構(gòu)

內(nèi)置彈簧的活絡(luò)頂尖設(shè)計(jì)。尾端莫氏錐柄與軸承外殼為一體，可根據(jù)機(jī)床錐度確定選用，為了軸承加油及拆卸方便，設(shè)計(jì)加油孔和拆卸孔。旋轉(zhuǎn)采用一對(duì)角接觸球軸承，可以承受徑向力及軸向力。由于頂尖懸臂較長(zhǎng)，如果采用一個(gè)軸承，則軸承內(nèi)外圈傾斜，軸系旋轉(zhuǎn)精度低，在彎曲力矩的作用下，會(huì)使角接觸的球體產(chǎn)生很大的附加載荷，使軸承工作條件惡化，導(dǎo)致過(guò)早失效。為改變這種不良的工作狀況，采用兩個(gè)軸承支撐。由于一個(gè)軸承只承受一個(gè)方向的載荷，且采用串聯(lián)配置的安裝方式，提高了軸承的剛性和旋轉(zhuǎn)精度，延長(zhǎng)了軸承的使用壽命。頂尖設(shè)計(jì)與軸承套為緊間隙配合，要求安裝后頂尖伸縮靈活。

3.2 定位套筒

剛性定位套筒與軸承蓋連接，在端面剛性定位時(shí)，可根據(jù)零件的臺(tái)階長(zhǎng)度不同，選用不同長(zhǎng)度的定位套筒。安裝完加油后，要求套筒相對(duì)錐柄轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，并且測(cè)量懸臂外端跳動(dòng)量和套筒端面跳動(dòng)量滿足使用要求。

該頂尖應(yīng)用于羅拉搓齒工序，每節(jié)羅拉以軸承檔端面定位，提高了每節(jié)羅拉錠距一致性；也可應(yīng)用于外圓磨各檔凹下錠距尺寸，不需要每次對(duì)刀，效率大大提高，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

4 使用效果

該頂尖與原頂尖相比，能使軸類零件的軸向尺寸得到有效控制，簡(jiǎn)化工藝流程，提高加工效率，降低成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量。如加工羅拉產(chǎn)品，在搓齒工序采用該軸向定位頂尖，控制了羅拉的工作面錠距，使得搓絲板刀具寬度由50 mm減小為35 mm，與羅拉工作面寬度一致，減少了不必要的浪費(fèi)，大大降低搓齒板刀具的原材料成本。同時(shí)提高了后續(xù)成型磨削工序的磨削效率。

5 結(jié)語(yǔ)

軸向剛性定位活絡(luò)頂尖是一種軸向精確定位頂尖，用于軸類零件加工過(guò)程中軸向定位和軸向尺寸的控制。該頂尖具有活絡(luò)頂尖和剛性頂尖的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于批量生產(chǎn)工藝，簡(jiǎn)化工藝流程，方便生產(chǎn)加工，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，有很好的借鑒和推廣價(jià)值。

[1] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[2] 劉美玲，雷振德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

[3] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[4] 趙志修.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

[5] 顧熙棠，金瑞琪，劉謹(jǐn).金屬切削機(jī)床：上[M].上海：上?？萍汲霭嫔?，1993.