轴向定位顶尖的设计及其在轴类零件中的应用

2018-03-05卢晓伟吴新刚

纺织器材 2018年1期

卢晓伟，吴新刚

(山西经纬纺织机械专件有限公司，山西晋中 030601)

1 顶尖的分类及缺点

目前，在机械加工行业中，无论是外圆磨床、数控车床或以中心孔为基准加工的设备，使用的顶尖有两种：一种为活络顶尖，核心采用轴承作为旋转件，转动灵活，能与零件一块旋转，不破坏中心孔，缺点是径向定位误差受轴承误差影响；另一种为死顶尖，即刚性顶尖，旋转时顶尖与中心孔产生滑动摩擦，优点是无误差，径向定位精度高，缺点是易破坏中心孔[1-2]。这两种顶尖在加工轴类零件时，中心孔大小影响轴向尺寸，产生偏差。在批量生产中，很难控制轴向尺寸的一致性(除非中心孔尺寸非常一致)。要使中心孔尺寸一致，就必须依托高精度数控车床；但批与批或者是更换中心钻之后，中心孔尺寸又会有变化，因此控制中心孔尺寸的难度很大。在实际加工中，控制轴类零件的长度尺寸，一般工艺首先采用外圆磨两顶尖磨轴类零件的一个端面，靠出端面即可，然后采用端面磨床以磨出端面为基准，磨出另一端面来控制长度[3-4]。因此，这两种顶尖都无法有效控制轴类零件的轴向尺寸，并且加工效率低，不适应大批量生产，给工艺流程带来麻烦。

2 普通顶尖无法解决的工艺问题

2.1 锭距一致性差

细纱罗拉(见图1)6个工作面采用两顶尖顶紧进行加工，轴向定位方式采用中心孔定位，故中心孔大小直接影响罗拉工作面锭距的一致性，锭距控制不稳定，给后续磨加工的锭距控制带来很大难度[5]。我公司采用普通车床或普通数控车床加工中心孔，采用中心孔深度量规进行控制，但毕竟不及高精度数控车床，故而误差依然很大。目前，采用的方法为加大工作面轴向尺寸，在后续磨加工把多余尺寸磨掉，来弥补中心孔大小不一致带来的锭距误差。这种加工方法效率低，综合成本高。

1，4—小凹下；2—工作面；3—凹下；5，7—中心孔；6—轴承挡肩面。图1 细纱罗拉示意

2.2 重复对刀

细纱罗拉采用外圆磨各档锭距尺寸时，受中心孔大小的影响，在加工锭距尺寸时，每节罗拉必须重新对刀才能磨削，加工难度大且效率低。

3 轴向定位顶尖的结构和工作原理

为了解决目前轴类零件轴向加工尺寸不一致的问题，在中心孔定位基准不变的前提下，同时为了精密控制轴向长度，增加端面刚性定位，重新设计轴向定位顶尖结构专利号为ZL201420080465.8，以达到中心孔定位及长向刚性定位的目的。

3.1 定位原理

通过定位套筒实现长向定位为基准，径向依然采用顶尖顶两头中心孔定位。顶尖由两部分组成，一部分为内置弹簧的活络顶尖，另一部分为用于刚性定位的套筒。旋转采用一对角接触球轴承，可以承受径向力及轴向力，故为一种轴向刚性定位活络顶尖。在端面刚性定位时，可根据零件的长度不同，选用不同的定位套筒，莫氏锥柄根据机床锥度确定。图2为新设计的顶尖结构。

1—罗拉或其他轴类零件；2—轴承挡肩面；3—定位套筒；4—顶尖；5—弹簧；6—轴承；7—莫氏锥柄。图2 轴向刚性定位活络顶尖结构

内置弹簧的活络顶尖设计。尾端莫氏锥柄与轴承外壳为一体，可根据机床锥度确定选用，为了轴承加油及拆卸方便，设计加油孔和拆卸孔。旋转采用一对角接触球轴承，可以承受径向力及轴向力。由于顶尖悬臂较长，如果采用一个轴承，则轴承内外圈倾斜，轴系旋转精度低，在弯曲力矩的作用下，会使角接触的球体产生很大的附加载荷，使轴承工作条件恶化，导致过早失效。为改变这种不良的工作状况，采用两个轴承支撑。由于一个轴承只承受一个方向的载荷，且采用串联配置的安装方式，提高了轴承的刚性和旋转精度，延长了轴承的使用寿命。顶尖设计与轴承套为紧间隙配合，要求安装后顶尖伸缩灵活。

3.2 定位套筒

刚性定位套筒与轴承盖连接，在端面刚性定位时，可根据零件的台阶长度不同，选用不同长度的定位套筒。安装完加油后，要求套筒相对锥柄转动灵活，并且测量悬臂外端跳动量和套筒端面跳动量满足使用要求。

该顶尖应用于罗拉搓齿工序，每节罗拉以轴承档端面定位，提高了每节罗拉锭距一致性；也可应用于外圆磨各档凹下锭距尺寸，不需要每次对刀，效率大大提高，实现批量生产。

4 使用效果

该顶尖与原顶尖相比，能使轴类零件的轴向尺寸得到有效控制，简化工艺流程，提高加工效率，降低成本，提升产品质量。如加工罗拉产品，在搓齿工序采用该轴向定位顶尖，控制了罗拉的工作面锭距，使得搓丝板刀具宽度由50 mm减小为35 mm，与罗拉工作面宽度一致，减少了不必要的浪费，大大降低搓齿板刀具的原材料成本。同时提高了后续成型磨削工序的磨削效率。