CN116408469A - 一种轴类零件滚花刀具卡盘、滚花装置及加工方法 - Google Patents

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CN116408469A CN202310190254.3A CN202310190254A CN116408469A CN 116408469 A CN116408469 A CN 116408469A CN 202310190254 A CN202310190254 A CN 202310190254A CN 116408469 A CN116408469 A CN 116408469A
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Abstract

本发明公开了一种轴类零件滚花刀具卡盘、滚花装置及加工方法，其中，滚花装置包括：车床主体、主轴卡盘、滚花刀具卡盘、移动刀架、车床尾座、顶尖；其中，滚花刀具卡盘装于刀架上，待滚花的细长轴类零件穿过滚花刀具卡盘后由主轴卡盘夹紧，推动车床尾座，顶尖顶住零件尾端。本发明能够一次装夹完成细长轴类零件滚花加工，同时，针对较短零件，通过这种加工法及装置，可以做到以长棒料备料预先滚花加工处理后再切断，避免多次装夹调试浪费时间，增加了加工效率，提高质量稳定性。

Description

一种轴类零件滚花刀具卡盘、滚花装置及加工方法
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，尤其涉及一种轴类零件滚花刀具卡盘、滚花装置以及方法。
背景技术
机械加工领域为了满足外观因素和达到使用需求，经常需要在零件外圆面上滚花加工处理，尤其是遇到细长轴类零件，一般情况下，长度与直径比大于16的零件可称之为细长轴类零件。采用传统的普通外圆类滚花对细长轴类零件进行加工，无法达到图纸深度均匀一致要求，甚至是无法加工。并且，普通外圆类滚花，用滚花刀配合车床完成，每次装夹调整及对刀操作均需要浪费时间，效率低下；细长轴类零件，则因为滚花加工挤压力太大，轴类本身刚性不足导致弯曲让刀，致使最终滚花深度不均匀，甚至导致工件过分弯曲变形而报废。
发明内容
本发明的内容及解决的技术问题是：克服因为细长轴类零件弯曲而无法滚花加工，及传统方法加工效率低下问题，提供一种轴类零件滚花刀具卡盘、滚花装置以及方法，避免因为滚花加工挤压力太大，轴类本身刚性不足导致弯曲让刀，致使最终滚花深度不均匀，甚至导致工件过分弯曲变形而报废的情况。
本发明的技术方案是：一种轴类零件滚花刀具卡盘，该卡盘包括N个卡爪滚花刀具、固定支座、卡盘，N大于等于3；
固定支座包括车刀刀柄与安装盘，车刀刀柄的一端用于固定连接至车床的移动刀架，另一端与安装盘固定连接，安装盘和卡盘固定连接，安装盘和卡盘的中心均设有通孔，记为中心孔，安装盘和卡盘的中心孔同轴，卡盘上沿径向设有N个向心卡槽，卡槽均匀分布，N个卡爪滚花刀具嵌入安装在卡槽内，能够沿着卡盘的卡槽同时移动；滚花加工时，轴类零件依次穿过卡盘和安装盘的中心孔，N个卡爪滚花刀具共同作用在轴类零件外圆面，挤压轴类零件，对轴类零件进行滚花加工。
优选地，所述卡爪滚花刀具包括爪卡、滚花刀轮、固定销、卡簧；
爪卡，嵌入安装在卡槽内，底部与卡盘中的卡槽配合，能够沿着卡盘的卡槽移动；
爪卡的一端设有U型槽，U型槽的开口方向对准卡盘的中心，滚花刀轮通过固定销和卡簧安装在卡爪U型槽上，能够绕固定销旋转，固定销的中心轴线与卡盘中心孔轴线平行，使得滚花刀轮的旋转面与卡盘中心孔中的轴类零件中心轴线垂直，滚花加工时，滚花刀轮的滚花与轴类零件线接触，接触线与轴类零件中心轴线平行。
优选地，所述U型槽和固定销的尺寸与滚花刀轮的尺寸相匹配，固定销轴末端通过卡簧卡住固定。
优选地，所述卡盘由盘体、1个大锥齿轮和3个伞齿组成；
盘体，为圆环形凹槽结构，大锥齿轮的中心通孔套在盘体内环上，落入圆环形凹槽结构中，大锥齿轮与盘体内环固定连接，能够带动盘体内环旋转；大锥齿轮一面为伞齿轮，盘体的外环均匀分布M个齿轮孔，每个齿轮孔用于对应安装一个伞齿，伞齿与大锥齿轮伞齿轮配合，任一伞齿转动能够带动大锥齿轮转动；大锥齿轮另一面为螺旋齿轮，卡爪滚花刀具爪卡的底部沿着卡盘的径向依次设有与螺旋齿轮配合的齿轮段，大锥齿轮的旋转，能够带动卡爪滚花刀具同时趋近或离散，M大于等于1。
优选地，所述车刀刀柄与安装盘焊接而成。
优选地，所述安装盘中心孔大于或等于卡盘中心孔。
本发明的另一个技术方案是：一种轴类零件滚花装置，该装置包括车床、移动刀架和滚花刀具卡盘；
滚花刀具卡盘通过车刀刀柄固定连接至车床的移动刀架，滚花刀具卡盘上安装盘和卡盘的中心孔，与车床的主轴卡盘的中心轴线重合；滚花加工时，轴类零件一端固定在车床的主轴卡盘输出端，另一端先后穿过卡盘和安装盘的中心孔，滚花刀具卡盘上N个卡爪滚花刀具共同作用在轴类零件外圆面，挤压轴类零件，对轴类零件进行滚花加工。
本发明的又一个技术方案是：一种轴类零件滚花加工方法，该方法包括如下步骤：
将滚花刀具卡盘装夹于移动刀架上，使得滚花刀具卡盘的中心与车床的主轴卡盘的中心轴线重合；
将轴类零件的一端夹持于车床的主轴卡盘上，张开滚花刀具卡盘上的卡爪滚花刀具，调整滚花刀架的位置，滚花刀具卡盘穿过轴类零件，推过车床的尾座，使得车床的尾座顶尖顶住轴类零件的尾端中心位置；
调整滚花刀具卡盘的位置：轴类零件装夹完成后，启动车床主轴，让主轴卡盘运转起来，将滚花刀架移动到靠近主轴卡盘，用卡盘扳手调节滚花刀具卡盘的卡爪滚花刀具，直至卡爪滚花刀具的滚花刀轮挤压轴类零件，并在轴类零件表面形成要求的花纹；
调节好滚花刀具的位置后，开启车床的自动走刀模式，使得加工过的外圆面形成要求的花纹，未加工的外圆面为光面；
当滚花刀具卡盘自动走到尾部预设位置时，关闭车床自动走刀模式，张开滚花刀具卡盘的卡爪，滚花刀轮与轴类零件脱离接触后，停止主轴卡盘运转，松开车床的尾座顶尖，回退尾座，拆下已加工完成的轴类零件。
优选地，滚花加工方向为从主轴端到尾座端。
本发明还提供了一种轴类零件滚花加工方法，所述方法应用于长度小于滚花刀具卡盘与主轴卡盘之间最小间距的短轴类零件，具体步骤为：
S1、按照上述方法对长轴类零件棒料进行滚花加工处理；
S2、将滚花加工后的长棒料截断，得到所述短轴类零件。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)、本发明通过滚花刀具卡盘支撑待滚花轴类零件毛料，使得零件装夹可靠不弯曲，解决因为滚花加工挤压力太大，轴类本身刚性不足导致弯曲让刀，致使最终滚花深度不均匀，甚至导致工件过分弯曲变形而报废的问题。
(2)、本发明可以一次完成轴类零件装夹和滚花，避免多次装夹调试浪费时间，大大提高了加工效率和加工质量。
(3)、本发明的加工方法，当对于较短的零件，可以做到以长棒料备料预先滚花加工处理，这种加工法及装置，能够一次完成装夹滚花后再切断，避免多次装夹调试浪费时间，大大提高了加工效率和加工质量。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1(a)是本发明实施例的滚花刀具卡盘剖视图；
图1(b)是本发明实施例的滚花刀具卡盘正视图；
图1(c)是本发明实施例的滚花刀具卡盘侧视图；
图2(a)是本发明实施例的卡爪滚花刀具剖视图；
图2(b)是本发明实施例的卡爪滚花刀具俯视图；
图2(c)是本发明实施例的卡爪滚花刀具侧视图；
图3(a)是本发明实施例的三爪卡盘与三个卡爪滚花刀具装配示意图；
图3(b)是本发明实施例的三爪卡盘与三个卡爪滚花刀具装配结构***图；
图4是本发明实施例轴类零件滚花装置整体结构示意图；
图5是本发明实施例轴类零件滚花加工运行示意图；
图6是本发明实施例的的加工局部细节示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1(a)～图1(c)所示，本发明提供的一种轴类零件滚花刀具卡盘包括N个卡爪滚花刀具41、固定支座42、卡盘43和卡盘扳手44，N大于等于3；
固定支座42包括车刀刀柄421与安装盘422，车刀刀柄421的一端用于固定连接至车床的移动刀架5，另一端与安装盘422固定连接，安装盘422和卡盘43固定连接，安装盘422和卡盘43的中心均设有通孔，记为中心孔，安装盘422和卡盘43的中心孔同轴，卡盘43上沿径向设有N个向心卡槽，卡槽均匀分布，N个卡爪滚花刀具41嵌入安装在卡槽内，能够沿着卡盘43的卡槽同时移动；滚花加工时，轴类零件依次穿过卡盘43和安装盘422的中心孔，N个卡爪滚花刀具41共同作用在轴类零件外圆面，挤压轴类零件，对轴类零件进行滚花加工。所述固定支座42与卡盘43用螺纹连接。本实施例中，N为3。卡盘43为三爪卡盘，卡盘43上沿径向设有三个向心卡槽，卡槽按照120°分布。
如图2(a)～图2(c)所示，所述卡爪滚花刀具41包括爪卡、滚花刀轮411、固定销412、卡簧413；
爪卡，嵌入安装在卡槽内，底部与卡盘43中的卡槽配合，能够沿着卡盘43的卡槽移动；
爪卡的一端设有U型槽，U型槽的开口方向对准卡盘43的中心，滚花刀轮411通过固定销412和卡簧413安装在卡爪41U型槽上，能够绕固定销412旋转，固定销412的中心轴线与卡盘43中心孔轴线平行，使得滚花刀轮411的旋转面与卡盘43中心孔中的轴类零件中心轴线垂直，滚花加工时，滚花刀轮411的滚花与轴类零件线接触，接触线与轴类零件中心轴线平行。所述滚花刀具41上的滚花刀轮411的形状尺寸需要与待加工轴类零件滚花图纸要求一致；滚花刀轮的为标准件，U型槽和固定销412的尺寸与滚花刀轮的尺寸相匹配，固定销轴末端的卡簧卡住固定。
如图3(a)和图3(b)所示，所述卡盘43由盘体431、端盖、1个大锥齿轮432和M个伞齿433组成，M大于等于1；
盘体431，为圆环形凹槽结构，大锥齿轮432的中心通孔套在盘体431内环上，落入圆环形凹槽结构中，盖上端盖，大锥齿轮432与盘体431内环固定连接，能够带动盘体431内环旋转；大锥齿轮432一面为伞齿轮，盘体431的外环均匀分布M个齿轮孔，每个齿轮孔用于对应安装一个伞齿433，伞齿433与大锥齿轮432伞齿轮配合，任一伞齿433转动能够带动大锥齿轮432转动；大锥齿轮432另一面为螺旋齿轮，卡爪滚花刀具41爪卡的底部沿着卡盘43的径向依次设有与螺旋齿轮配合的齿轮段，大锥齿轮432的旋转，能够带动卡爪滚花刀具41同时趋近或离散。本发明的某一具体实施例中，M为3。
伞齿433的顶端设有方孔，卡盘扳手44与伞齿433通过方孔配合，将伞齿433***盘体431的任一齿轮孔中，将卡盘扳手44***伞齿433的方孔中，转动卡盘扳手44的柄，伞齿433带动大锥齿轮432转动，通过大锥齿轮432另一面的螺纹转动，带动卡爪滚花刀具41同时趋近或离散，起到自定心作用。
为了固定支座42结构更牢靠，所述车刀刀柄421与安装盘422焊接而成。
为了保证轴类零件3可以顺利的穿过滚花刀具卡盘4，所述安装盘422中心孔大于等于卡盘43中心孔。
上述滚花刀具卡盘4主要由市面上的卡盘改造而成，根据市面上卡盘43尺寸进行相应的调整。
如图4所示，基于上述轴类零件滚花刀具卡盘，本发明还提供了一种轴类零件滚花装置，该装置包括车床、移动刀架5和上述滚花刀具卡盘4；
滚花刀具卡盘4通过车刀刀柄421固定连接至车床的移动刀架5，滚花刀具卡盘4上安装盘422和卡盘43的中心孔，与车床1的主轴卡盘2的中心轴线重合；滚花加工时，轴类零件一端固定在车床1的主轴卡盘2输出端，另一端先后穿过卡盘43和安装盘422的中心孔，滚花刀具卡盘4上N个卡爪滚花刀具41共同作用在轴类零件外圆面，挤压轴类零件，对轴类零件进行滚花加工。
如图5和图6所示，本发明还提供了一种轴类零件滚花方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、将滚花刀具卡盘4装夹于移动刀架5上，使得滚花刀具卡盘4的中心与车床1的主轴卡盘2的中心轴线重合；
步骤二、将轴类零件3的一端夹持于车床1的主轴卡盘2上，张开滚花刀具卡盘4上的N个卡爪滚花刀具41，调整滚花刀架5的位置，让滚花刀具卡盘4穿过轴类零件3，推过车床的尾座6，使得车床的尾座6顶尖7顶住轴类零件3的尾端中心位置；
步骤三、调整滚花刀具卡盘4的位置：轴类零件3装夹完成后，启动车床主轴，让主轴卡盘2运转起来，将滚花刀架5移动到靠近主轴卡盘2的安全位置，用卡盘扳手44调节滚花刀具卡盘4的N个卡爪滚花刀具41，直至N个卡爪滚花刀具41的滚花刀轮411挤压轴类零件3，并在轴类零件3表面形成图纸要求的花纹31；安全位置为与主轴卡盘的距离1-2mm的位置。
步骤四、调节好滚花刀具的位置后，开启车床的自动走刀模式，使得加工过的外圆面形成图纸要求的花纹31，未加工的外圆面为光面32；滚花加工方向为从主轴端到尾座端。
步骤五、当滚花刀具卡盘4自动走到尾部预设位置时，关闭车床自动走刀模式，张开滚花刀具卡盘4的卡爪41，让滚花刀轮411与轴类零件31脱离接触后，停止主轴卡盘2运转，松开车床的尾座6顶尖7，回退尾座6，拆下已加工完成的轴类零件31。优选地，尾部预设位置一般为距离离轴类零件3尾部端面5-10毫米处。
生产中遇到较短的零件，尤其是长度小于滚花刀具卡盘与主轴卡盘之间最小间距的短轴类零件，先按长轴类备料，次序再截断处理。因此，对于短轴类零件的滚花方法包括如下步骤：
S1、按照上述方法对长轴类零件棒料进行滚花加工处理；
S2、将滚花加工后的长棒料截断，得到长度满足要求的短轴类零件。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明通过滚花刀具卡盘支撑毛料，使得零件装夹可靠不弯曲；本发明通过使用此加工方法，解决了因为滚花加工挤压力太大，轴类本身刚性不足导致弯曲让刀，致使最终滚花深度不均匀，甚至导致工件过分弯曲变形而报废的问题；本发明通过使用此加工方法，解决细长轴类零件无法滚花的问题；本发明通过使用此加工方法，当对于短的零件，可以做到以长棒料备料预先滚花加工处理，这种加工方法及装置，能够一次完成装夹滚花后再切断，避免多次装夹调试浪费时间，大大提高了加工效率和加工质量。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种轴类零件滚花刀具卡盘，其特征在于包括N个卡爪滚花刀具(41)、固定支座(42)、卡盘(43)，N大于等于3；
固定支座(42)包括车刀刀柄(421)与安装盘(422)，车刀刀柄(421)的一端用于固定连接至车床的移动刀架(5)，另一端与安装盘(422)固定连接，安装盘(422)和卡盘(43)固定连接，安装盘(422)和卡盘(43)的中心均设有通孔，记为中心孔，安装盘(422)和卡盘(43)的中心孔同轴，卡盘(43)上沿径向设有N个向心卡槽，卡槽均匀分布，N个卡爪滚花刀具(41)嵌入安装在卡槽内，能够沿着卡盘(43)的卡槽同时移动；滚花加工时，轴类零件依次穿过卡盘(43)和安装盘(422)的中心孔，N个卡爪滚花刀具(41)共同作用在轴类零件外圆面，挤压轴类零件，对轴类零件进行滚花加工。
2.根据权利要求1所述的一种轴类零件滚花刀具卡盘，其特征在于所述卡爪滚花刀具(41)包括爪卡、滚花刀轮(411)、固定销(412)、卡簧(413)；
爪卡，嵌入安装在卡槽内，底部与卡盘(43)中的卡槽配合，能够沿着卡盘(43)的卡槽移动；
爪卡的一端设有U型槽，U型槽的开口方向对准卡盘(43)的中心，滚花刀轮(411)通过固定销(412)和卡簧(413)安装在卡爪(41)U型槽上，能够绕固定销(412)旋转，固定销(412)的中心轴线与卡盘(43)中心孔轴线平行，使得滚花刀轮(411)的旋转面与卡盘(43)中心孔中的轴类零件中心轴线垂直，滚花加工时，滚花刀轮(411)的滚花与轴类零件线接触，接触线与轴类零件中心轴线平行。
3.根据权利要求2所述的一种轴类零件滚花刀具卡盘，其特征在于U型槽和固定销(412)的尺寸与滚花刀轮(411)的尺寸相匹配，固定销末端通过卡簧卡住固定。
4.根据权利要求2所述的一种轴类零件滚花刀具卡盘，其特征在于所述卡盘(43)由盘体(431)、1个大锥齿轮(432)和3个伞齿(433)组成；
盘体(431)，为圆环形凹槽结构，大锥齿轮(432)的中心通孔套在盘体(431)内环上，落入圆环形凹槽结构中，大锥齿轮(432)与盘体(431)内环固定连接，能够带动盘体(431)内环旋转；大锥齿轮(432)一面为伞齿轮，盘体(431)的外环均匀分布M个齿轮孔，每个齿轮孔用于对应安装一个伞齿(433)，伞齿(433)与大锥齿轮(432)伞齿轮配合，任一伞齿(433)转动能够带动大锥齿轮(432)转动；大锥齿轮(432)另一面为螺旋齿轮，卡爪滚花刀具(41)爪卡的底部沿着卡盘(43)的径向依次设有与螺旋齿轮配合的齿轮段，大锥齿轮(432)的旋转，能够带动卡爪滚花刀具(41)同时趋近或离散，M大于等于1。
5.根据权利要求1所述的一种轴类零件滚花刀具卡盘，其特征在于所述车刀刀柄(421)与安装盘(422)焊接而成。
6.根据权利要求1所述的一种轴类零件滚花刀具卡盘，其特征在于所述安装盘(422)中心孔大于或等于卡盘(43)中心孔。
7.一种轴类零件滚花装置，其特征在于包括车床、移动刀架(5)、和权利要求1～6任一项所述的滚花刀具卡盘(4)；
滚花刀具卡盘(4)通过车刀刀柄(421)固定连接至车床的移动刀架(5)，滚花刀具卡盘(4)上安装盘(422)和卡盘(43)的中心轴线，与车床(1)的主轴卡盘(2)的中心轴线重合；滚花加工时，轴类零件一端固定在车床(1)的主轴卡盘(2)输出端，另一端先后穿过卡盘(43)和安装盘(422)的中心孔，滚花刀具卡盘(4)上N个卡爪滚花刀具(41)共同作用在轴类零件外圆面，挤压轴类零件，对轴类零件进行滚花加工。
8.采用权利要求7所述装置的一种轴类零件滚花加工方法，其特征在于包括如下步骤：
将滚花刀具卡盘(4)装夹于移动刀架(5)上，使得滚花刀具卡盘(4)的中心与车床(1)的主轴卡盘(2)的中心轴线重合；
将轴类零件(3)的一端夹持于车床(1)的主轴卡盘(2)上，张开滚花刀具卡盘(4)上的卡爪滚花刀具(41)，调整滚花刀架(5)的位置，让滚花刀具卡盘(4)穿过轴类零件(3)，推过车床的尾座(6)，使得车床的尾座(6)顶尖(7)顶住轴类零件(3)的尾端中心位置；
调整滚花刀具卡盘(4)的位置：轴类零件(3)装夹完成后，启动车床主轴，主轴卡盘(2)运转起来，将滚花刀架(5)移动到靠近主轴卡盘(2)，用卡盘扳手(44)调节滚花刀具卡盘(4)的N个卡爪滚花刀具(41)，直至卡爪滚花刀具(41)的滚花刀轮(411)挤压轴类零件(3)，并在轴类零件(3)表面形成要求的花纹(31)；
调节好滚花刀具的位置后，开启车床的自动走刀模式，使得加工过的外圆面形成要求的花纹(31)，未加工的外圆面为光面(32)；
当滚花刀具卡盘(4)自动走到尾部预设位置时，关闭车床自动走刀模式，张开滚花刀具卡盘(4)的卡爪(41)，滚花刀轮(411)与轴类零件(31)脱离接触后，停止主轴卡盘(2)运转，松开车床的尾座(6)顶尖(7)，回退尾座(6)，拆下已加工完成的轴类零件(31)。
9.根据权利要求8所述的一种轴类零件滚花加工方法，其特征在于滚花加工方向为从主轴端到尾座端。
10.根据权利要求8所述的一种轴类零件滚花加工方法，其特征在于,所述方法应用于长度小于滚花刀具卡盘(4)与主轴卡盘(2)之间最小间距的短轴类零件，具体步骤为：
按照权利要求8所述方法对长轴类零件棒料进行滚花加工处理；
将滚花加工后的长棒料截断，得到所述短轴类零件。
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