使用旋轉(zhuǎn)切削工具在旋轉(zhuǎn)工件上形成表面凹坑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及使用旋轉(zhuǎn)切削工具在旋轉(zhuǎn)工件上形成表面凹坑。具體地，本發(fā)明公開了一種對工件機(jī)械加工并將表面紋理應(yīng)用于工件的組合方法，以及能夠?qū)ぜC(jī)械加工并將表面紋理應(yīng)用于工件的工具組件。所公開的方法包括對工件的部分外表面或內(nèi)表面機(jī)械加工。所述方法還包括使工件在旋轉(zhuǎn)切削工具的前面旋轉(zhuǎn)并使工件的外表面與旋轉(zhuǎn)切削工具接合，以在工件的外表面切削出凹坑。所公開的工具組件包括聯(lián)接于諸如車床等旋轉(zhuǎn)機(jī)械加工裝置的端部的旋轉(zhuǎn)切削工具。同一工具組件可以既用來對工件機(jī)械加工，又可以在不從工具組件卸載工件的情況下將表面紋理應(yīng)用于工件。
【專利說明】使用旋轉(zhuǎn)切削工具在旋轉(zhuǎn)エ件上形成表面凹坑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及エ件，其具有用于存留潤滑劑的結(jié)構(gòu)化表面。更具體地說，本發(fā)明涉及用于在機(jī)械加工過的エ件上形成表面凹坑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于諸如軸和孔等具有圓形橫截面的機(jī)械エ件來說，形成表面紋理是很重要的，因為有紋理的表面可形成多個用于存留潤滑劑的小存儲池。表面紋理一般包括以預(yù)定方式或者隨機(jī)方式隔開的凹坑或者凹痕。目前，對于諸如金屬軸和孔等硬エ件來說，形成表面紋理是通過機(jī)械加工或者激光燒蝕來實現(xiàn)的。這兩種方法都需要在多個機(jī)器上進(jìn)行多種操作，用時多而且費用高。
[0003]機(jī)械加工需要從基材上去除材料，以留下期望的幾何形狀。一個通過微機(jī)械加工形成表面紋理的例子是同微定位系統(tǒng)一起使用的回轉(zhuǎn)操作。這種方法能夠得到精確形狀和公差，但是花費時間長而且開銷大。微機(jī)械加工還可能導(dǎo)致エ件中不期望的殘余應(yīng)力。
[0004]激光燒蝕、激光微銑以及其他激光紋理形成技術(shù)已經(jīng)變得很流行，因為這些技術(shù)能夠在具有極度可變的幾何形狀的硬化金屬表面上形成亞微米尺寸的特征。最近，這些方法被用在了多種汽車エ件、機(jī)械密封件和軸承上。然而，激光紋理形成不能對最終的凹坑幾何形狀進(jìn)行精確控制。而且，如果希望快的過程，那么表面光潔度一般會很差；激光紋理形成也用時多而且費用高，因為它必須是在エ件被機(jī)械加工完之后進(jìn)行，由此需要在另外的機(jī)器上進(jìn)行另外的エ藝。
[0005]需要的是ー種比現(xiàn)有可用エ藝更有效地將紋理表面應(yīng)用于エ件的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一方面，本發(fā)明公開了ー種對エ件機(jī)械加工并將凹坑應(yīng)用于エ件的方法。所公開的方法可包括對エ件的部分外表面進(jìn)行機(jī)械加工。所述方法可進(jìn)ー步包括沿著旋轉(zhuǎn)切削エ具放置所述エ件并使所述エ件沿著第一方向旋轉(zhuǎn)，所述切削工具能夠沿著所述エ件軸向運動。所述工具也可以隨著刀架的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)，或者經(jīng)過有效的工具架(live tool holder)而被旋轉(zhuǎn)。所述方法可進(jìn)ー步包括用所述旋轉(zhuǎn)切削裝置接合所述エ件的外表面或者內(nèi)表面，并沿著所述エ件軸向運動所述旋轉(zhuǎn)切削裝置。所述旋轉(zhuǎn)切削裝置可以沿著與所述第一方向相同或者不同的第二方向旋轉(zhuǎn)。所述方法可進(jìn)ー步包括用所述旋轉(zhuǎn)切削裝置在所述エ件的外表面或者內(nèi)表面上切削出凹坑。
[0007]另ー方面,本發(fā)明公開了ー種用于對エ件機(jī)械加工并在エ件的外表面上切削出凹坑的工具組件。所述工具組件可包括車床，所述車床包括設(shè)置在其端部的卡盤。所述卡盤可具有用于當(dāng)所述エ件被旋轉(zhuǎn)和機(jī)械加工時夾持所述エ件的夾持位置。所述卡盤也可具有開ロ位置，所述開ロ位置允許所述エ件被機(jī)械加工后所述エ件的至少一部分沿著軸向通過所述卡盤并越過所述車床的刀架。所述卡盤也可以運動回到夾持位置，以當(dāng)所述エ件旋轉(zhuǎn)時支撐越過所述車床的所述端部的所述エ件。所述工具組件也可以包括聯(lián)接到所述車床的所述端部的旋轉(zhuǎn)切削工具。所述旋轉(zhuǎn)切削工具可包括用于接合所述エ件外表面的鑲嵌件，所述旋轉(zhuǎn)切削工具能夠沿著所述エ件軸向運動。
[0008]另ー方面，本發(fā)明公開了另一種對エ件機(jī)械加工并將凹坑應(yīng)用于エ件的方法。這種公開的方法可包括將所述エ件夾持在車床上，并在所述車床上對所述エ件機(jī)械加工。所述方法可進(jìn)ー步包括松開機(jī)械加工過的エ件，并沿軸向運動所述機(jī)械加工過的エ件，至少部分越過所述車床的所述端部并朝向可聯(lián)接到所述車床的所述端部的旋轉(zhuǎn)切削工具。所述方法可進(jìn)ー步包括將所述エ件夾持在所述車床的所述端部并使所述エ件以第一旋轉(zhuǎn)速度沿著第一方向旋轉(zhuǎn)，使得所述機(jī)械加工過的エ件被所述旋轉(zhuǎn)切削工具接合。所述旋轉(zhuǎn)切削工具可以以第二旋轉(zhuǎn)速度沿著與所述第一方向相反的第二方向旋轉(zhuǎn)?？梢赃x擇的是，所述旋轉(zhuǎn)切削工具和所述エ件可以沿著相同方向旋轉(zhuǎn)。進(jìn)ー步，所述方法可包括沿著所述エ件軸向運動所述旋轉(zhuǎn)切削工具，同時在所述エ件的外表面上切削出凹坑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明用于機(jī)械加工并將凹坑應(yīng)用于エ件外表面的切削工具和車床的端視圖。
[0010]圖2示意性地表示當(dāng)鑲嵌件接合エ件的外表面時鑲嵌件接合到旋轉(zhuǎn)切削工具由此在エ件外表面上形成凹坑。
[0011]圖3是旋轉(zhuǎn)エ件和接合エ件外表面以在其上面產(chǎn)生凹坑的旋轉(zhuǎn)切削工具的示意性的端視圖。
[0012]圖4示意性地表示切削工具進(jìn)入エ件外表面以在其上面生成凹坑的路徑。
[0013]圖5是流程圖，表示根據(jù)本發(fā)明的對エ件機(jī)械加工并將凹坑應(yīng)用于機(jī)械加工過的エ件外表面的方法。
【具體實施方式】
[0014]參見圖1，本發(fā)明涉及一種在エ件機(jī)械加工過之后將凹坑應(yīng)用于該エ件外表面的方法。機(jī)械加工エ藝可以在旋轉(zhuǎn)型機(jī)器上進(jìn)行，例如圖1所示的車床10。本領(lǐng)域技術(shù)人員會熟悉一般意義上的車床和能夠使用車床機(jī)械加工的エ件或零件類型。然而，本發(fā)明并不限于包括使用車床的機(jī)械加工エ藝。圖1所示的車床10包括設(shè)置在車床10的一個端部12處的卡盤11。當(dāng)エ件在機(jī)械加工エ藝的過程中繞著其軸線14旋轉(zhuǎn)時，卡盤11將エ件13夾持在其適當(dāng)?shù)妮S向位置。然而，當(dāng)在エ件13的外表面15上形成凹坑或凹痕時，卡盤11也可用來將エ件13夾持在旋轉(zhuǎn)切削工具16的前面。
[0015]為了在不從車床10取下或者松開エ件13的情況下將凹坑或凹痕應(yīng)用于エ件13的外表面15，旋轉(zhuǎn)切削工具16被聯(lián)接到車床10的端部12。旋轉(zhuǎn)切削工具16包括經(jīng)軸18安裝到車床10的端部12的本體17。旋轉(zhuǎn)切削工具16可包括切削鑲嵌件21，如下面聯(lián)接圖2到4進(jìn)行的描述，切削鑲嵌件21接合エ件13的外表面15。旋轉(zhuǎn)切削工具16可沿著軸18軸向運動。
[0016]參見圖2，エ件13的外表面15被示出與切削工具鑲嵌件21接合。切削工具鑲嵌件21可包括設(shè)置在兩個切削刃23、24之間的突出部22。刃23、24和突出部22限定了突出角25。突出角25可以有很大的變化，不過，對于大多數(shù)應(yīng)用來說，突出角25可以從大約5°變化到大約175°。例如，對于機(jī)械加工后總體長度為大約500mm、直徑大約為IOOmm的エ件或零件13，以及對于長度、寬度或直徑小于1mm、深度小于Imm的凹坑29，突出角25或者切削刃之間的角的范圍可以是從大約85°到大約95°。在下面提供的一個非限制性例子中，突出角為大約88°，但還是如下面所示，這個值取決于各種參數(shù)。圖2中還表示出エ件13和旋轉(zhuǎn)切削工具16或旋轉(zhuǎn)切削工具16的鑲嵌件21如箭頭26、27指示的那樣反向旋轉(zhuǎn)。
[0017]圖3也表示出這種反向旋轉(zhuǎn)。具體地說，エ件13可以如箭頭26指示的那樣沿著順時針方向旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)切削工具16可以如箭頭27指示的那樣沿著逆時針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，這些旋轉(zhuǎn)方向可以反過來，エ件13沿著逆時針方向旋轉(zhuǎn)，而切削工具16沿著順時針方向旋轉(zhuǎn)。エ件13和旋轉(zhuǎn)切削工具16也可以沿著相同方向旋轉(zhuǎn)。切削工具鑲嵌件21被示出不僅接合エ件13的外表面28，而且切進(jìn)エ件13的外表面28內(nèi)以形成凹坑29，如圖2和4所示。為了控制凹坑29的直徑或長度32 (圖4)和寬度33 (圖2)、凹坑29的深度34、沿著工件13的外表面28的凹坑29的周向間距35和凹坑29的軸向間距36，可以使用算法或軟件，算法或軟件可以存儲在控制器31的存儲器30中。如圖1示意性表示的那樣，控制器31可以既連接到旋轉(zhuǎn)切削工具16，也連接到車床10?？梢韵氲?，可以需要僅僅ー個控制器31同時用于車床10和旋轉(zhuǎn)切削工具16。
[0018]參見圖2到4，輸入?yún)?shù)可包括凹坑29的期望長度32和寬度33，或者凹坑29的直徑，如果凹坑29大體上為圓形的話。期望深度34(圖4)、期望周向間距35(圖2)和期望軸向間距36(圖2)也可以被輸入到控制器31。
[0019]進(jìn)一歩，為了產(chǎn)生合適的操作參數(shù)，軟件或控制器31可能需要エ件13的長度(未示出)和エ件13的直徑41 (圖3)。最后，其他的可能輸入是旋轉(zhuǎn)切削工具16的軸向進(jìn)給速率。具體地說，エ件13會在車床10中被機(jī)械加工并經(jīng)車床10的端部12伸出，由此暴露出需要形成凹坑的エ件13的外表面28。旋轉(zhuǎn)切削工具16可以被設(shè)計為能夠沿著工件13的暴露出的外表面28軸向運動。車床10和旋轉(zhuǎn)切削工具16共同工作，當(dāng)旋轉(zhuǎn)切削工具16相對于エ件13軸向運動時使エ件13和切削工具鑲嵌件21相互反向旋轉(zhuǎn)。切削工具鑲嵌件21沿エ件13的外表面28軸向行進(jìn)的速度在下文中被稱作軸向進(jìn)給速率，期望的軸向進(jìn)給速率也可以作為輸入?yún)?shù)輸入給控制器31。
[0020]控制器31的軟件或算法還可以產(chǎn)生輸出參數(shù)。例如，該軟件或算法可確定切削エ具16的合適旋轉(zhuǎn)速度、エ件13的旋轉(zhuǎn)速度和切削工具16相對于エ件13的合適位置，使得切ロ或凹坑29的深度34是精確的。該軟件或算法還可以計算合適的突出角25并因此確定對于特定的エ件13應(yīng)該使用何種切削工具鑲嵌件21。其他可能的輸出變量是切削刃長度，切削刃長度是圖2中所示的切削工具鑲嵌件21的刃23、24的長度和。
[0021]下面提供了一個非限制性例子，其目的是說明可能的輸入?yún)?shù)和由軟件產(chǎn)生的可能的輸出參數(shù)。
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種對エ件機(jī)械加工并將凹坑應(yīng)用于エ件的方法，所述方法包括: 使機(jī)械加工過的エ件向著旋轉(zhuǎn)切削裝置運動并使所述エ件沿著第一方向旋轉(zhuǎn)，使得所述機(jī)械加工過的エ件沿著所述旋轉(zhuǎn)切削裝置運動并被所述旋轉(zhuǎn)切削裝置接合，所述旋轉(zhuǎn)切削裝置沿著第二方向旋轉(zhuǎn)；以及 用所述旋轉(zhuǎn)切削裝置在所述機(jī)械加工過的エ件的外表面上切削出凹坑。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)ー步包括在使所述エ件向著所述旋轉(zhuǎn)切削裝置運動之前對所述エ件機(jī)械加工。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，對所述エ件機(jī)械加工發(fā)生于第一機(jī)器，所述旋轉(zhuǎn)切削裝置聯(lián)接于所述第一機(jī)器。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述第一機(jī)器是車床。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述エ件的旋轉(zhuǎn)按照第一旋轉(zhuǎn)速度，所述切削工具按照第二旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，所述第一旋轉(zhuǎn)速度小于所述第二旋轉(zhuǎn)速度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述エ件圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)，所述切削工具圍繞第二軸線旋轉(zhuǎn)，所述第二軸線至少大體上平行于所述第一軸線。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一方向和所述第二方向至少大體上相反。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一方向和所述第二方向至少大體上相同。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述旋轉(zhuǎn)切削工具包括接合所述エ件的鑲嵌件，所述鑲嵌件包括設(shè)置于兩個切削刃之間的突出部，所述兩個切削刃按照相互間形成的突出角設(shè)置，所述突出角的范圍從大約5°到大約175°。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述突出角的范圍從大約85°到大約90°。
11.ー種工具組件，用于對エ件機(jī)械加工并在エ件的外表面切削出凹坑，所述工具組件包括: 車床，所述車床包括設(shè)置在其端部的卡盤，所述卡盤具有用于當(dāng)所述エ件被旋轉(zhuǎn)和機(jī)械加工時夾持所述エ件的夾持位置，所述卡盤具有開ロ位置，所述開ロ位置允許所述エ件的至少一部分在所述エ件被機(jī)械加工后通過所述卡盤并越過所述車床的所述端部，所述卡盤能夠運動回到夾持位置，以當(dāng)所述エ件旋轉(zhuǎn)時支撐所述機(jī)械加工過的エ件的越過所述車床的所述端部的部分； 旋轉(zhuǎn)切削工具，所述旋轉(zhuǎn)切削工具以能夠滑動的方式聯(lián)接到所述車床的所述端部，所述旋轉(zhuǎn)切削工具包括用于接合所述機(jī)械加工過的エ件的外表面的鑲嵌件。
12.如權(quán)利要求11所述的工具組件，其中，所述車床按照第一旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)所述エ件，并按照第二旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)切削工具，所述第一旋轉(zhuǎn)速度小于所述第二旋轉(zhuǎn)速度。
13.如權(quán)利要求11所述的工具組件，其中，所述エ件圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)，所述切削工具圍繞第二軸線旋轉(zhuǎn)，所述第二軸線至少大體上平行于所述第一軸線。
14.如權(quán)利要求11所述的工具組件，其中，所述車床沿著第一方向旋轉(zhuǎn)所述エ件，沿著第二方向旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)切削工具，所述第二方向與所述第二方向至少大體上相反，或者與所述第一方向至少大體上相同。
15.如權(quán)利要求11所述的工具組件，其中，所述旋轉(zhuǎn)切削工具包括接合所述エ件的鑲嵌件，所述鑲嵌件包括設(shè)置于兩個切削刃之間的突出部，所述兩個切削刃按照相互間形成的突出角設(shè)置，所述突出角的范圍從大約5°到大約175°。
16.如權(quán)利要求15所述的工具組件，其中，所述突出角的范圍從大約85°到大約95°。
17.—種對エ件機(jī)械加工并將凹坑應(yīng)用于エ件的方法，所述方法包括: 將所述エ件夾持于車床； 在所述車床上對所述エ件機(jī)械加工； 將所述エ件夾持在所述車床的端部并按照第一旋轉(zhuǎn)速度沿著第一方向旋轉(zhuǎn)所述エ件，使得所述機(jī)械加工過的エ件被旋轉(zhuǎn)切削裝置接合，所述旋轉(zhuǎn)切削裝置按照第二旋轉(zhuǎn)速度沿著第二方向旋轉(zhuǎn)；和 用所述旋轉(zhuǎn)切削裝置在所述エ件的外表面上切削出凹坑。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)ー步包括: 通過控制所述第一旋轉(zhuǎn)速度和所述第二旋轉(zhuǎn)速度，控制所述凹坑之間的周向間距。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述旋轉(zhuǎn)切削工具能夠按照軸向進(jìn)給速率沿著所述エ件軸向運動，所述方法進(jìn)ー步包括: 通過控制所述軸向進(jìn)給速率，控制所述凹坑之間的軸向間距。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述旋轉(zhuǎn)切削工具包括接合所述エ件的鑲嵌件，所述鑲嵌件包括設(shè)置于兩個切削刃之間的突出部，所述兩個切削刃按照相互間形成的突出角設(shè)置，所述突出角的范圍從大約85°到大約95°。
【文檔編號】B23B1/00GK103521781SQ201310182414
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年5月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月6日
【發(fā)明者】R·A·比哈普卡, E·R·拉森 申請人:卡特彼勒公司