專利名稱：一種用于盤銑刀刀片刃磨的數(shù)控工具磨床的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于機械加工設備領域，特別涉及一種用于盤銑刀刀片刃磨的數(shù)控工具磨床。
背景技術(shù)：
成形盤銑刀用于齒輪、螺桿等螺旋面成形銑削加工，由刀體、刀片和鎖緊螺釘?shù)冉M成，是一種常見的刀具。盤形銑刀常用的刀具材料有整體高速鋼及硬質(zhì)合金鑲片兩種，硬質(zhì)合金鑲片又可分為不重磨硬質(zhì)合金刀片和可重磨硬質(zhì)合金刀片。由于高速鋼刀具切削線速度低(40m/min左右)，導致加工效率和刀具耐用度都很低，目前一般不用于齒輪、螺桿等強力銑削的批量場合。不重磨硬質(zhì)合金刀片表面涂有一層極薄的碳化鈦或氮化鈦，可以降低刀體與工件切削表面之間的摩擦力，提高刀具的切削線速度(齒輪銑刀可達150m/min)、抗粘接性、耐磨性，全面提高刀具的耐用度，是目前使用最為廣泛的一類刀具；但刀具表面涂層磨損后，重新涂鍍很難恢復到新涂層的性能，往往只能整體報廢。因此不重磨刀片適用于大量生產(chǎn)，刀具規(guī)格相對定型的場合，而對于刀具刃口形狀經(jīng)常需要變化的加工對象，因不重磨硬質(zhì)合金刀片在涂鍍以后無法由用戶按自己需要的形狀自行磨削修整而無法使用。無涂層硬質(zhì)合金刀具雖然在刀具耐用度、抗材料親和力等方面低于涂層刀具，但其基體的硬度、紅硬性、耐磨性等性能遠高于高速鋼；另一方面，由于可重磨硬質(zhì)合金刀具沒有涂層的制約，可以按照用戶需要的形狀進行磨削修整，使用比較靈活。因此，在大規(guī)格、小批量齒輪、螺桿等成形銑削時，利用可重磨硬質(zhì)合金刀具可滿足刀具型線經(jīng)常變化的需要，是一種很好的銑削方案。成形盤銑刀的刀刃型線一般是利用無瞬心包絡法根據(jù)工件端面截形逆向包絡形成的，是非常復雜的離散曲線。對于此類離散曲線組成的復雜刀刃形狀，普通工具磨床難以加工，需要用多軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床配以專業(yè)軟件方可進行磨削，此類高精度工具磨床的機床成很高。用數(shù)控工具磨床加工盤形銑刀還存在一個問題，盤形銑刀是由多個獨立的刀片利用楔塊分別安裝在刀盤缺口中的，利用通用數(shù)控工具磨床難以對整個刀盤的所有刀片一次磨削完成，而是將每個刀片從刀盤上拆下后分別磨削，再裝配到刀盤上，從而造成了刀刃二次裝配誤差，影響了刀盤的整體精度。

發(fā)明內(nèi)容
為解決普通工具磨床無法磨削成形盤銑刀，而通用數(shù)控工具磨床存在成本高、刀片二次裝配誤差等技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于盤銑刀刀片刃磨的數(shù)控工具磨床。該工具磨床不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、磨削效率高、制造成本很低等特點，而且能將裝配好的盤銑刀片一次磨削成形，無刀盤二次裝夾誤差?？芍啬コ尚伪P銑刀的刀片安裝在盤形刀體上，刀片重磨包括對刀片刃形的修磨和 刀片后刀面對修磨。為簡化機床運動關(guān)系，重磨刀片通常采用零前角，因此對刃形的修磨可簡化為二維曲線的磨削；為防止后刀面在切削過程中造成干涉，后角根據(jù)被切削材料、加工工序等因素進行合理的選取。本發(fā)明針對成形盤銑刀磨削的特點，采用以下的技術(shù)方案一種用于盤銑刀刀片刃磨的數(shù)控工具磨床，包括包括床身16、立柱7、橫向工作臺、縱向工作臺、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺12、垂直進給拖板8、磨削電主軸9，橫向工作臺和縱向工作臺組成十字滑臺結(jié)構(gòu)裝配在床身16上，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺12傾斜裝配在橫向工作臺上，待磨削的盤形銑刀安裝在與數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺12固連的定位芯軸上；立柱7置于床身16的后側(cè)，立柱7正面導軌裝配有垂直進給拖板8以及和垂直進給拖板8固連的磨削電主軸9，磨削電主軸9水平位置安裝。 所述盤形銑刀由盤形刀體I、刀片定位螺釘2、硬質(zhì)合金刀片3、鎖緊楔塊4、鎖緊螺釘5組成，硬質(zhì)合金刀片3裝在盤形刀體I的刀槽內(nèi)，并通過刀片定位螺釘2確定刀片在刀體上的安裝位置；鎖緊楔塊4將硬質(zhì)合金刀片3壓在刀槽內(nèi)，通過鎖緊螺釘5鎖緊楔塊，使得刀片固定在刀槽中。所述立柱7正面設有Z軸進給系統(tǒng)6，Z軸進給系統(tǒng)6包括Z軸直線導軌，垂直進給拖板8固定在Z軸進給系統(tǒng)6的Z軸直線導軌上，垂直進給拖板8內(nèi)部的絲杠螺母座與Z軸進給系統(tǒng)6相連，由Z軸進給系統(tǒng)6的Z軸伺服電機驅(qū)動精密滾珠絲杠螺母副旋轉(zhuǎn)，推動垂直進給拖板8作Z軸方向直線移動。在垂直進給拖板8上裝配有磨削電主軸9，磨削電主軸9的軸線與X軸同向，利用電主軸前端的砂輪夾盤將砂輪10固定在磨削電主軸9上，實現(xiàn)砂輪旋轉(zhuǎn)的主運動。所述機床床身16通過機床墊鐵和地腳螺釘將地基固定，機床床身16上設有X軸進給系統(tǒng)17，X軸進給系統(tǒng)17包括X軸方向直線導軌，在X軸直線導軌上固定有工作臺進給滑座15，工作臺進給滑座15下部的絲杠螺母座與X軸進給系統(tǒng)17相連，由X軸伺服電機驅(qū)動精密滾珠絲杠螺母副旋轉(zhuǎn)，推動工作臺進給滑座15作X軸方向直線移動。所述工作臺進給滑座15上設有Y軸進給系統(tǒng)14，Y軸進給系統(tǒng)14包括Y軸方向直線導軌，工作臺13固定在Y軸直線導軌上，工作臺13下部的絲杠螺母座與Y軸進給系統(tǒng)14相連，由Y軸伺服電機驅(qū)動精密滾珠絲杠螺母副旋轉(zhuǎn)，推動工作臺作Y軸方向直線移動。工作臺上有均布的T形槽，利用T形螺釘將數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺12固定在工作臺13上，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傾斜布置以滿足砂輪和工件的接觸角度需要，并實現(xiàn)磨削盤形銑刀不同刀片的分度需要。數(shù)控轉(zhuǎn)臺中間設有一定位銷，利用該定位銷和盤形銑刀11上端面鍵槽實現(xiàn)刀盤的定位，確定待磨刀片和砂輪之間的空間幾何關(guān)系。進一步的方案是采用三個數(shù)控直線軸按兩兩正交的形式布置，組成笛卡爾坐標系，即X\Y\Z軸，實現(xiàn)刀具按固定法矢接近逼近直角坐標系內(nèi)的任一點。三個直線軸均采用永磁交流伺服電機+精密滾珠絲杠+直線導軌的配置方式，以實現(xiàn)各軸的數(shù)字控制并提高各軸的定位精度和重復定位精度。盤銑刀有多個周向均布的刀片，用傾斜安裝在橫向工作臺上數(shù)控轉(zhuǎn)臺，實現(xiàn)盤銑刀磨削完成一個刀片后的分度動作；數(shù)控轉(zhuǎn)臺上由設有徑向定位銷和周向擋塊，實現(xiàn)刀盤在機床直角坐標系內(nèi)的定位，便于確定盤銑刀各個待磨刀刃與砂輪在機床坐標系中的關(guān)系O床身后側(cè)的立柱正面設有直線導軌，垂直拖板支撐在該直線導軌上，通過永磁交流伺服電機+精密滾珠絲杠實現(xiàn)高精度直線伺服驅(qū)動，滿足磨削過程中砂輪在垂直方向的運動。磨削電主軸通過螺釘安裝在垂直拖板上，電主軸軸線與垂直拖板垂直，與縱向工作臺運動方向平行。電主軸端部通過砂輪夾盤裝配有剛玉砂輪，用于磨削盤銑刀刀片。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果有本發(fā)明采用多軸數(shù)控聯(lián)動機床，機床運動精度高，可實現(xiàn)復雜曲面的磨削，滿足盤形銑刀刃形的磨削，解決大型、小批量齒輪、螺桿、蝸桿等成形中的刀具問題；本發(fā)明配合型線計算軟件，實現(xiàn)不同端面截形的螺旋面無瞬心包絡銑削，特別方便地滿足變位齒輪、修形齒輪、異形螺桿等復雜螺旋面的成形銑削；本發(fā)明利用數(shù)控轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)刀具的自動精準分度定位，盤形銑刀一次定位可以實現(xiàn)所有刃形的磨削，無須刀片的二次裝夾，提高了刀具的精度，滿足較高精度的螺旋面銑削； 本發(fā)明機床布局合理、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，相當于同類進口數(shù)控工具磨床價格的幾分之一，具有很好的經(jīng)濟性。


圖I是本發(fā)明用于螺旋面無瞬心包絡銑削的盤形銑刀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的機床結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是砂輪與盤形刀體相對位置示意圖。圖中1為盤形刀體；2為刀片定位螺釘；3為硬質(zhì)合金刀片；4為鎖緊楔塊；5為鎖緊螺釘；6為Z軸進給系統(tǒng)；7為立柱；8為垂直進給拖板；9為磨削電主軸；10為砂輪；11為盤形銑刀組件；12為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺；13為工作臺；14為Y軸進給系統(tǒng)；15為工作臺進給滑座；16為床身；17為X軸進給系統(tǒng)。
具體實施例方式為進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，按以下實施例并配合

如下一種用于盤銑刀刀片刃磨的數(shù)控工具磨床，包括包括床身16、立柱7、橫向工作臺、縱向工作臺、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺12、垂直進給拖板8、磨削電主軸9，橫向工作臺和縱向工作臺組成十字滑臺結(jié)構(gòu)裝配在床身16上，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺12傾斜裝配在橫向工作臺上，待磨削的盤形銑刀安裝在與數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺12固連的定位芯軸上；立柱7置于床身16的后側(cè)，立柱7正面導軌裝配有垂直進給拖板8以及和垂直進給拖板8固連的磨削電主軸9，磨削電主軸9水平位置安裝。便于砂輪與盤形銑刀之間保持適合磨削的角度。圖I中盤形銑刀由盤形刀體I、刀片定位螺釘2、硬質(zhì)合金刀片3、鎖緊楔塊4、鎖緊螺釘5組成，利用刀盤中間的孔與刀桿軸配合支撐刀具，端面鍵槽傳遞扭矩。實際使用時，將硬質(zhì)合金刀片3裝在盤形刀體I的刀槽內(nèi)，并通過刀片定位螺釘2確定刀片在刀體上的安裝位置；鎖緊楔塊4將硬質(zhì)合金刀片3壓在刀槽內(nèi)，通過鎖緊螺釘5鎖緊楔塊，使得刀片固定在刀槽中。立柱7正面設有Z軸進給系統(tǒng)6，Z軸進給系統(tǒng)6包括Z軸直線導軌，垂直進給拖板8固定在Z軸進給系統(tǒng)6的Z軸直線導軌上，垂直進給拖板8內(nèi)部的絲杠螺母座與Z軸進給系統(tǒng)6相連，由Z軸進給系統(tǒng)6的Z軸伺服電機驅(qū)動精密滾珠絲杠螺母副旋轉(zhuǎn)，推動垂直進給拖板8作Z軸方向直線移動。在垂直進給拖板8上裝配有磨削電主軸9，磨削電主軸9的軸線與X軸同向，利用電主軸前端的砂輪夾盤將砂輪10固定在磨削電主軸9上，實現(xiàn)砂輪旋轉(zhuǎn)的主運動。圖2中機床床身16通過機床墊鐵和地腳螺釘將地基固定，機床床身16上設有X軸進給系統(tǒng)17，X軸進給系統(tǒng)17包括X軸方向直線導軌，在X軸直線導軌上固定有工作臺進給滑座15，工作臺進給滑座15下部的絲杠螺母座與X軸進給系統(tǒng)17相連，由X軸伺服電機驅(qū)動精密滾珠絲杠螺母副旋轉(zhuǎn)，推動工作臺進給滑座15作X軸方向直線移動。工作臺進給滑座15上設有Y軸進給系統(tǒng)14，Y軸進給系統(tǒng)14包括Y軸方向直線導軌，工作臺13固定在Y軸直線導軌上，工作臺13下部的絲杠螺母座與Y軸進給系統(tǒng)14相連，由Y軸伺服電機驅(qū)動精密滾珠絲杠螺母副旋轉(zhuǎn)，推動工作臺作Y軸方向直線移動。工作臺上有均布的T形槽，利用T形螺釘將數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺12固定在工作臺13上，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傾斜布置以滿足砂輪和工件的接觸角度需要，并實現(xiàn)磨削盤形銑刀不同刀片的分度需要。數(shù)控轉(zhuǎn)臺中間設有一定位銷，利用該定位銷和盤形銑刀11上端面鍵槽 實現(xiàn)刀盤的定位，確定待磨刀片和砂輪之間的空間幾何關(guān)系。本發(fā)明的工作原理機床開機，X\Y\Z\C軸回參考點，建立機床坐標系。將待磨的硬質(zhì)合金刀片裝配到刀盤上，再利用刀盤的內(nèi)孔和端面鍵槽定位將刀盤整體安裝到數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺上，建立起盤形銑刀在機床坐標系中的幾何位置關(guān)系。松開電主軸9前端的砂輪夾盤，將CBN砂輪裝配在磨削電主軸上。將待磨削刀片的相關(guān)參數(shù)輸入到專用的軟件中，利用無瞬心逆向包絡算法計算刀具與工件螺旋面的瞬時接觸線，由瞬時接觸線可求得砂輪軸截形的二維離散坐標表達形式。利用專用的后置處理軟件將該離散坐標點轉(zhuǎn)換到機床坐標系中，并利用刀具半徑補償算法將機床坐標系中的離散點陣偏置成CBN砂輪的刀位控制點。再利用G代碼生成程序，將離散刀位點陣表示成機床數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的G代碼程序組，并輸入到機床數(shù)控系統(tǒng)中。利用機床的自動運行模式，啟動CBN砂輪旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)G代碼程序?qū)崿F(xiàn)X、Z兩軸聯(lián)動，利用G代碼中的離散點位控制CBN砂輪運動軌跡，包絡出刀刃的型線。每磨完一個刀片齒形后，轉(zhuǎn)臺自動分度至下一個刀片，再按上述程序完成下一個刀片的磨削。重復上述過程，直到磨完所有的刀片。盤形銑刀刀片的前角一般取零度，因此刃形修磨是二維平面內(nèi)的曲線；而刀片后角必須取正值，否則會發(fā)生切削干涉。刀片后角的大小往往依據(jù)被切削的材料，不同的加工工序等因素確定。為磨削出圖3所示的刀片后角，需要將砂輪回轉(zhuǎn)中心與刀具前刀面之間在Y軸方向偏移一段距離D，該偏移距離D的大小不同可實現(xiàn)不同后角a的磨削。本發(fā)明根據(jù)砂輪曲率關(guān)系推導出刀具后角與砂輪偏移距離之間的關(guān)系，利用機床Y軸的移動實現(xiàn)后角磨削。上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計構(gòu)思前提下，本領域中普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進，均應落入本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明請求保護的技術(shù)內(nèi)容已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種用于盤銑刀刀片刃磨的數(shù)控工具磨床，其特征是包括包括床身(16)、立柱(7)、橫向工作臺、縱向工作臺、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(12)、垂直進給拖板(8)、磨削電主軸(9)，橫向工作臺和縱向工作臺組成十字滑臺結(jié)構(gòu)裝配在床身(16)上，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(12)傾斜裝配在橫向工作臺上，待磨削的盤形銑刀安裝在與數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(12)固連的定位芯軸上；立柱(7)置于床身(16)的后側(cè)，立柱(7)正面導軌裝配有垂直進給拖板(8)以及和垂直進給拖板(8 )固連的磨削電主軸(9 )，磨削電主軸(9 )水平位置安裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于盤銑刀刀片刃磨的數(shù)控工具磨床，其特征在于所述盤形銑刀由盤形刀體(I)、刀片定位螺釘(2)、硬質(zhì)合金刀片(3)、鎖緊楔塊(4)、鎖緊螺釘(5)組成，硬質(zhì)合金刀片(3)裝在盤形刀體(I)的刀槽內(nèi)，并通過刀片定位螺釘(2)確定刀片在刀體上的安裝位置；鎖緊楔塊(4)將硬質(zhì)合金刀片(3)壓在刀槽內(nèi)，通過鎖緊螺釘(5)鎖緊楔塊，使得刀片固定在刀槽中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于盤銑刀刀片刃磨的數(shù)控工具磨床，其特征在于所述立柱(7)正面設有Z軸進給系統(tǒng)(6)，Z軸進給系統(tǒng)(6)包括Z軸直線導軌，垂直進給拖板(8)固定在Z軸進給系統(tǒng)(6)的Z軸直線導軌上，垂直進給拖板(8)內(nèi)部的絲杠螺母座與Z軸進給系統(tǒng)(6)相連，由Z軸進給系統(tǒng)(6)的Z軸伺服電機驅(qū)動精密滾珠絲杠螺母副旋轉(zhuǎn)，推動垂直進給拖板(8 )作Z軸方向直線移動。在垂直進給拖板(8 )上裝配有磨削電主軸(9 )，磨削電主軸(9)的軸線與X軸同向，利用電主軸前端的砂輪夾盤將砂輪(10)固定在磨削電主軸(9)上，實現(xiàn)砂輪旋轉(zhuǎn)的主運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于盤銑刀刀片刃磨的數(shù)控工具磨床，其特征在于所述機床床身(16)通過機床墊鐵和地腳螺釘將地基固定，機床床身(16)上設有X軸進給系統(tǒng)(17)，X軸進給系統(tǒng)(17)包括X軸方向直線導軌，在X軸直線導軌上固定有工作臺進給滑座(15)，工作臺進給滑座(15)下部的絲杠螺母座與X軸進給系統(tǒng)(17)相連，由X軸伺服電機驅(qū)動精密滾珠絲杠螺母副旋轉(zhuǎn)，推動工作臺進給滑座(15)作X軸方向直線移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于盤銑刀刀片刃磨的數(shù)控工具磨床，其特征在于所述工作臺進給滑座(15)上設有Y軸進給系統(tǒng)(14)，Y軸進給系統(tǒng)(14)包括Y軸方向直線導軌，工作臺(13)固定在Y軸直線導軌上，工作臺(13)下部的絲杠螺母座與Y軸進給系統(tǒng)(14)相連，由Y軸伺服電機驅(qū)動精密滾珠絲杠螺母副旋轉(zhuǎn)，推動工作臺作Y軸方向直線移動。
全文摘要
一種用于盤銑刀刀片刃磨的數(shù)控工具磨床，其特征是包括包括床身(16)、立柱(7)、橫向工作臺、縱向工作臺、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(12)、垂直進給拖板(8)、磨削電主軸(9)，橫向工作臺和縱向工作臺組成十字滑臺結(jié)構(gòu)裝配在床身(16)上，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(12)傾斜裝配在橫向工作臺上，待磨削的盤形銑刀安裝在與數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(12)固連的定位芯軸上。本發(fā)明采用多軸數(shù)控聯(lián)動機床，機床運動精度高，可實現(xiàn)復雜曲面的磨削，滿足盤形銑刀刃形的磨削，解決大型、小批量齒輪、螺桿、蝸桿等成形中的刀具問題。
文檔編號B23C5/08GK102717308SQ20121019474
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者于春建, 方成剛, 洪榮晶, 黃筱調(diào) 申請人:南京工大數(shù)控科技有限公司