CN102248451B - 一种后角可调式圆弧刃金刚石车刀自动研磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种后角可调式圆弧刃金刚石车刀自动研磨装置，它包括基座，在基座台面上依次相对安装有驱动装置、研磨盘和照相装置，驱动装置包括安装在横向进给装置、与横向进给装置相连的纵向进给工作台，在纵向进给工作台上安装有纵向进给装置，摆动装置与纵向进给装置相连，后角可调夹具包括与摆动装置相连的悬臂部分，角度调节部分一侧的中心和所述的悬臂部分的前端中心通过轴相联并且能够绕轴旋转一定的旋转角度，旋转角度能够通过读数装置显示，其上开有凹槽的车刀夹持部分与角度调节部分的一侧相连，安装在刀柄上的金刚石车刀插入连接在所述的凹槽中。本发明实现了在圆弧刃金刚石车刀研磨时能够对车刀后角进行精确调整。

Description

一种后角可调式圆弧刃金刚石车刀自动研磨装置

技术领域

本发明涉及自动研磨装置，尤其涉及圆弧刃金刚石车刀自动研磨装置。

背景技术

近年来，随着超精密加工技术的发展，具有软脆性质的光学功能晶体材料非球面及自由曲面加工需求逐渐增加。软脆功能晶体材料具有优异的光、电等物理特性，在光学、能源等领域具有重要的应用前景，但其各向异性、软脆、易潮解等特点使其成为极难加工材料，而高精度、高表面完整性、高复杂形状的加工要求使现有的超精密加工技术面临新的挑战。目前，使用圆弧刃单晶金刚石车刀进行超精密车削的方法被认为是实现软脆材料复杂形状加工的最佳方法。和直线刃车刀相比，圆弧刃车刀切削过程中对刀容易，更易形成对切屑、切削力的稳定控制，提高复杂曲面的形状精度。因此圆弧刃金刚石车刀的市场需求不断加大。

加工过程中，切削刃的刃型精度表示车刀切削刃形状精度，其越小代表车刀切削刃的形状和所设计刃型的符合程度越好，在复杂曲面切削过程中，在曲率不断发生变化时对于切屑、切削力的控制就会越精确，形成的复杂曲面尤其是自由曲面的形状精度就会越好。而刀具后角一方面可以表示车刀切削刃形成的锋利程度，另一方面可以控制车刀对加工面型的干涉，避免损伤加工工件的表面。因此对于复杂曲面超精密加工及微纳特征结构的加工来说，车刀的刃型精度和后角直接影响着加工表面的质量和形状精度。

但是，目前在世界范围内单晶金刚石车刀的研磨大部分仍然是由熟练技工的手工操作来完成，受人为主观因素影响较大。加工过程中，切削刃的刃型精度和刀具后角的确认主要是靠投影仪和显微镜以及非接触形状测定装置等的离线测量来进行，由于人为主观因素以及反复装夹造成的误差等的影响，因此很难保证被加工的金刚石车刀有稳定的刃型精度和刀具角度，生产效率也很低。从而造成了目前的单晶金刚石车刀在精度和供货周期上都远远不能满足市场的需求，目前的单晶金刚石车刀的刃型研磨的精度和效率都很难满足市场的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可以实现圆弧刃金刚石车刀高效高精度的刃型制造的一种后角可调式圆弧刃金刚石车刀自动研磨装置。

本发明的一种后角可调式圆弧刃金刚石车刀自动研磨装置，它包括基座，在所述的基座台面上依次相对安装有驱动装置、研磨盘和照相装置，所述的驱动装置包括安装在所述的基座的台面上的横向进给装置、与所述的横向进给装置横向运动输出端垂直相连的纵向进给工作台，在所述的纵向进给工作台上安装有纵向进给装置，摆动装置与纵向进给装置的纵向运动输出端相连，它还包括后角可调夹具，所述的后角可调夹具包括与所述的摆动装置的摆动输出端固定相连的悬臂部分，角度调节部分一侧的中心和所述的悬臂部分的前端中心通过轴相联并且能够绕轴旋转一定的旋转角度，所述的旋转角度能够通过读数装置显示，所述的悬臂部分的前端开有至少两段圆弧槽，所述的角度调节部分与悬臂部分的前端能够通过穿过圆弧槽的紧固螺栓固定相连，其上开有凹槽的车刀夹持部分与角度调节部分的一侧相连，安装在刀柄上的金刚石车刀插入连接在所述的凹槽中，沿竖直方向设置的电机的输出轴与所述的研磨盘相连，所述的照相装置包括CCD相机，所述的CCD相机的镜头中心轴线能够通过调节装置的调节与摆动工作台的摆动中心、金刚石车刀前端切削刃圆弧中心位于同一水平线上，所述的CCD相机能够通过调节装置的调节与所述的金刚石车刀保持预定的距离，所述的CCD相机与计算机相连。

本发明有益技术效果在于：本发明排除了现有圆弧刃金刚石车刀制造过程中的人为因素影响，实现了在圆弧刃金刚石车刀研磨时能够对车刀后角进行精确调整，可根据不同需求制造出不同后角的圆弧刃金刚石车刀。同时结合刀刃型检测技术可以实现在机检测，一方面避免了原有圆弧刃金刚石车刀刃型检测需要多次离线测量造成多次装夹形成的二次装夹误差，另一方面可以将检测到的刃型信息反馈到控制单元，驱动横向进给工作台、纵向进给工作台、摆动工作台联动，带动金刚石车刀进行有针对性研磨。这样不仅可以提高金刚石车刀的刃型制造精度，也可以提高高精度金刚石车刀的制造效率，间接降低生产成本。

本发明方法解决现有金刚石车刀制造中存在的后角无法精确调整、研磨过程中需要多次离线测量造成二次装夹误差致使金刚石车刀的加工精度和加工效率低下等问题。

附图说明

图1是本发明的一种后角可调式圆弧刃金刚石车刀自动研磨装置的结构示意图；

图2是图1所示的后角可调式夹具部分背面结构示意图；

图3是图1所示的后角可调式夹具部分正面结构示意图；

图4是图1所示的研磨盘结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作以详细描述。

本发明是依据金刚石车刀形状创成机理以及金刚石的材料特性而发明的一种新型金刚石车刀制造装置。所示该装置由基座1、横向进给装置包括横向进给工作台3和驱动电机2、纵向进给进给装置包括纵向进给工作台7和驱动电机6、摆动装置包括摆动工作台8和与所述的摆动工作台8相连的驱动电机5、后角可调夹具10、研磨盘(或者端面砂轮)11、CCD(电荷耦合元件)相机13以及计算机等组成。所述的横向进给装置和纵向结构装置可以采用丝杠螺母滑台等结构也可以采用气缸推杆滑台结构。

如图1所示本发明的一种后角可调式圆弧刃金刚石车刀自动研磨装置，它包括基座，在所述的基座台面上相对依次安装有驱动装置、研磨盘和照相装置，所述的驱动装置包括安装在所述的基座的台面上的横向进给装置、与所述的横向进给装置横向运动输出端垂直相连的纵向进给工作台7，在所述的纵向进给工作台上安装有纵向进给装置，摆动装置与纵向进给装置的纵向运动输出端相连。使用时横向进给工作台3被固定在基座台面上，由电机2驱动可实现横向的进给；立柱4被安装在横向工作台3上，可以随着横向工作台实现前后运动。纵向进给工作台7通过螺栓被固定在立柱4上，可以和立柱一起随着横向进给工作台做横向进给运动，同时通过电机6的驱动也可以实现纵向进给运动。摆动工作台8通过螺栓被安装在纵向给工作台上，通过电机5驱动进行摆动的同时，可以随纵向进给工作台7作纵向移动，同时也可以随着横向进给工作台3作横向移动。后角可调夹具9安装在摆动装置的运动输出端即摆动工作台8上，可以随着摆动工作台8一起做横向、纵向进给以及围绕旋转台中心的摆动运动。如图2和图3所示，所述的后角可调夹具9包括与所述的摆动装置的摆动输出端固定相连的悬臂部分18，角度调节部分23一侧的中心和所述的悬臂部分18的前端中心通过轴22相联并且能够绕轴22旋转一定的旋转角度，所述的旋转角度能够通过读数装置显示，所述的悬臂部分18的前端开有至少两段圆弧槽31，所述的角度调节部分23与悬臂部分18的前端能够通过穿过圆弧槽31的紧固螺栓21固定相连，其上开有凹槽的车刀夹持部分25与角度调节部分23的一侧相连，安装在刀柄上的金刚石车刀10插入连接在所述的凹槽中。所述的读数装置可以包括安装在悬臂部分一侧的指针19和设置在角度调整部分上的角度刻度盘20，所述的指针19与所述的角度刻度盘20相对设置。在本部分结构中所述的悬臂部分18通过螺纹孔29安装在摆动工作台8上，保证后角可调式夹具9可以和摆动工作台8一起旋转，同时悬臂18前端设计有两段(多段也可)的圆弧槽31。所述的角度调节部分23的中心和悬臂18前端中心通过轴22相联，可绕轴22旋转一定的角度，旋转的角度可通过安装在悬臂另一侧的指针19及角度调整部分另一侧的角度刻度盘20读出。完成一定角度调整后通过穿过圆弧槽31的紧固螺栓21可将角度调节部分和悬臂固定为一体。所述的车刀夹持部分25可以和角度调节部分23设计为一体。采用凹槽结构，凹槽上端和两侧分别开有螺纹孔24和螺纹孔26，金刚石车刀10安装在刀柄上插入到凹槽中，通过穿过螺纹孔24的螺栓调整车刀位置使车刀切削刃圆弧中心和旋转台中心一致后，旋紧两侧穿过螺纹孔26的螺钉将金刚石车刀10固定。研磨所用的研磨盘11通过安装螺栓12安装在基座台面上，并且通过螺纹孔12和电机轴直接连接，由电机带动进行旋转。

如图4所示的研磨盘11分为三个圆环区域I、II、III，沿竖直方向设置的电机的输出轴与所述的研磨盘相连。研磨时可在I、II、III区域上涂敷粒度由大至小的金刚石研磨膏，分别实现按照I、II、III区域的顺序实现金刚石车刀粗加工、半精加工、精加工的研磨需求。另也可用端面金刚石砂轮替换研磨盘11。利用磨削方法对金刚石车刀后刀面及刃型进行修整。可提高加工效率。

所述的照相装置包括CCD相机13，所述的CCD相机镜头中心轴线能够通过调节装置调节与摆动工作台8的摆动中心、金刚石车刀10前端切削刃圆弧中心位于同一水平线上，所述的CCD相机能够通过调节装置调节与所述的金刚石车刀10保持预定的距离，所述的CCD相机与计算机相连。所述的调节装置可以包括与基座相连的高度调整机构17和与所述的高度调整机构相连的前后调整工作台14，所述的CCD相机与滑轨15相连，所述的滑轨与所述的调整工作台能够滑动相连，通过前后调整工作台14实现和车刀10间距离的调整。调整工作台14可以在高度调整机构17上下滑动，调整到合适高度后通过紧固螺钉16固定。

优选的光源27安装在光源夹具28内，所述的光源夹具通过螺栓30安装在位于金刚石车刀10背面的悬臂部分上，保证CCD相机13摄入图像比较清晰。

本装置在实际使用时，具体按照以下步骤进行：

(1)将不同粒度的金刚石研磨膏均匀涂敷在研磨盘11表面的三个区域上，粒度由粗到细的顺序是区域I＞区域II＞区域III，并放置1个小时以上。

(2)将车刀安装在本发明装置的车刀夹持机构25的凹槽内，调整CCD相机13的高度，使CCD相机13、摆动工作台8的摆动中心、车刀10前端切削刃圆弧中心位于同一水平线上。

(3)调整工作台14控制CCD相机和车刀10间的距离，保证通过CCD相机能够拍摄清晰的车刀10的切削刃图像，并通过图像处理模块获取切削刃的轮廓度误差；

(4)调整后角可调式夹具9的角度调整调节机构23使车刀和研磨盘11平面形成车刀的后角角度θ，角度数值可由角度指针19在角度刻度盘20上的指示读出。驱动横向进给工作台3带动车刀10进入研磨盘11的区域I上方；

(5)根据前述图像测量所得到的车刀切削刃轮廓度误差结果，驱动摆动工作台8带动车刀10摆动到切削刃上最高的凸起处后停止；

(6)驱动纵向进给工作台7带动摆动工作台8及车刀10进给，使车刀10和金刚石车刀和研磨盘11接触；

(7)按照先后顺序，驱动电机带动研磨盘11旋转，驱动摆动工作台8带动车刀10进行摆动，驱动横向进给工作台3带动摆动工作台8及车刀10进行横向进给，横向移动区域控制在区域I内；

(8)研磨10分钟后(此时间可根据实际加工情况进行具体设定)后，将车刀返回到步骤(2)的状态进行图像测量，获得车刀切削刃的轮廓度误差。

(9)反复进行步骤(4)～(8)；直到达到事先设定的车刀粗加工轮廓度误差，完成金刚石车刀的粗加工；

(10)按照以上相同步骤分别在研磨盘11的区域II和区域III完成金刚石车刀的半精加工和精加工；

(11)精加工步骤完成后，按照纵向给工作台7、摆动工作台8、横向进给工作台的顺序分别返回到初始位置并停止。

(12)调整后角可调式夹具9的角度调整调节机构23，使车刀返回到初始安装位置；松开车刀夹持机构的紧固螺栓；取下车刀，高精度圆弧刃金刚石车刀完成。

Claims (5)

1.一种后角可调式圆弧刃金刚石车刀自动研磨装置，它包括基座，在所述的基座台面上依次相对安装有驱动装置、研磨盘和照相装置，所述的驱动装置包括安装在所述的基座的台面上的横向进给装置、与所述的横向进给装置横向运动输出端垂直相连的纵向进给工作台，在所述的纵向进给工作台上安装有纵向进给装置，摆动装置与纵向进给装置的纵向运动输出端相连，其特征在于：它还包括后角可调夹具，所述的后角可调夹具包括与所述的摆动装置的摆动输出端固定相连的悬臂部分，角度调节部分一侧的中心和所述的悬臂部分的前端中心通过轴相联并且能够绕轴旋转一定的旋转角度，所述的旋转角度能够通过读数装置显示，所述的悬臂部分的前端开有至少两段圆弧槽，所述的角度调节部分与悬臂部分的前端能够通过穿过圆弧槽的紧固螺栓固定相连，其上开有凹槽的车刀夹持部分与角度调节部分的一侧相连，安装在刀柄上的金刚石车刀插入连接在所述的凹槽中，沿竖直方向设置的电机的输出轴与所述的研磨盘相连，所述的照相装置包括CCD相机，所述的CCD相机的镜头中心轴线能够通过调节装置的调节与摆动工作台的摆动中心、金刚石车刀前端切削刃圆弧中心位于同一水平线上，所述的CCD相机能够通过调节装置的调节与所述的金刚石车刀保持预定的距离，所述的CCD相机与计算机相连。

2.根据权利要求1所述的一种后角可调式圆弧刃金刚石车刀自动研磨装置，其特征在于：光源安装在光源夹具内，所述的光源夹具安装在位于金刚石车刀背面的悬臂部分上。

3.根据权利要求1所述的一种后角可调式圆弧刃金刚石车刀自动研磨装置，其特征在于：所述的读数装置包括安装在悬臂部分一侧的指针和设置在角度调整部分上的角度刻度盘，所述的指针与所述的角度刻度盘相对设置。

4.根据权利要求1所述的一种后角可调式圆弧刃金刚石车刀自动研磨装置，其特征在于：所述的调节装置包括与基座相连的高度调整机构和与所述的高度调整机构相连的前后调整工作台，所述的CCD相机与滑轨相连，所述的滑轨与所述的调整工作台能够滑动相连。

5.根据权利要求1所述的一种后角可调式圆弧刃金刚石车刀自动研磨装置，其特征在于：所述的研磨盘设置有三个圆环区域，研磨时在三个圆环区域从外圈至内圈分别涂敷有粒度由大至小的金刚石研磨膏。

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