CN106181605A - 一种圆齿刀数控研磨机及其磨削方法 - Google Patents

一种圆齿刀数控研磨机及其磨削方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种圆齿刀数控研磨机及其磨削方法，属于研磨机领域。该研磨机包括X轴部分、Y轴部分、Z轴部分和砂轮修整装置；X轴部分包括砂轮驱动装置，用于驱动砂轮在XZ平面内转动对刀片进行磨削加工，并可沿X轴方向移动以调整砂轮的X轴坐标；Y轴部分设置Z轴部分，Z轴部分包括工件驱动装置，用于装夹并驱动刀片转动，并可调整刀片Y轴和Z轴坐标；砂轮修整装置用于驱动修整轮在XY平面内转动。本发明方法先通过修整轮对砂轮的外周面进行修整，再调整圆齿刀竖直方向的高度，最后对圆齿刀刀刃进行磨削加工。本发明能实现圆齿刀刀刃的自动化磨削加工，一次夹装即可完成磨削操作，具有加工精度高、生产效率高、成品率高和成本低的优点。

Description

一种圆齿刀数控研磨机及其磨削方法
技术领域
本发明属于研磨机技术领域，更具体地说，涉及一种圆齿刀数控研磨机及其磨削方法。
背景技术
圆刀片是分切机设备的重要部件之一。一般是根据分切材料种类和厚度的不同来决定选择何种分切机刀片。通常分切机刀片的分切形式包括方刀分切和圆刀分切。方刀分切就是像剃刀一样，将刀片固定在分切机的刀架上，在材料运行过程中将刀落下，使刀将材料纵向切开，以达到分切目的。圆刀分切主要有上下圆盘刀剪切和圆刀挤压式分切两种方式。圆刀分切是分切厚膜、复合厚膜、纸张等材料的主要分切方式。分切材料膜材厚度在100μm以上建议选用圆刀分切。圆刀挤压式分切方式既可以分切比较薄的塑料薄膜，也可以分切比较厚的纸张、无纺布等，是一种比较方便的分切方式。
圆齿刀是圆刀片的一种，目前一般采用研磨机进行加工，现有技术中圆齿刀研磨机的样式较多，但是采用手动进刀、手动分度，操作要求较高，不易掌握，废品率较高，投资较高，精度差，直接降低刀片质量和生产效率，更重要的是目前的研磨机无法加工圆齿刀的刀刃。例如图1、图2和图3中所示的一种圆齿刀，它在齿侧需要加工刀刃面M，该刀刃面M是半径为R的圆弧面，且刀刃面M的切面与刀片表面成β夹角，该圆齿刀的刀刃形状非常复杂，目前还有可以加工此类圆齿刀的研磨机。
现有技术中已有加工圆齿刀的研磨机，如中国专利申请号为：201420441465.6，公开日为：2014年12月31日的专利文献，公开了一种圆齿刀数控研磨机，包括有机座，机座上设置有Y轴伺服滑台，Y轴伺服滑台的滑台上竖向安装有支撑板，支撑板正面竖向设置有一对线性滑轨，两线性滑轨上滑动安装有连接板，支撑板顶部还安装有Z轴伺服电机，Z轴伺服电机输出轴连接有滚珠螺杆，滚珠螺杆底端连接在连接板顶部，连接板正面转动安装有砂轮主轴、主轴电机，主轴电机输出轴与砂轮主轴后端传动连接，砂轮主轴前端固定有砂轮，机座上还设置有伺服电动转盘。该方案的研磨机只能对齿槽进行简单的磨削，无法磨削每个齿上的刀刃。
综上可知，目前还没有可以加工圆齿刀刀刃，尤其是复杂刀刃的磨削设备，严重制约分切行业的发展，如何打破圆齿刀刀刃磨削加工的瓶颈是人们一直致力于解决的问题。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有的圆齿刀刀刃难以加工的问题，本发明提供一种圆齿刀数控研磨机及其磨削方法，能够实现圆齿刀刀刃的自动化磨削加工，一次夹装即可完成磨削操作，具有加工精度高、生产效率高、成品率高和成本低的优点。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种圆齿刀数控研磨机，包括机座，设置在机座上的X轴部分和Y轴部分，以及砂轮修整装置；所述的X轴部分包括X轴滑台和设置于X轴滑台上的砂轮驱动装置，砂轮驱动装置用于驱动砂轮在XZ平面内转动对刀片进行磨削加工，并可沿X轴滑台在X轴方向移动以调整砂轮的X轴坐标；所述的Y轴部分上设置Z轴部分，Z轴部分包括Z轴滑台和设置在Z轴滑台上的工件驱动装置，工件驱动装置用于装夹并驱动刀片转动，Z轴滑台可沿Y轴方向移动以调整刀片的Y轴坐标，工件驱动装置可沿Z轴滑台在竖直方向移动以调整刀片的Z轴坐标；所述的砂轮修整装置设置在机座上，它包括修整电机和修整轮，修整电机通过修整主轴驱动修整轮在XY平面内转动。
进一步地，所述的Z轴滑台包括Z轴滑座，工件驱动装置包括工件电机座和安装在工件电机座上的工件电机；所述的工件电机座的背面设有旋转孔，Z轴滑座上设有与旋转孔相配合的柱台，工件电机座上以旋转孔为中心分布有圆弧形的调节孔，调节孔的曲率中心与旋转孔的圆心重合，工件电机座通过穿过调节孔的螺栓与Z轴滑座连接。
进一步地，所述的Z轴滑座上安装有角度调节块，角度调节块的两端各设有一个调节螺钉，调节螺钉的下端与工件电机座的上端面接触。
进一步地，所述的Z轴滑台还包括Z轴导轨座和Z轴电机；所述的Z轴导轨座上设置竖直的Z轴导轨，Z轴滑座滑动设置在Z轴导轨上；所述的Z轴电机安装在Z轴导轨座上并连接有Z轴丝杠，Z轴丝杠与Z轴滑座传动连接。
进一步地，所述的Z轴导轨座上安装Z轴链轮，Z轴链轮上设有Z轴链条；所述的Z轴链条的一端连接Z轴滑座，另一端连接有Z轴配重块。
进一步地，所述的Y轴部分包括设置在机座上的Y轴导轨座、Y轴滑座和Y轴电机，Y轴导轨座上安装Y轴导轨，Y轴滑座滑动设置在Y轴导轨上；所述的Y轴电机安装在Y轴导轨座的一端并连接有Y轴丝杠，Y轴丝杠与Y轴滑座传动连接；所述的Y轴导轨座和Y轴滑座之间设置Y轴弹簧，Y轴弹簧的一端与Y轴导轨座连接，另一端与Y轴滑座连接。
进一步地，所述的砂轮驱动装置包括设置在X轴滑台上的砂轮电机，砂轮电机驱动砂轮转动；所述的砂轮电机的上方设置有活动的砂轮罩。
一种圆齿刀数控研磨机的磨削方法，其操作步骤为：
①将待加工圆齿刀安装到工件驱动装置上，并根据圆齿刀选择砂轮和修整轮，砂轮安装到砂轮驱动装置上，修整轮安装到修整主轴上；
②砂轮驱动装置驱动砂轮转动，修整电机通过修整主轴驱动修整轮转动，砂轮驱动装置在X轴滑台上向修整轮靠近并使砂轮与修整轮接触，砂轮的圆周面被修整轮修整出圆弧形凹槽；
③通过控制Z轴坐标调节砂轮旋转轴线到圆齿刀表面的垂直高度满足磨削角度要求，并调节X主轴和Y轴的坐标，控制砂轮对圆齿刀一个齿的刀刃进行磨削加工；
④完成步骤③后砂轮退刀，工件驱动装置驱动圆齿刀转过一个齿形角，砂轮再次进刀磨削第二个齿的刀刃，如此反复，圆齿刀转过一周后，完成所有齿的刀刃磨削加工；
⑤停机，取下圆齿刀，完成圆齿刀刀刃的磨削加工。
进一步地，所述的步骤①中，圆齿刀安装到工件驱动装置上后保证圆齿刀转动时的径向圆跳动不大于0.05mm，砂轮旋转轴的高度位于修整轮厚度的1/2处。
进一步地，所述的步骤③中，砂轮旋转轴线到圆齿刀表面的垂直高度h满足：h＝R’cosθ，其中，R’为砂轮的旋转半径，θ为砂轮与刀刃面接触处的切面与水平面所成夹角；在砂轮磨削第一个刀刃前，对圆齿刀的位置进行调整，通过千分表对第一个齿的齿侧面打表找基准，保证齿侧面垂直X轴方向。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明圆齿刀数控研磨机，在现有研磨机的基础上增加工件驱动装置和砂轮修整装置，形成六轴组合运动，即X轴、Y轴和Z轴的移动，以及砂轮在XZ平面内的转动、工件的转动和修整轮在XY平面内的转动，完成对圆齿刀刀刃的磨削加工，一次夹装即可完成所有齿侧面上刀刃的加工，完全自动化磨削操作，磨削精度高，生产效率高，成品率可达100％，且降低生产成本，有效解决现有研磨机无法加工圆齿刀刀刃的问题；
(2)本发明圆齿刀数控研磨机，工件驱动装置的工件电机座通过旋转孔与Z轴滑座的柱台配合旋转，并通过穿过调节孔的螺栓与Z轴滑座固定连接，而且调节孔是圆弧孔，曲率中心与旋转孔的圆心重合，此种结构方式，松开螺栓，转动工件驱动装置从而调节圆齿刀的倾斜度，此时所加工的刀刃从圆齿刀的齿顶到齿根，每处的切面与圆齿刀表面的角度是逐渐变化的，比如逐渐增大，即刀刃厚度逐渐变厚，能够增大刀刃的强度，延长刀刃寿命，也方便后期刀刃磨损后修磨，由此可见，工件驱动装置与Z轴滑座的此种结构，可加工更为复杂的圆齿刀刀刃，大大拓展了研磨机的加工能力；
(3)本发明圆齿刀数控研磨机，在Z轴滑座上安装角度调节块，且角度调节块的两端各设有一个调节螺钉，调节螺钉的下端与工件电机座的上端面接触，通过两个调节螺钉下端的高度差，可以精确控制工件电机座旋转角度，简单易行，调节方便，有效保证圆齿刀的加工精度，而且此种方式，具有工件电机座的防松功能，降低因长时间使用使工件电机座与Z轴滑座连接螺栓松动的可能性，提高设备稳定性；
(4)本发明圆齿刀数控研磨机，Z轴滑台采用的是丝杠传动方式，由于机械间隙的存在，必然会导致Z轴坐标定位的精度降低，也会造成机械震动和噪音，因此，本设备中在Z轴导轨座上安装Z轴链轮，Z轴链轮上设有Z轴链条，Z轴链条的一端连接Z轴滑座，另一端连接有Z轴配重块，通过Z轴配重块的拉动作用来消除丝杠传动的机械间隙，解决上述问题，而且Z轴链条与Z轴链轮的配合，能够适应Z轴滑台在竖直方向的运动，另外，Z轴配重块还增加了Z轴滑台重量，使得其运动更加平稳；
(5)本发明圆齿刀数控研磨机，Y轴部分中Y轴导轨座和Y轴滑座之间设置Y轴弹簧，可消除Y轴丝杠传动的机械间隙，此处使用弹簧，从设备的布置形式考虑，不占空间，结构更加紧凑，而且基本没有增加额外的重量，设计巧妙；
(6)本发明圆齿刀数控研磨机，砂轮电机的上方砂轮罩的设置，阻挡加工过程中磨削碎削的飞溅，提高加工安全性；
(7)本发明圆齿刀数控研磨机的磨削方法，通过修整轮对砂轮的外周面进行修整，得到的弧形凹槽半径与修整轮转动半径相等，也就是圆齿刀刀刃加工后弧面半径，且调整圆齿刀距离砂轮竖直方向的高度，可控制刀刃的倾斜角度，六轴协调工作，完成圆齿刀刀刃的磨削加工，采用该方法加工的各齿上刀刃形状统一，刃面光洁，刃口锋利无崩口；
(8)本发明圆齿刀数控研磨机的磨削方法，保证圆齿刀转动时的径向圆跳动不大于0.05mm，确保加工各齿刀刃形状统一，砂轮旋转轴的高度位于修整轮厚度的1/2处，有利于砂轮快速磨削成形，且长时间使用确保修整轮磨损的均匀性，保证加工精度；
(9)本发明圆齿刀数控研磨机的磨削方法，在磨削第一个刀刃时需要对圆齿刀进行找基准调整，使得第一个齿的齿侧面垂直X轴方向，此位置能够方便用千分表进行测量找准，减少定位之间，也提高加工的精度。
附图说明
图1为一种圆齿刀的结构示意图；
图2为图1中A的局部放大示意图；
图3为图2中B-B的局部剖视图；
图4为本发明圆齿刀数控研磨机的外形结构示意图；
图5为本发明圆齿刀数控研磨机的主机部分的立体结构示意图；
图6为图5主机部分中X轴部分的立体结构示意图；
图7为图5主机部分中Y轴部分和Z轴部分的立体结构示意图；
图8为图7中工件电机座与Z轴滑座的连接结构示意图；
图9为修整轮修整砂轮时的状态示意图；
图10为砂轮磨削圆齿刀时的主视状态示意图；
图11为砂轮磨削圆齿刀时的俯视状态示意图。
图中的标号分别表示如下：
1、X轴部分；
110、X轴滑台；111、X轴导轨座；112、X轴导轨；113、X轴滑座；114、X轴电机；115、X轴丝杠；116、X轴轮轴；117、X轴链轮；118、X轴链条；119、X轴配重块；
120、砂轮驱动装置；121、砂轮电机；122、砂轮；123、砂轮罩；
2、Y轴部分；
201、Y轴导轨座；202、Y轴导轨；203、Y轴滑座；204、Y轴电机；205、Y轴丝杠；206、Y轴弹簧；
3、Z轴部分；
310、Z轴滑台；311、Z轴导轨座；312、Z轴导轨；313、Z轴滑座；314、Z轴电机；315、Z轴链轮；316、Z轴链条；317、Z轴配重块；
320、工件驱动装置；321、工件电机座；322、工件电机；323、角度调节块；324、旋转孔；325、调节孔；326、调节螺钉；
4、砂轮修整装置；
401、修整电机；402、修整主轴；403、修整轮。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例提供一种圆齿刀数控研磨机，其整体外形如图4所示，它包括主机和外壳，外壳上设置控制面板。如图5所示，主机包括机座，设置在机座上的X轴部分1、Y轴部分2和砂轮修整装置4；其中，所述的X轴部分1包括X轴滑台110和设置于X轴滑台110上的砂轮驱动装置120，砂轮驱动装置120用于驱动砂轮122在XZ平面内转动对刀片进行磨削加工，并可沿X轴滑台110在X轴方向移动以调整砂轮122的X轴坐标；所述的Y轴部分2上设置Z轴部分3，Z轴部分3包括Z轴滑台310和设置在Z轴滑台310上的工件驱动装置320，工件驱动装置320用于装夹并驱动刀片转动，Z轴滑台310可沿Y轴方向移动以调整刀片的Y轴坐标，工件驱动装置320可沿Z轴滑台310在竖直方向移动以调整刀片的Z轴坐标。下面将对它们的结构进行详细说明。
结合图6所示，X轴滑台110包括X轴导轨座111、X轴滑座113和X轴电机114，X轴导轨座111通过固定座安装在机座上，X轴导轨座111上设置X轴导轨112，X轴滑座113滑动设置在X轴导轨112上；X轴电机114安装在X轴导轨座111的一端，X轴电机114连接有X轴丝杠115，X轴丝杠115与X轴滑座113传动连接。由于X轴滑台110采用的是丝杠传动方式，必然存在机械间隙，会导致X轴坐标定位的精度降低，也会造成机械震动和噪音，因此，本实施例中，在X轴导轨座111上通过X轴轮轴116安装X轴链轮117，且X轴链轮117上设置X轴链条118，X轴链条118的一端与X轴滑座113连接，另一端连接有X轴配重块119，通过X轴配重块119的拉动作用来消除丝杠传动的机械间隙，从而解决上述问题，而且X轴链条118与X轴链轮117的配合，能够适应X轴滑座113在X轴方向的滑动；另外，X轴配重块119还增加了X轴滑台110的重量，可使得X轴滑座113滑动更加平稳。
所述的砂轮驱动装置120包括设置在X轴滑台110的X轴滑座113上的砂轮电机121，砂轮电机121安装砂轮122，并驱动砂轮122转动，砂轮122的旋转轴垂直于X轴方向；砂轮电机121的上方设置有活动的砂轮罩123，阻挡加工过程中磨削碎削的飞溅，提高加工安全性。
所述的砂轮修整装置4安装在机座上方的固定座上，且位于靠近砂轮122的一侧，砂轮修整装置4包括安装在固定座上的修整座，以及设置在修整座上的修整电机401和修整主轴402，修整主轴402上端安装修整轮403，修整电机401通过修整主轴402驱动修整轮403在XY平面内转动。并且砂轮122旋转轴的高度位于修整轮403厚度的1/2处，修整轮403的旋转轴位于砂轮122厚度的1/2处，这样，砂轮驱动装置120在X轴方向向修整轮403靠近即可直接进行快速修整成形，无需调整定位，且长时间使用确保修整轮磨损403的均匀性，保证加工精度。
结合图7所示，所述的Y轴部分2包括设置在机座上的Y轴导轨座201、Y轴滑座203和Y轴电机204，Y轴导轨座201上安装Y轴导轨202，Y轴滑座203滑动设置在Y轴导轨202上；Y轴电机204安装在Y轴导轨座201的一端并连接有Y轴丝杠205，Y轴丝杠205与Y轴滑座203传动连接。在本实施例中，为消除Y轴部分2丝杠传动带来的机械间隙，Y轴导轨座201和Y轴滑座203之间设置Y轴弹簧206，Y轴弹簧206的一端与Y轴导轨座201连接，另一端与Y轴滑座203连接，通过弹簧的弹性拉力消除该机械间隙，且从设备的布置形式考虑，不占空间，结构更加紧凑，而且基本没有增加额外的重量，设计巧妙。
所述的Z轴滑台310包括Z轴导轨座311、Z轴滑座313和Z轴电机314；其中，Z轴导轨座311安装在Y轴滑座203上，其前表面设置竖直的Z轴导轨312，Z轴滑座313滑动设置在Z轴导轨312上；Z轴电机314安装在Z轴导轨座311上并连接有Z轴丝杠，Z轴丝杠与Z轴滑座313传动连接。同样，为消除Z轴滑台310丝杠传动的机械间隙，在Z轴导轨座311上安装Z轴链轮315，Z轴链轮315上设有Z轴链条316，Z轴链条316的一端连接Z轴滑座313，另一端连接有Z轴配重块317。通过Z轴配重块317的拉动作用来消除丝杠传动的机械间隙，且能适应Z轴滑座313在竖直方向的运动，另外，Z轴配重块317还增加了Z轴滑台310重量，使得Z轴运动更加平稳。
所述的工件驱动装置320包括工件电机座321和安装在工件电机座321上的工件电机322，工件电机座321安装在Z轴滑座313上，工件电机322连接夹具，夹具用来夹装圆齿刀或其它工件。本实施例中，值得说明的是，如图8所示，工件电机座321的背面设有旋转孔324，Z轴滑座313上设有与旋转孔324相配合的柱台，柱台可以直接插入旋转孔324，也可以在旋转孔324内安装轴承，柱台再插入轴承孔中；工件电机座321上以旋转孔324为中心分布有4个圆弧形的调节孔325，调节孔325的曲率中心与旋转孔324的圆心重合，工件电机座321通过穿过调节孔325的螺栓与Z轴滑座313连接。此种结构方式，松开螺栓，转动工件驱动装置320从而调节圆齿刀的倾斜度，此时所加工的刀刃从圆齿刀的齿顶到齿根，每处的切面与圆齿刀表面所成夹角是逐渐变化的，比如逐渐增大，此时刀刃厚度逐渐变厚，能够增大刀刃的强度，延长刀刃寿命，也方便后期刀刃磨损后修磨，由此可见，可加工更为复杂的圆齿刀刀刃，大大拓展了研磨机的加工能力。此外，在Z轴滑座313上安装有角度调节块323，角度调节块323的两端各设有一个调节螺钉326，调节螺钉326的下端与工件电机座321的上端面接触。通过两个调节螺钉326下端的高度差，可以精确控制工件电机座321旋转角度，简单易行，调节方便，有效保证圆齿刀的加工精度，且此种方式，具有工件电机座的防松功能，降低因长时间使用使工件电机座321与Z轴滑座313连接螺栓松动的可能性，提高设备稳定性。
本实施例的圆齿刀数控研磨机，可以六轴联动，即X轴、Y轴和Z轴的移动，以及砂轮122在XZ平面内的转动、圆齿刀的转动和修整轮403在XY平面内的转动，完成对圆齿刀刀刃的磨削加工，一次夹装即可完成所有齿侧面上刀刃的加工，完全自动化磨削操作，磨削精度高，生产效率高，成品率可达100％，且降低生产成本，有效解决现有研磨机无法加工圆齿刀刀刃的问题。
实施例2
本实施例提供一种圆齿刀的磨削方法，采用实施例1的圆齿刀数控研磨机对圆齿刀刀刃进行磨削加工，所加工的圆齿刀如图1、图2和图3所示，需要加工齿侧的刀刃面M，该刀刃面M是半径为R的圆弧面，且刀刃面M的切面与刀片表面成β夹角，本实施例中，R＝37.5mm，β＝55°，且圆齿刀厚度为b＝2mm。具体操作步骤如下：
①首先将待加工圆齿刀安装到工件驱动装置320的夹具上固定，保证圆齿刀表面水平，通过工件电机322驱动圆齿刀转动，测量径向圆跳动，并保证径向圆跳动不大于0.02mm；然后选择砂轮122和修整轮403，满足修整轮403的半径为R＝37.5mm，砂轮122的旋转半径R’＝200mm，并将砂轮122安装到砂轮驱动装置120上，修整轮403安装到修整主轴402上。
本步骤中圆齿刀的夹具分为上模具和下模具，上模具和下模具为齿盘形结构，与圆齿刀的齿数相同，但是每个齿的齿形小于圆齿刀的齿形，给加工刀刃留出空间，圆齿刀夹装在上模具和下模具之间，并通过螺栓紧固。此种结构，圆齿刀的齿的位置能够被压紧，从而在磨削过程中齿面不会弯曲变形或卷边。
②砂轮驱动装置120驱动砂轮122转动，修整电机401通过修整主轴402驱动修整轮403转动，砂轮驱动装置120沿X轴向修整轮403靠近并使砂轮122与修整轮403接触，砂轮122的圆周面被修整轮403修整出圆弧形凹槽，修整时状态如图9所示，该圆弧凹槽的半径为R＝37.5mm。
③通过控制Z轴坐标调节砂轮122旋转轴线到圆齿刀表面的垂直高度h满足：h＝R’cosθ，其中，R’为砂轮122的旋转半径，θ为砂轮122与刀刃面接触处的切面与水平面所成夹角，本实施例中，R’＝200mm，θ＝β＝55°，则h＝R’cosθ＝200×cos55°＝114.715mm；然后，选择一个砂轮122的齿，通过千分表对齿侧面打表找基准，保证齿侧面垂直X轴方向；接着，调节X主轴、Y轴和Z轴的坐标，控制砂轮122对圆齿刀找准后的齿的刀刃磨削加工刀刃面M，切削状态如图10和图11所示。
本步骤中，砂轮122磨削加工刀刃面M时，控制砂轮122在X轴方向的进给速度ν满足：其中，b是圆齿刀厚度，单位mm，R’为砂轮122的旋转半径，单位mm，β为刀刃面M的切面与刀片表面成夹角。本实施例中，b＝2mm，R’＝200mm，β＝55°，则此进给速度是综合考虑圆齿刀本身结构尺寸和所磨削角度等因素得到，满足此进给速度要求，圆齿刀在磨削过程中不易出现崩口、刀片变形等情况，刀刃面M光洁度相对较高，提高加工质量和成品率。
④完成步骤③后砂轮122退刀，工件驱动装置320驱动圆齿刀转过一个齿形角，砂轮122再次进刀磨削第二个齿的刀刃，如此反复，圆齿刀转过一周后，完成所有齿的刀刃磨削加工。
⑤停机，取下圆齿刀，完成圆齿刀刀刃的磨削加工。
对磨削后圆齿刀刀刃质量进行检测，各齿刀刃形状统一，无崩口、卷边情况出现，刀刃面光洁度为0.8。
实施例3
本实施例提供一种圆齿刀的磨削方法，采用实施例1的圆齿刀数控研磨机对圆齿刀刀刃进行磨削加工，所加工的圆齿刀如图1、图2和图3所示，需要加工齿侧的刀刃面M，该刀刃面M是半径为R的圆弧面，且刀刃面M中间位置的切面与刀片表面成β夹角，本实施例中，R＝40mm，β＝60°，且圆齿刀厚度为b＝2.5mm。具体操作步骤如下：
①首先将待加工圆齿刀安装到工件驱动装置320的夹具上固定，保证圆齿刀表面水平，通过工件电机322驱动圆齿刀转动，测量径向圆跳动，并保证径向圆跳动不大于0.02mm；然后调节圆齿刀表面与水平面成5°夹角，具体调节过程为：先转动角度调节块323两端的调节螺钉326，使它们末端的连线与水平面成5°夹角，再松开工件电机座321与Z轴滑座313的连接螺栓，顺时针转动工件电机座321时其上表面与调节螺钉326接触，最后锁紧工件电机座321与Z轴滑座313的连接螺栓，即完成圆齿刀角度调节。
接着选择砂轮122和修整轮403，满足修整轮403的半径为R＝40mm，砂轮122的旋转半径R’＝220mm，并将砂轮122安装到砂轮驱动装置120上，修整轮403安装到修整主轴402上。
本步骤中圆齿刀的夹具分为上模具和下模具，上模具和下模具为齿盘形结构，与圆齿刀的齿数相同，但是每个齿的齿形小于圆齿刀的齿形，给加工刀刃留出空间，圆齿刀夹装在上模具和下模具之间，并通过螺栓紧固。此种结构，圆齿刀的齿的位置能够被压紧，从而在磨削过程中齿面不会弯曲变形或卷边。
②砂轮驱动装置120驱动砂轮122转动，修整电机401通过修整主轴402驱动修整轮403转动，砂轮驱动装置120沿X轴向修整轮403靠近并使砂轮122与修整轮403接触，砂轮122的圆周面被修整轮403修整出圆弧形凹槽，该圆弧凹槽的半径为R＝40mm。
③通过控制Z轴坐标调节砂轮122旋转轴线到圆齿刀圆心的垂直高度h满足：h＝R’cosθ，其中，R’为砂轮122的旋转半径，θ为砂轮122与刀刃面接触处的切面与水平面所成夹角，本实施例中，R’＝220mm，θ＝β＝60°，则h＝R’cosθ＝220×cos60°＝110mm；然后，选择一个砂轮122的齿，通过千分表对齿侧面打表找基准，保证齿侧面垂直X轴方向；接着，调节X主轴、Y轴和Z轴的坐标，控制砂轮122对圆齿刀找准后的齿的刀刃磨削加工刀刃面M。
本步骤中，砂轮122磨削加工刀刃面M时，控制砂轮122在X轴方向的进给速度ν满足：其中，b是圆齿刀厚度，单位mm，R’为砂轮122的旋转半径，单位mm，β为刀刃面M的切面与刀片表面成夹角。本实施例中，b＝2.5mm，R’＝220mm，β＝60°，则
④完成步骤③后砂轮122退刀，工件驱动装置320驱动圆齿刀转过一个齿形角，砂轮122再次进刀磨削第二个齿的刀刃，如此反复，圆齿刀转过一周后，完成所有齿的刀刃磨削加工。
⑤停机，取下圆齿刀，完成圆齿刀刀刃的磨削加工。
对磨削后圆齿刀刀刃质量进行检测，各齿刀刃形状统一，无崩口、卷边情况出现，刀刃面光洁度介于0.8与0.4之间。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种圆齿刀数控研磨机，包括机座，设置在机座上的X轴部分(1)和Y轴部分(2)；所述的X轴部分(1)包括X轴滑台(110)和设置于X轴滑台(110)上的砂轮驱动装置(120)，砂轮驱动装置(120)用于驱动砂轮(122)在XZ平面内转动对刀片进行磨削加工，并可沿X轴滑台(110)在X轴方向移动以调整砂轮(122)的X轴坐标，其特征在于：还包括砂轮修整装置(4)；所述的Y轴部分(2)上设置Z轴部分(3)，Z轴部分(3)包括Z轴滑台(310)和设置在Z轴滑台(310)上的工件驱动装置(320)，工件驱动装置(320)用于装夹并驱动刀片转动，Z轴滑台(310)可沿Y轴方向移动以调整刀片的Y轴坐标，工件驱动装置(320)可沿Z轴滑台(310)在竖直方向移动以调整刀片的Z轴坐标；所述的砂轮修整装置(4)设置在机座上，它包括修整电机(401)和修整轮(403)，修整电机(401)通过修整主轴(402)驱动修整轮(403)在XY平面内转动。
2.根据权利要求1所述的一种圆齿刀数控研磨机，其特征在于：所述的Z轴滑台(310)包括Z轴滑座(313)，工件驱动装置(320)包括工件电机座(321)和安装在工件电机座(321)上的工件电机(322)；所述的工件电机座(321)的背面设有旋转孔(324)，Z轴滑座(313)上设有与旋转孔(324)相配合的柱台，工件电机座(321)上以旋转孔(324)为中心分布有圆弧形的调节孔(325)，调节孔(325)的曲率中心与旋转孔(324)的圆心重合，工件电机座(321)通过穿过调节孔(325)的螺栓与Z轴滑座(313)连接。
3.根据权利要求2所述的一种圆齿刀数控研磨机，其特征在于：所述的Z轴滑座(313)上安装有角度调节块(323)，角度调节块(323)的两端各设有一个调节螺钉(326)，调节螺钉(326)的下端与工件电机座(321)的上端面接触。
4.根据权利要求3所述的一种圆齿刀数控研磨机，其特征在于：所述的Z轴滑台(310)还包括Z轴导轨座(311)和Z轴电机(314)；所述的Z轴导轨座(311)上设置竖直的Z轴导轨(312)，Z轴滑座(313)滑动设置在Z轴导轨(312)上；所述的Z轴电机(314)安装在Z轴导轨座(311)上并连接有Z轴丝杠，Z轴丝杠与Z轴滑座(313)传动连接。
5.根据权利要求4所述的一种圆齿刀数控研磨机，其特征在于：所述的Z轴导轨座(311)上安装Z轴链轮(315)，Z轴链轮(315)上设有Z轴链条(316)；所述的Z轴链条(316)的一端连接Z轴滑座(313)，另一端连接有Z轴配重块(317)。
6.根据权利要求2-5中任意一项所述的一种圆齿刀数控研磨机，其特征在于：所述的Y轴部分(2)包括设置在机座上的Y轴导轨座(201)、Y轴滑座(203)和Y轴电机(204)，Y轴导轨座(201)上安装Y轴导轨(202)，Y轴滑座(203)滑动设置在Y轴导轨(202)上；所述的Y轴电机(204)安装在Y轴导轨座(201)的一端并连接有Y轴丝杠(205)，Y轴丝杠(205)与Y轴滑座(203)传动连接；所述的Y轴导轨座(201)和Y轴滑座(203)之间设置Y轴弹簧(206)，Y轴弹簧(206)的一端与Y轴导轨座(201)连接，另一端与Y轴滑座(203)连接。
7.根据权利要求1所述的一种圆齿刀数控研磨机，其特征在于：所述的砂轮驱动装置(120)包括设置在X轴滑台(110)上的砂轮电机(121)，砂轮电机(121)驱动砂轮(122)转动；所述的砂轮电机(121)的上方设置有活动的砂轮罩(123)。
8.一种圆齿刀数控研磨机的磨削方法，其操作步骤为：
①将待加工圆齿刀安装到工件驱动装置(320)上，并根据圆齿刀选择砂轮(122)和修整轮(403)，砂轮(122)安装到砂轮驱动装置(120)上，修整轮(403)安装到修整主轴(402)上；
②砂轮驱动装置(120)驱动砂轮(122)转动，修整电机(401)通过修整主轴(402)驱动修整轮(403)转动，砂轮驱动装置(120)在X轴滑台(110)上向修整轮(403)靠近并使砂轮(122)与修整轮(403)接触，砂轮(122)的圆周面被修整轮(403)修整出圆弧形凹槽；
③通过控制Z轴坐标调节砂轮(122)旋转轴线到圆齿刀表面的垂直高度满足磨削角度要求，并调节X主轴和Y轴的坐标，控制砂轮(122)对圆齿刀一个齿的刀刃进行磨削加工；
④完成步骤③后砂轮(122)退刀，工件驱动装置(320)驱动圆齿刀转过一个齿形角，砂轮(122)再次进刀磨削第二个齿的刀刃，如此反复，圆齿刀转过一周后，完成所有齿的刀刃磨削加工；
⑤停机，取下圆齿刀，完成圆齿刀刀刃的磨削加工。
9.根据权利要求8所述的一种圆齿刀数控研磨机的磨削方法，其特征在于：所述的步骤①中，圆齿刀安装到工件驱动装置(320)上后保证圆齿刀转动时的径向圆跳动不大于0.05mm，砂轮(122)旋转轴的高度位于修整轮(403)厚度的1/2处。
10.根据权利要求8所述的一种圆齿刀数控研磨机的磨削方法，其特征在于：所述的步骤③中，砂轮(122)旋转轴线到圆齿刀表面的垂直高度h满足：h＝R’cosθ，其中，R’为砂轮(122)的旋转半径，θ为砂轮(122)与刀刃面接触处的切面与水平面所成夹角；在砂轮(122)磨削第一个刀刃前，对圆齿刀的位置进行调整，通过千分表对第一个齿的齿侧面打表找基准，保证齿侧面垂直X轴方向。
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