CN106695466A - 一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床及使用方法，属于金刚石、立方氮化硼等超硬材料刀具刃磨加工技术领域。该磨床由床身部件、砂轮主轴平动部件、砂轮主轴部件、CCD在线监测部件、刀架部件、工作台部件、旋转立轴部件、进刀拖板部件等组成。床身部件包括床身、砂轮主轴移动手轮、固定座、砂轮主轴平动滚动导轨、固定条、进刀拖板移动滚动导轨；转动砂轮主轴移动手轮带动丝杠副旋转，砂轮主轴平动部件沿滚动导轨进行定位移动。本发明具有立轴可升降的特点，与普通的磨床相比，具有操作灵活、加工对象范围广、功能齐全等优势，配合各类专用夹具，可满足各类超硬刀具刃磨加工的需求。

Description

一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床及使用方法

技术领域

本发明涉及一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床及使用方法，属于超硬刀具刃磨加工技术领域。

背景技术

超硬刀具是以金刚石刀具、立方氮化硼两种材料作为切削材料的刀具，其硬度硬质合金刀具2倍以上，具有硬度高、导热性好、热膨胀小、化学稳定性高等优点。在切削加工有色金属合金、淬火碳合金、复合木材、有机玻璃以及特殊材料中，超硬刀具使用寿命是硬质合金、高速钢刀具的30倍以上。许多切削加工概念，如绿色加工、以车代磨、以铣代磨、硬态加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的应用而起，故超硬刀具已成为切削加工中不可缺少的重要手段。超硬刀具已广泛应用于机械加工的各个行业，如汽车零部件的切削加工，强化木地板的加工等，极大地促进了切削加工及先进制造技术的飞速发展。

超硬刀具加工过程主要包括超硬材料复合片切割、刀体制作、焊接、刃磨加工等，其中刃磨加工是决定刀具几何形状、尺寸精度的关键工序。由于超硬材料的硬度具有极高，传统的工具磨床难以实现对刀具的刃磨加工，必须使用结构刚性更好、承受磨削力更大、磨削工具硬度更高的专用的强力磨床才能完成。

目前，国内外超硬刀具磨床通常采用砂轮主轴升降方式，实现工具砂轮与刀具垂直方向位置的调整与校正。对于尺寸相差悬殊的不同类超硬刀具，如：机夹刀片与大尺寸木工锯片，由于机床结构的限制，难以同时满足它们的加工需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床及使用方法。不仅满足了超硬刀具刃磨加工的各项需求，还有效扩展了磨床加工对象的范围。

一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床由床身部件、砂轮主轴平动部件、砂轮主轴部件、CCD在线监测部件、刀架部件、工作台部件、旋转立轴部件、进刀拖板部件等组成。

一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床使用方法，含有以下步骤；

通过调节砂轮主轴移动手轮可完成砂轮主轴的定位移动，该部件自带可调速减速电机与偏心机构，实现砂轮主轴的自动摆动，还可根据加工要求，调整砂轮主轴的摆动幅度；

通过外接变频调速器，对电主轴转速进行调整，通过转动砂轮主轴仰俯手轮可实现砂轮-5°-25°范围内的仰俯角度调整；

CCD在线监测部件用于实现加工过程的监视与刀具刃口的在线测量，通过三维平移机构用于实现CCD镜筒光学轴心线与旋转立轴轴心线的调整，以及CCD镜筒焦距的调整；

通过转动两个手轮，实现工作台在平面内两个方向的移动；

旋转立轴部件完成圆弧刃口的刃磨加工，旋转立轴下端连接编码器，通过显示仪表，精确显示工作台的旋转角度；

进刀拖板部件通过滚动导轨与床身部件连接实现加工过程中的进刀；其侧面安装直线光栅，精确显示拖板的位置；其内部上下两端面安装导向套筒，内部装有伞齿轮副，通过磨床左侧转动安装在拖板上的工作台升降手轮，实现旋转立轴部件的直线升降运动；

通过输液管与外接工作液箱连接实现加工过程中工作液的循环；右侧上表面安装立柱，实现加工过程中CCD在线监测部件与被加工刀具的直线同步移动。

一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床，包括床身部件、砂轮主轴平动部件、砂轮主轴部件、CCD在线监测部件、刀架部件、工作台部件、旋转立轴部件、进刀拖板部件；

床身部件包括床身、砂轮主轴移动手轮、固定座、砂轮主轴平动滚动导轨、固定条、进刀拖板移动滚动导轨；转动砂轮主轴移动手轮带动丝杠副旋转，砂轮主轴平动部件沿滚动导轨进行定位移动；

砂轮主轴部件包括底座、U形架、调节丝杠、关节、主轴电机、砂轮主轴仰俯手轮、电机固定套、砂轮罩、金刚石砂轮、转轴、锁紧手柄；底座固定在砂轮主轴平动部件，U形架用于固定电机固定套，旋转砂轮主轴仰俯手轮通过主轴电机随关节、绕转轴实现金刚石砂轮的仰俯转动及角度定位，锁紧手柄；

砂轮主轴平动部件包括减速电机、移动方箱、关节轴承、连接杆、平动座、锁紧手柄、偏心机构、偏心调节手轮、轴承座；通过转动床身部件中砂轮主轴移动手轮，使移动方箱带动平动座沿燕尾导轨实现横向移动，减速电机通过轴承座、偏心机构、关节轴承、连接杆拖动平动座沿滚动导轨实现往复摆动；转动偏心调节手轮可实现摆幅大小的调节；

进刀拖板部件包括底盘、升降丝杠、立轴套、工作台升降手轮、拖板、旋转立轴、密封与定位盘、工作液槽、进刀手轮、伞齿轮机构、编码器；旋转立轴在立轴套内实现360°旋转；

转动工作台升降手轮，通过立轴套伞齿轮机构使升降丝杠旋转，进而带动立轴套沿本部件内部的导向套，实现升降移动并可在任意高度实现自锁；转动进刀手轮使拖板拖动整套机构沿滚动导轨实现直线进给运动，

工作台部件用于安装刀具夹具，由下拖板、中拖版、中拖板移动手轮、工作台锁紧把手、工作台、工作台移动手轮、紧固螺钉、中拖板锁紧把手组成；工作台部件固定在旋转立轴上随立轴转动。

固定在床身部件上的直线光栅尺及外接的显示仪表，确定拖板的位移量；编码器安装在立轴套下端，并通过联轴器与旋转立轴直连，从外接显示仪表上观察到旋转立轴旋转的精确角度值。

旋转立轴上端部连接工作台部件，通过密封与定位盘实现工作台部件的旋转与锁紧，并防止加工喷射液溅入立轴套内部；工作液槽用于辅助外接的工作液循环系统并实现导流。

CCD在线监测部件的固定板通过紧固螺钉安装在拖板上表面，随拖板移动，通过远焦光学镜筒、CCD在线监测部件在线观察与二维刀具几何尺寸的测量。

光学镜筒与CCD在线监测部件通过旋钮做垂直方向上的移动，旋钮分别带动第一拖板、第二拖板实现光学镜筒与CCD在线监测部件在二维平面内任意方向移动。

工作台部件的十字交叉结构实现固定在工作台上表面的刀具夹具在二维平面内任意方向移动。

刀架部件安装在工作台上表面，由刀架座、刀架、锁紧机构、定位卡条块、组成，装夹矩形杆刀具。

CCD在线监测部件能够在X、Y、Z三个方向移动与定位，并可与刀具、刀架、二维移动工作台、旋转立轴配合调整，实现旋转立轴轴心线与远心镜筒轴心线同轴。

通过旋转立轴的升降，或CCD、远心镜筒沿Z方向移动，实现刀具影像的对焦；砂轮主轴既能够移动，也能够摆动；摆动是由减速电机驱动并带动偏心机构旋转实现的，摆幅大小可同过调整偏心量实现。

本发明的优点是：

床身部件是本磨床的基础部件，通过滚动导轨与砂轮主轴平动部件、进刀拖板部件直接连接，由高强度铸铁床身、滚动导轨副、丝杠副等组成。

砂轮主轴平动部件用于实现砂轮主轴的横向定位移动和加工过程中的往复摆动，通过调节砂轮主轴移动手轮可完成砂轮主轴的定位移动，该部件自带可调速减速电机与偏心机构，不仅可实现砂轮主轴的自动摆动，还可根据加工要求，调整砂轮主轴的摆动幅度。

砂轮主轴部件通过U型支架与砂轮主轴平动部件连接，由2.5-4kW变频调速电主轴与砂轮主轴仰俯调节机构组成。通过外接变频调速器，可对电主轴转速进行调整，通过转动砂轮主轴仰俯手轮可实现砂轮-5°-25°范围内的仰俯角度调整。电主轴前端配有法兰盘，可安装通用的金刚石砂轮。

CCD在线监测部件通过立柱安装在进刀拖板部件上，用于实现加工过程的监视与刀具刃口的在线测量，由三维平移机构与CCD镜筒、机床工作灯、LED环形灯等组成，其中三维平移机构用于实现CCD镜筒光学轴心线与旋转立轴轴心线的调整，以及CCD镜筒焦距的调整。

刀架部件安装在工作台部件，用于装夹被加工刀具。

工作台部件通过螺钉与旋转立轴部件连接，包括二维平移机构及密封机构，通过转动两个手轮，可实现工作台在平面内两个方向的移动。密封机构用于防止加工过程中工作液溅入或渗入旋转立轴。

旋转立轴部件安装在进刀拖板部件上，其上端连接工作台部件，用于加工过程中工作台的圆周摆动，并完成圆弧刃口的刃磨加工，旋转立轴下端连接编码器，通过显示仪表，可精确显示工作台的旋转角度。

进刀拖板部件通过滚动导轨与床身部件连接，用于实现加工过程中的进刀。其侧面安装直线光栅，可精确显示拖板的位置；其内部上下两端面安装导向套筒，内部装有伞齿轮副，通过磨床左侧转动安装在拖板上的工作台升降手轮，可实现旋转立轴部件的直线升降运动；其上表面安装工作液槽，通过输液管与外接工作液箱连接，实现加工过程中工作液的循环；其右侧上表面安装立柱，实现加工过程中CCD在线监测部件与被加工刀具的直线同步移动。

本发明具有立轴可升降的特点，与普通的磨床相比，具有操作灵活、加工对象范围广、功能齐全等优势，配合各类专用夹具，可满足各类超硬刀具刃磨加工的需求。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1是本发明立轴可升降的超硬刀具强力磨床轴测视图；

图2是本发明立轴可升降的超硬刀具强力磨床中床身部件轴测图；

图3是本发明立轴可升降的超硬刀具强力磨床中砂轮主轴部件轴测图；

图4是本发明立轴可升降的超硬刀具强力磨床中砂轮主轴平动部件轴测图；

图5是本发明立轴可升降的超硬刀具强力磨床中进刀拖板部件轴测图；

图6是本发明立轴可升降的超硬刀具强力磨床中工作台部件轴测图；

图7是本发明立轴可升降的超硬刀具强力磨床中CCD在线监测部件轴测图；

图8是本发明立轴可升降的超硬刀具强力磨床中刀架部件轴测图；

下面结合附图对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它可以直接连接到其他元件或者组件，或者也可以存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

实施例1：

参照图1，一种立轴可升降的超硬刀具强力磨床，其主要机构包括：床身部件1、砂轮主轴平动部件3、砂轮主轴部件4、CCD在线监测部件6、刀架部件8、工作台部件9、旋转立轴部件10、进刀拖板部件11等。

参照图2，所述床身部件包括床身1，砂轮主轴移动手轮2，固定座65、砂轮主轴平动滚动导轨66、固定条14、进刀拖板移动滚动导轨15。转动砂轮主轴移动手轮2可带动丝杠副旋转，实现砂轮主轴平动部件沿滚动导轨进行定位移动。

参照图3，所述砂轮主轴部件包括底座16、U形架17、调节丝杠18、关节19、主轴电机67、砂轮主轴仰俯手轮68、电机固定套20、砂轮罩21、金刚石砂轮22、转轴23、锁紧手柄24。底座16固定在砂轮主轴平动部件3，U形架17用于固定电机固定套20，旋转砂轮主轴仰俯手轮68使主轴电机67随关节19、绕转轴23实现金刚石砂轮的仰俯转动及角度定位，锁紧手柄24用于实现金刚石砂轮在指定位置的锁紧。

参照图4，所述砂轮主轴平动部件包括减速电机25、移动方箱26、关节轴承27、连接杆28、平动座29、锁紧手柄30、偏心机构31、偏心调节手轮32、轴承座33。通过转动床身部件中砂轮主轴移动手轮2，使移动方箱26带动平动座29沿燕尾导轨实现横向移动，减速电机25通过轴承座33、偏心机构31、关节轴承27、连接杆28拖动平动座29沿滚动导轨实现往复摆动。转动偏心调节手轮32可实现摆幅大小的调节。

参照图5，所述进刀拖板部件包括底盘34、升降丝杠35、立轴套36、工作台升降手轮13、拖板42、旋转立轴41、密封与定位盘40、工作液槽39、进刀手轮12、伞齿轮机构38、编码器37。旋转立轴41在立轴套36内可实现360°旋转；转动工作台升降手轮13，通过立轴套36伞齿轮机构38使升降丝杠35旋转，进而带动立轴套36沿本部件内部的导向套实现升降移动并可在任意高度实现自锁；转动进刀手轮12使拖板42拖动整套机构沿滚动导轨实现直线进给运动，通过固定在床身部件上的直线光栅尺及外接的显示仪表，可准确确定拖板的位移量；旋转立轴41上端部连接工作台部件，通过密封与定位盘40实现工作台部件的旋转与锁紧，并防止加工喷射液溅入立轴套36内部；工作液槽39用于辅助外接的工作液循环系统并实现导流；编码器37安装在立轴套36下端，并通过联轴器与旋转立轴41直连，从外接显示仪表上可观察到旋转立轴41旋转的精确角度值。

参照图6，所述工作台部件用于安装刀具夹具，由下拖板43、中拖版44、中拖板移动手轮45、工作台锁紧把手46、工作台47、工作台移动手轮48、紧固螺钉50、中拖板锁紧把手49组成。该部件固定在旋转立轴上，可随立轴转动；该部件的十字交叉结构可实现固定在工作台47上表面的刀具夹具在二维平面内任意方向移动。

参照图7，所述CCD在线监测部件的固定板52通过紧固螺钉51安装在拖板上表面，可随拖板移动，通过远焦光学镜筒55、CCD69、外接计算机及专用软件实现加工过程的在线观察与二维刀具几何尺寸的测量。旋钮53用于实现光学镜筒55与CCD69在垂直方向上的移动，旋钮57、旋钮59分别带动第一拖板56、第二拖板58实现光学镜筒55与CCD69在二维平面内任意方向移动。

该机构可与旋转立轴、工作台部件、刀具夹具配合调整，并借助外接计算机及专用软件实现镜筒光学轴心线与旋转立轴轴心线同轴。

外接工业计算机通过内置视频卡与CCD连接，实现加工影像的实时采集。

专用软件包括精度校正、文档导入与导出、绘图、尺寸编辑与测量等模块，可与Microsoft Office及AutoCAD同步动态传输数据。

专用软件是现有技术产品。

由工业计算机、专用软件、CCD及镜筒等组成的在线观测系统，可实现刀具影像的缩放、刀具真实形状于与设定形状的比对，以及刀具二维尺寸的测量。

参照图8，所述刀架部件安装在工作台上表面，由刀架座70、刀架61、锁紧机构63、定位卡条块65、64组成，可装夹矩形杆刀具62，并具有精确的重复定位功能。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床使用方法，其特征含有以下步骤；

通过调节砂轮主轴移动手轮可完成砂轮主轴的定位移动，该部件自带可调速减速电机与偏心机构，实现砂轮主轴的自动摆动，还可根据加工要求，调整砂轮主轴的摆动幅度；

通过外接变频调速器，对砂轮主轴转速进行调整，通过转动砂轮主轴仰俯手轮可实现砂轮-5°-25°范围内的仰俯角度调整；

CCD在线监测部件用于实现加工过程的监视与刀具刃口的在线测量，三维平移机构用于实现CCD镜筒光学轴心线与旋转立轴轴心线的调整，以及CCD镜筒焦距的调整；

通过转动两个手轮，实现工作台在平面内两个方向的移动；

旋转立轴部件完成圆弧刃口的刃磨加工，旋转立轴下端连接编码器，通过显示仪表，精确显示工作台的旋转角度；

进刀拖板部件通过滚动导轨与床身部件连接，实现加工过程中的进刀；其侧面安装直线光栅，精确显示拖板的位置；其内部上下两端面安装导向套筒，内部装有伞齿轮副，通过转动安装在磨床左侧拖板上的工作台升降手轮，实现旋转立轴部件的直线升降运动；

通过输液管与外接工作液箱连接实现加工过程中工作液的循环；右侧上表面安装立柱，实现加工过程中CCD在线监测部件与被加工刀具的直线同步移动。

2.一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床，其特征在于包括：床身部件、砂轮主轴平动部件、砂轮主轴部件、CCD在线监测部件、刀架部件、工作台部件、旋转立轴部件、进刀拖板部件；

床身部件包括床身、砂轮主轴移动手轮、固定座、砂轮主轴平动滚动导轨、固定条、进刀拖板移动滚动导轨；转动砂轮主轴移动手轮带动丝杠副旋转，砂轮主轴平动部件沿滚动导轨进行定位移动；

砂轮主轴部件包括底座、U形架、调节丝杠、关节、主轴电机、砂轮主轴仰俯手轮、电机固定套、砂轮罩、金刚石砂轮、转轴、锁紧手柄；底座固定在砂轮主轴平动部件，U形架用于固定电机固定套，旋转砂轮主轴仰俯手轮，通过主轴电机随关节、绕转轴实现金刚石砂轮的仰俯转动及角度定位，锁紧手柄；

砂轮主轴平动部件包括减速电机、移动方箱、关节轴承、连接杆、平动座、锁紧手柄、偏心机构、偏心调节手轮、轴承座；通过转动床身部件中砂轮主轴移动手轮，使移动方箱带动平动座沿燕尾导轨实现横向移动，减速电机通过轴承座、偏心机构、关节轴承、连接杆拖动平动座沿滚动导轨实现往复摆动；转动偏心调节手轮可实现摆幅大小的调节；

进刀拖板部件包括底盘、升降丝杠、立轴套、工作台升降手轮、拖板、旋转立轴、密封与定位盘、工作液槽、进刀手轮、伞齿轮机构、编码器；旋转立轴在立轴套内实现360°旋转；

转动工作台升降手轮，通过立轴套伞齿轮机构使升降丝杠旋转，进而带动立轴套沿本部件内部的导向套，实现升降移动并可在任意高度实现自锁；转动进刀手轮使拖板拖动整套机构沿滚动导轨实现直线进给运动；

工作台部件用于安装刀具夹具，由下拖板、中拖版、中拖板移动手轮、工作台锁紧把手、工作台、工作台移动手轮、紧固螺钉、中拖板锁紧把手组成；工作台部件固定在旋转立轴上随立轴转动。

3.根据权利要求2所述的一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床，其特征在于固定在床身部件上的直线光栅尺及外接的显示仪表，确定拖板的位移量；编码器安装在立轴套下端，并通过联轴器与旋转立轴直连，从外接显示仪表上观察到旋转立轴旋转的精确角度值。

4.根据权利要求2所述的一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床，其特征在于旋转立轴上端部连接工作台部件，通过密封与定位盘实现工作台部件的旋转与锁紧，并防止加工喷射液溅入立轴套内部；工作液槽用于辅助外接的工作液循环系统并实现导流。

5.根据权利要求2所述的一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床，其特征在于CCD在线监测部件的固定板通过紧固螺钉安装在拖板上表面，随拖板移动，通过远焦光学镜筒、CCD在线监测部件在线观察与二维刀具几何尺寸的测量。

6.根据权利要求2所述的一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床，其特征在于光学镜筒与CCD在线监测部件通过旋钮做垂直方向上的移动，旋钮分别带动第一拖板、第二拖板实现光学镜筒与CCD在线监测部件在二维平面内任意方向移动。

7.根据权利要求2所述的一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床，其特征在于工作台部件的十字交叉结构实现固定在工作台上表面的刀具夹具在二维平面内任意方向移动。

8.根据权利要求2所述的一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床，其特征在于刀架部件安装在工作台上表面，由刀架座、刀架、锁紧机构、定位卡条块、组成，装夹矩形杆刀具。

9.根据权利要求5的一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床，其特征是CCD在线监测部件能够在X、Y、Z三个方向移动与定位，并可与刀具、刀架、二维移动工作台、旋转立轴配合调整，实现旋转立轴轴心线与远心镜筒轴心线同轴。

10.根据权利要求2的一种旋转立轴升降的超硬刀具强力磨床，其特征是通过旋转立轴的升降，或CCD、远心镜筒沿Z方向移动，实现刀具影像的对焦；砂轮主轴既能够移动，也能够摆动；摆动是由减速电机驱动并带动偏心机构旋转实现的，摆幅大小可同过调整偏心量实现。