CN1070857A - 硬质合金滚刀的复合电加工方法及专用设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬质合金滚刀的复合电加工 方法及专用设备，该方法为电火花加工、电解加工、机 械磨削三者的复合，所采用的设备为改进后的C8955 铲齿机床。用该方法和设备加工硬质合金滚刀，可提 高工效、缩短加工时间、降低砂轮损耗并减轻劳动强 度，同时加工出的滚刀表面粗糙度低，刃口无烧伤现 象。

Description

本发明涉及一种硬质合金滚刀的加工方法及所用设备，特别是硬质合金滚刀的复合电加工方法及该方法所采用的设备。

目前国内生产硬质合金滚刀的工具厂其刃磨工艺采用金刚石砂轮铲磨工艺，该铲磨工艺的粗铲磨加工生产率甚低，每一次吃刀深度仅0.005-0.01毫米左右，以6模数滚刀为例，用这种纯机械硬碰硬的刃磨加工完成1只滚刀要10个班左右，同时因为是硬碰硬的刃磨，金刚石砂轮消耗大，一只金刚石砂轮仅能磨3至4把滚刀，因而这种传统的工艺方法存在着生产周期长、劳动强度大、成本低的缺陷。

目前国外已有复合磨削工艺及专用设备，如日本日兴公司就生产多种复合磨床，主要品种有NSG515  COMMEC系列和NSG-52ACE，但从现有的使用情况来看，这些磨床及所用工艺只能加工某些形状规则的硬质材料，而不能加工硬质合金滚刀。

本发明的目的在于提供一种硬质合金滚刀的复合电加工方法及该方法的专用设备，用该方法和设备加工硬质合金滚刀，可提高工效、缩短加工时间，并降低砂轮的损耗。

为达到上述目的，本发明采用的复合电加工方法包括电火花加工、电解加工和机械磨削，该方法中硬质合金滚刀接脉冲电源正极，砂轮接脉冲电源负极，滚刀和砂轮通过电刷进电，同时滚刀和砂轮之间通过水泵及管道系统不断冲有复合工作液，该方法所采用的脉冲电源为可控硅复合加工脉冲电源，其电压值为100-105伏，频率为10-50千赫，加工电流为2-22安，其中频率和加工电流均可调。

上述复合电加工方法所采用的复合工作液包括亚硝酸钠、硝酸钾、碳酸钠和水，各成分的含量为：每10公斤水中，亚硝酸钠100-200克、硝酸钾60-100克、碳酸钠20-40克。

上述复合电加工方法还可采用另一种复合工作液，该工作液包括磷酸氢二钠、硝酸钠、碳酸钠、亚硝酸钠、硼砂、柠檬酸三钠和水，各成分的含量为：每10公斤水中，磷酸氢二钠100-300克、硝酸钠100-200克、碳酸钠10-30克、亚硝酸钠100-150克、硼砂10-30克、柠檬酸三钠5-15克。

上述硬质合金滚刀的复合电加工方法所用的设备包括主电源箱、砂轮、磨轮架装置、进电装置、顶尖心轴部分，以及工作液循环过滤吸风系统，其特征是：所有这些组成部分安装在C8955铲齿机床上，同时该设备还取掉了原C8955铲齿机床的交流电机，而另设一主轴减速装置。

上述该设备中电源箱电源的主振级采用的是三块双列直插式集成电路556组成，功率级采用的是四只高频可控硅组成。

上述该设备的主轴减速装置包括直流电机，针轮减速机以及在空程时可自行变换直流电机转速的自动伺服系统，其中直流电机与针轮减速机通过联轴器而连接，自动伺服系统位于主电源箱内。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明专用设备的主视图。

图2为图1的左视图。

图3为本发明中主电源箱电源的脉冲振荡原理图。

图4为本发明中主电源箱电源功率级的电路原理图。

图5为本发明中主轴减速装置结构图。

图6为本发明中主轴伺服原理图。

图7为本发明中磨轮架的主视图。

图8为本发明中磨轮架的左视图。

图9为图7的Ⅰ-Ⅰ剖视图。

图10为图9的Ⅱ-Ⅱ剖视图。

图11为本发明中心轴部分的结构图。

图12为本发明中工件进电装置的结构图。

图13为本发明中工作液循环过滤吸风系统图。

图14为本发明中金刚石砂轮的结构图。

图15为本发明中另一金刚石砂轮的结构图。

图1、图2给出了用复合电加工方法加工硬质合金滚刀所用设备的结构图，从图中可看出，该设备包括主电源箱1、砂轮2、磨轮架3、进电装置4、顶尖心轴部分5、工作液循环过滤吸风系统6，主轴减速装置7，所有这些组成部分安装在C8955铲齿机床上。加工时，硬质合金滚刀8装在心轴5上，砂轮2装在磨轮架3上，进电装置4使滚刀8和砂轮2带电，其中滚刀8为正极，砂轮2为负极，同时工作液通过循环系统6中的水泵及管道系统不断地冲向导电砂轮2和滚刀8之间，选择好各参数并正确操纵各控制手把，即可得到所需的滚刀。

图3为主电源箱电源的脉冲振荡原理图，从图中可看出，本发明的主振极是采用三块556时基集成电路1a来实现振荡、倒相及波形变换的，最后由脉冲变压器1b输出触发脉冲，采用该形式主振级可使其整机抗干扰能力强、工作稳定可靠。图4为主电源功率级的电路原理图，从图中可看出，该电源功率级是采用四只高频可控硅1c1、1c2、1c3、1c4组成，本实施例中采用的是四只20A/1000V  KG型高频可控硅，其工作过程是这样的：主振级第一次同时输出两个触发脉冲分别触发1c1、1c4，使其同时导通，电流通过1c1、1c4和间隙对关断电容1d充电，当其充电电流小于可控硅的维持电流时，1c1和1c4自动关断，1c1、1c4关断后，主振级第二次输出的触发脉冲分别触发1c2、1c3，使其同时导通，电流通过1c2、1c3和间隙对关断电容1d进行反向充电，当其充电电流小于可控硅的维持电流时，1c2、1c3自动关断。当主振级再次输出触发脉冲时，又重复上述过程，这样输出的波为连续的前沿很陡的尖波电压。为更合理地控制电火花加工和电解加工的最佳比例，使其达到最佳加工状态，同时保护导电金刚石砂轮2的自利性和控制导电金刚石砂轮的最低损耗，本发明中，所选择的电源主要参数为：电源电压105伏;频率10-50千赫分级可调;电流强、中、弱三档可调，最大输出电流小于或等于22安，实际加工时，根据磨削面积的大小，选好电规准及加工电流，即可进行该工艺的加工。

图5为主轴减速装置结构图，从图中可看出，该主轴减速装置7包括直流的电机7a、速比为1/59的针轮减速机7b以及自动伺服系统，直流电机7a和针轮减速机7b通过联轴器7c相连，其针轮减速机7b前端连有主轴箱法兰7d以及小齿轮7e，自动伺服系统的电路组成位于主电源箱内，它的原理如图6所示。

原C8955铲齿机床的主轴转速为4.5转/分-96转/分，远远高于复合电加工所需转速为0.1转/分-1转/分的要求，而且刀磨加工时每加工一齿，其工作行程仅占整个行程的五分之一，其余五分之四为空程，所以为了进一步提高生产率，就必须提高空程转速，为此取掉了原C8955铲齿机床的交流电机，改装了该直流电机伺服调速系统，工作行程时用直流电机和速比为1/59的针轮减速机相配合，从而可获得能满足复合电加工条件的速度，空程时自动伺服系统将自行升高直流电机转速，达到加快空程速度的目的。

图6所示的主轴伺服系统在该设备上设自动伺服进给和手动进给，进给速度分快慢两档，两种速度可均匀自动切换，其中反车速度大于快速进给速度，加工时，将（手动、自动）开关置于自动位置，（快进、可调）开关置于可调位置，进给旋扭调到适当位置，合上进给手柄，即可实行由快速空行程到加工时的自动调整，使加工时始终保持最佳工作状态的自适应过程。调整时，只需将快进开关置于快进位置即可实行快速调整，调整时若需调整进给速度，可将（手动、自动）开关置于手动位置，此时进给速度即可受到进给旋钮的控制，随意调整速度。

图7、图8、图9、图10给出了磨轮架3的主要结构图。磨轮架3的作用是支撑砂轮体2，原C8955铲齿机床上没有该部分结构，新设计的磨轮架3装在原铲齿机床的小刀架上，它主要包括磨轮架座3a、导向块3b、磨轮轴3c、电刷部分3d、大绝缘板3e、小绝缘板3f、以及绝缘垫圈3g和绝缘管3h，大绝缘板3e、小绝缘板3f、以及绝缘垫圈3g和绝缘管3h的作用是使加工机床不带电。为适应不同规格的滚刀加工，该磨轮架3还可使砂轮2在其架上作上、下调整运动。

图11为心轴部分5的结构图，图中心轴5a顶在长顶尖5b和短顶尖5c，长顶尖5b与主轴之间，长顶尖5b与主轴绝缘，短顶尖5c与尾座绝缘，所需加工的滚刀8装在心轴5a上，心轴5a靠装在主轴长顶尖5b上的拨叉5d带动旋转。

图12为工件进电装置4的结构图，为保证导电良好，接触电阻小，引线方便，本发明采用了电刷进电，该装置主要包括电刷4a、上电刷盒4b、下电刷盒4c、支承架4d、以及绝缘板4e。使用时该装置装在主轴顶尖5b与砂轮架3上，通过其上的恒压电刷4a对滚刀8和砂轮2充电。

图13为工作液循环、过滤、吸风系统图，在复合加工中工作液既是介质也是电解质和冷却液，它通过水泵及管道系统不断地冲向导电砂2轮和滚刀8之间，起着导电、排屑、冷却的作用，高速旋转的砂轮2会使磨削工作液形成雾状四处散射，所以必须加以防护和收集，使其循环使用，为此，本发明设计了磨削工作液循环、过滤、吸风系统。该系统主要包括电解滚箱6a、抽风机6b、三相电泵6c、抽风管6d、电解液进管6e、回管6f、抽风罩6g、活动喷射咀6h、回收箱6i、以及水阀体6j。使用时电解液通过电泵6c、进管6e、活动咀6h不断地冲向导电砂轮2和滚刀8之间，使用过的电解液通过抽风机6b、抽风管6d、回管6f回收到箱6i内，经过滤又可重复使用。

图14、15给出了金刚石砂轮2的结构图。本发明中所采用的是铜基金刚石砂轮，这是由于铜基金刚石砂轮在整个复合电加工过程中，在复合工作液的配合下，它既可保证高效率，又能使它本身基本无损耗。图14给出的是加工滚刀侧面用砂轮的轴向剖面图，从图中可看出，它的断面呈梯形，其梯形面与右顶面的夹角为17°;图15给出的是加工滚刀后角用砂轮的轴向剖面图，从图中可看出，它的断面呈矩形。

最后详细说明一下复合工作液。复合工作液是实现复合电加工的关键之一，本发明中为保证加工精度，提供了两种复合液配方，第一种配方包括：亚硝酸钠、硝酸钾、碳酸钠，各成分的含量为：每10公斤水中，亚硝酸钠100-200克、硝酸钾60-100克、碳酸钠20-40克;提供的第二种配方包括：磷酸氢二钠、硝酸钠、碳酸钠、亚硝酸钠、硼砂、柠檬酸三钠，各成分的含量为：每10公斤水中，磷酸氢二钠100-300克、硝酸钠100-200克、碳酸钠10-30克、亚硝酸钠120-150克、硼砂10-30克、柠檬酸三钠5-15克，用这两种配方的工作液加工出的滚刀，其刀具刃口圆弧半径都较小，表面粗糙度也较低，从成本上讲，第一种配方所用成分种类少，价格相对要低些。

上述专用设备的主要技术指标如下：

1、刃磨滚刀的范围：M2-M16

2、精度：符合ISO4468-82B级

3、粗糙度：Ra2.5-1.25微米（一次进刀0.4mm时）

4、刃磨效率：以硬质合金滚刀M4-M5为标准，平均每四小时加工一件。

本发明与原纯机械磨削加工相比具有如下优点：<1>、提高了工效，以加工一把6模数的滚刀为例，可提高工效8-10倍;<2>、降低了滚刀表面粗糙度，采用该方法及设备，Ra可达0.31，比原方法降低了一级以上，同时消除了原方法产生的刃口烧伤现象;<3>、提高了金刚石砂轮的耐用性，降低了生产费用，原机械方法每只砂轮（价格：1600元以上）仅能刃磨3-4把滚刀就报废了，而采用此方法连续磨削6把滚刀砂轮基本无损耗，从而平摊在每只滚刀上的生产费用就降低了;<4>、降低了设备投资，该方法所使用的设备是在原C8955铲齿机床上改进而成的，在设备投资上，只需花费改装费用，因而价格较低;5、减轻了劳动强度，改善了生产环境。

Claims (7)

1、一种硬质合金滚刀的复合电加工方法，其特征在于：它包括电火花加工，电解加工和机械磨削，该方法中硬质合金滚刀接脉冲电源正极，砂轮接脉冲电源负极，滚刀和砂轮通过电刷进电同时滚刀和砂轮之间通过水泵及管道系统不断冲有复合工作液，该方法所采用的脉冲电源为可控硅复合加工脉冲电源，其电压值为100-105伏，频率为10-50千赫，加工电流为2-22安，其中频率和加工电流均可调。

2、根据权利要求1所述的硬质合金滚刀的复合电加工方法，其特征有于：所采用的复合工作液包括亚硝酸钠、硝酸钾、碳酸钠和水，各成份的含量为：每10公斤水中，亚硝酸钠100-200克、硝酸钾60-100克、碳酸钠20-40克。

3、根据权利要求1所述的硬质合金滚刀的复合电加工方法，其特征在于：所采用的复合工作液包括磷酸氢二钠、硝酸钠、碳酸钠、亚硝酸钠、硼砂、柠檬酸三钠和水，各成分的含量为：每10公水中，磷酸氢二钠100-300克、硝酸钠100-200克、碳酸钠10-30克、亚硝酸钠120-150克、硼砂10-30克、柠檬酸三钠5-15克。

4、根据权利要求1或2或3所述的硬质合金滚刀的复合电加工方法，其特征在于：所采用的砂轮为铜基金刚石砂轮。

5、一种上述权利要求中所述的硬质合金滚刀复合电加工方法的专用设备，该设备包括主电源箱、砂轮、磨轮架装置、进电装置、顶尖心轴部分以及工作液循环过滤吸风系统，其特征在于：上述所有组成部分安装在C8955铲齿机床上，此外该设备还取掉了原C8955铲齿机床的交流电机，而另设一主轴减速装置。

6、根据权利要求5所述的硬质合金滚刀复合电加工方法的专用设备，其特征在于：该电源箱电源的主振级采用的是三块双列直插式集成电路556组成，功率级采用的是四只高频可控硅组成。

7、根据权利要求5或6所述的硬质合金滚刀复合电加工方法的专用设备，其特征在于：该主轴减速装置包括直流电机、针轮减速机以及在空程时可自行变换直流电机转速的自动伺服系统，其中直流电机与针轮减速机通过联轴器而连接，自动伺服系统位于主电源箱内。

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