CN107262903B - 用于电极自动修磨器的组合刃具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种置于电极自动修磨器刀架内的组合刃具，包括固定在刀轴一端的锥齿轮；锥齿轮与刀轴之间采用径向连接销固定，刀轴上，自锥齿轮至刀轴的另一端依次设有第一滚动轴承组件、第一刃具、第二刃具、第二滚动轴承组件、垫圈和锁紧螺母；第一刃具横截面形状为圆形、并具有多条螺旋线型的刃口，第一刃具旋转时，刃口回转的轮廓轨迹与拟切削修磨的电极工作端平面相吻合；第二刃具的外表面上具有多条刃口，第二刃具旋转时，刃口回转的轮廓轨迹线与拟切削修磨的电极工作端侧面的轨迹线相吻合。本发明通过改变刃具的结构型式与工作方式，使刃口切削应力急剧降低，可使刃口制作的更为锐利，为微吃刀量高速修磨电极和提高电极修磨质量创造了条件。

Description

用于电极自动修磨器的组合刃具

技术领域

本发明涉及一种电极加工中的刃具，尤其是涉及一种电极自动修磨器内使用的刃具。

背景技术

电阻点焊工艺过程中，电极自动修磨器通过置于其内的刃具实现对电极工作端面形面修磨的目的，已知技术因刃具的结构设计型式及其在电极修磨器内的工作原理所致，主要存在以下不足：

(1)由于工作原理的限制，均使用一体式刃具，并多推荐使用单刃结构型式。

(2)刃具固定在电极自动修磨器内的刀架上并随刀架同步旋转，刃具对电极旋转加工时的回转轴线与电极轴线同轴，即刃具刃口工作时的回转中心始终保持以电极轴线为轴；由于现电极自动修磨器原理上难以实现以切削位移控制电极实际修磨量，修磨后的电极工作表面本质上为螺旋曲面。

(3)工作原理决定了现刃具在单刃口结构设计型式下的工作状态为最好，同时也决定了电极切削修磨时的切削力必须由电极压力和刃口的旋转力配合建立；电极修磨过程中，承担电极平面修磨部分的刃口始终处在与电极压力正相关的最大弯矩作用之下，限制了刃具刃口不允许制造得过于锐利和难以以微吃刀量方式进行电极的切削修磨，使过度切削成为电极消耗中的主要消耗。

(4)因焊接电极存在着重复定位精度误差，刃口设计工作长度必须符合≥待切削修磨电极的半径+电极重复定位精度的条件，才能满足重复定位精度范围内对电极待修端面的有效切削修磨的要求；从概率统计角度考虑，约50％的切削修磨是在局部刃口超过电极半径条件下进行切削修磨的，超过电极半径部分的局部刃口是在反刃硬性挤压状态下工作的，极易造成该部分刃口的崩刃。

(5)由于近50％的工况存在切削修磨过程中局部刃口超过电极半径现象，即刃口设计长度须＞刃口的回转半径，限制了以减小刃口工作负荷为目的的多刃口结构型式的使用和刃具刃口断屑倾角的加工；由于切削轨迹线为螺旋线和切屑为连续屑，易形成叠屑挤压所致的崩刃现象或无法切削现象。

(6)由于刃口的回转轴线与电极轴线同轴，切削过程中，刃口中心与刃口外缘的转动线速度和转动线加速度差异极大，即延刃口全长各部位承受的工作载荷或弯矩相差非常悬殊，外缘刃口因转动线加速度极大而成为危险部位；同时，因刃口全长各部分切削线速度差异巨大，也造成修磨后电极表面各部位修磨质量的不同。

(7)由于刃具刃口是在上述一系列不利条件下工作的，即使选择相对昂贵的材料制作刃具，也无法摆脱刃具是电极自动修磨器内的易损件的结果。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种用于电极自动修磨器的组合刃具。通过本发明组合刃具在电极修磨器产品中的介入，改变了现有技术刃具在电极修磨过程中的切削原理，可以克服现有技术中因原理性原因形成的诸多不足之处，为保证电极的修磨质量创造了必要条件。本发明通过改变刃具的工作方式和结构型式，将多刃口组合刃具引入到修磨器内，可由更多刃口分摊相同切削修磨量的切削应力，提高了刃具的使用寿命。本发明通过多刃口刃具的采用和刃口切削应力的大比例降低，允许将组合刃具的刃口制造的更为锐利，使组合刃具的刃口具备了小、微吃刀量的能力；在小、微吃刀量的条件下，刃口在切削工作过程中的切削应力进一步降低，进一步提高了组合刃具的使用寿命。本发明组合刃具在电极修磨过程中小、微吃刀量的能力为一系列有益的技术在电极自动修磨器内实施和工艺效果取得创造了良好的基础条件。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种用于电极自动修磨器的组合刃具，包括刀轴，所述刀轴的一端固定有锥齿轮；所述锥齿轮与所述刀轴之间采用径向连接销固定，所述刀轴上，自所述锥齿轮至所述刀轴的另一端依次设有第一滚动轴承组件、第一刃具、第二刃具、第二滚动轴承组件、垫圈和锁紧螺母；所述第一刃具横截面形状为圆形、并具有多条螺旋线型的刃口，所述第一刃具旋转时，刃口回转的轮廓轨迹与拟切削修磨的电极工作端平面相吻合；所述第二刃具的外表面上具有多条刃口，所述第二刃具旋转时，刃口回转的轮廓轨迹线与拟切削修磨的电极工作端侧面的轨迹线吻合。

进一步讲，本发明中，所述第一刃具为圆柱刃具，多条螺旋线型刃口的螺旋角ω1相同，所述圆柱刃具的直径D1、刃口数量n1和螺旋角ω1的关系如下：

第一刃具刃口的几何参数包括前角α、刃厚f、背角σ和刃后宽度e，所述参数的取值范围与点焊对象材质的关系如下：

本发明中，若所述第二刃具为弧面刃具，所述弧面刃具的表面是外凸弧面或是内凹弧面中的一种；所述弧面刃具的弧面半径与拟切削修磨的电极工作端侧面的弧面半径相吻合。所述弧面刃具包括有数个几何形状相同的刃口；所述弧面刃具的结构尺寸包括刃具大端直径D2、刃具小端直径D3和刃口数量n2；所述结构尺寸的取值范围与拟切削修磨的电极直径R及所述第二刃具刃口螺旋角ω2的关系如下：

本发明中，若所述第二刃具为圆台刃具，所述圆台刃具的锥角与拟切削修磨的电极工作端侧面的锥角相吻合。所述圆台刃具包括有数个几何形状相同的刃口；所述圆台刃具的结构尺寸包括刃具大端直径D2、刃具小端直径D3和刃口数量n3；所述结构尺寸的取值范围与拟切削修磨的电极直径R及所述圆台刃具刃口后倾角ε的关系如下：

本发明中，所述第二刃具刃口的几何参数包括前角λ、背角δ、刃厚b和刃厚背角θ；所述前角λ、背角δ、刃厚b和刃厚背角θ的关系如下：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)由于组合刃具中的各刃具均具有多刃刃口的特点，总切削应力由多刃口分摊，可提高刃具使用寿命数倍。

(2)允许刃口设计得更为锐利，并允许刃具在更小吃刀量条件下对电极待修磨表面切削修磨，易于实现对电极修磨量的有效控制和抑制对电极的过度切削，可大比例降低电极消耗量。

(3)降低电极修磨后工作表面的不平度，并提高电极工作表面与工件表面之间的平行度指标，对提高电极馈电效率和保证焊点质量极为有益。

附图说明

图1-1是本发明组合刀具中第一刃具的端向视图；

图1-2是本发明组合刀具中第一刃具的轴向剖视图；

图1-3是本发明组合刀具中第一刃具的立体结构示意图；

图2-1是本发明组合刀具中第二刃具为弧面刃具的轴向剖视图；

图2-2是图2-1所示弧面刃具的左视图；

图3-1是本发明组合刀具中第二刃具为圆台刃具的轴向剖视图；

图3-2是图3-1所示圆台刃具的左视图；

图4是本发明组合刀具中第二刃具的刃口结构及参数示意图；

图5是本发明组合刀具的轴向剖视图，其中的第二刃具为圆弧刃具。

图6是本发明组合刀具的轴向剖视图，其中的第二刃具为圆台刃具；

图7-1是拟切削修磨的电极工作端侧面为外凸形弧面的电极示意图；

图7-2是拟切削修磨的电极工作端侧面为内凸形弧面的电极示意图；

图7-3是拟切削修磨的电极工作端侧面为圆台表面的电极示意图；

图8-1是切削修磨后形成有放射性切削轨迹辉斑的电极的仰视图；

图8-2是图8-1中A-A位置的剖面；

图8-3是图8-2中B处局部结构放大图。

图中：1-圆柱刃具，2-弧面刃具，3-圆台刃具，4-刀轴，5-锥齿轮，6-连接销，71-第一轴承组件，72-第二轴承组件，8-垫圈，9-锁紧螺母，10-拟切削修磨的电极，11-外凸形弧面，12-内凹形弧面，13-圆台表面，14-电极工作端平面，16-切削轨迹辉斑。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

本发明提出的一种用于电极自动修磨器的组合刃具，如图5和图6所示，包括刀轴4，所述刀轴4的一端固定有锥齿轮5。所述锥齿轮5与所述刀轴4之间采用径向连接销6固定，所述刀轴4上，自所述锥齿轮5至所述刀轴4的另一端依次设有第一滚动轴承组件71、第一刃具、第二刃具、第二滚动轴承组件72、垫圈8和锁紧螺母9。

如图1-1、图1-2和图1-3所示，所述第一刃具横截面形状为圆形、并具有多条螺旋线型的刃口，所述第一刃具是一特制的多刃螺旋圆柱铣刀，所述第一刃具旋转时，刃口回转的轮廓轨迹与拟切削修磨的电极工作端平面14相吻合，工作过程中，该第一刃具(圆柱刃具1)只承担电极工作端平面14的切削加工工作，如图7-1、图7-2和图7-3所示。

本发明中，第一刃具的多条螺旋线型刃口的螺旋角ω1相同，所述第一刃具依其圆柱直径不同，刃具表面所开的刃口数量和刃口的螺旋角ω1也各不相同；所述螺旋角ω1表示的意义与圆柱铣刀标准中刃口螺旋角的含义完全相同；该圆柱刃具1的直径D1与其表面所开刃口数量Z＝n1和刃口螺旋角ω1的关系最好符合表1中的推荐值。

表1：圆柱刃具的直径与表面刃口数量和刃口螺旋角ω1选择对照表

所述圆柱刃具1刃口的几何形状可用刃具刃口的前角α、刃厚f、背角σ和刃后宽度e等参数共同描述；其中，前角α越大，表示刃口越锐利，但承受载荷的能力也相应降低；刃厚f、背角σ和刃后宽度e是共同表征刃口的刃后部分对刃口支撑能力的几何参数，刃厚f和刃后宽度e越大和刃口背角σ越小时，反映刃口刃后部位对刃口的支撑能力越强。所述参数与圆柱铣刀标准中各参数的意义相同；所述刃具刃口的前角α、刃厚f、背角σ和刃后宽度e之间的关系最好符合表2中的推荐值。

表2：圆柱刃具刃口几何形状各参数之间的关系

如图1-1和图1-2所示，d为圆柱刃具1的轴孔直径，因第一刃具(圆柱刃具1)与刀轴4为轴孔配合安装，其名义尺寸与刀轴4的外径相等；为了保证该圆柱刃具刃口基体部位的强度，刃具轴孔直径d可按d≥D1-3取值。h为圆柱刃具1与刀轴4之间采用半轴方式连接时圆柱刃具1上的轴孔高度，从保证刀轴4回转刚度和圆柱刃具1连接可靠性的角度考虑，轴孔高度可按h≥1取值；L1为圆柱刃具1的长度，其取值范围由拟修磨电极工作平面的直径，设计取值须保证L1≥拟修磨电极工作平面的半径+1。因所述圆柱刃具1在电极修磨时的切削应力极小，图1-1和图1-2所示的圆柱刃具1与刀轴的连接方式也可以采用键连接或胶接等连接方式。

本发明中，所述第二刃具的外表面上具有多条刃口，所述第二刃具旋转时，刃口回转的轮廓轨迹线与拟切削修磨的电极工作端侧面的轨迹线吻合。

如图7-1和图7-2所示，由于电极工作端侧面的形状有可能是外凸形弧面11或是内凹形弧面12或是圆台表面13，因此，所述第二刃具可能是弧面刃具2或是圆台刃具3。

若所述第二刃具为弧面刃具2，则其表面可能是外凸弧面或是内凹弧面(如图2-1所示)中的一种，所述弧面刃具2的弧面半径与拟切削修磨的电极工作端侧面的弧面半径相吻合，如图7-1或是图7-2所示。如图2-2所示，所述弧面刃具2包括有数个几何形状相同的刃口；所述弧面刃具2的结构尺寸包括刃具大端直径D2、刃具小端直径D3和刃口数量n2；因弧面刃具2的几何尺寸均比较小且为多刃曲面结构型式，从方便刃具制作角度考虑，可将弧面刃具刃口螺旋角ω2限定在≤5°范围之内；弧面刃具2的结构尺寸、刃口数量Z＝n2及弧面刃具刃口螺旋角ω2与拟切削修磨的电极直径R的关系最好符合表3中的推荐值。

表3：弧面刃具结构尺寸、刃口数量与螺旋角的关系

若所述第二刃具为圆台刃具3，如图3-1所示，所述圆台刃具3的锥角与拟切削修磨的电极工作端侧面的锥角相吻合；如图3-2所示，所述圆台刃具3包括有数个几何形状相同的刃口；所述圆台刃具3的结构尺寸包括刃具大端直径D2、刃具小端直径D3和刃口数量n3；因所述圆台刃具3较之所述弧面刃具2具有更好的加工工艺性，从利于排屑的角度考虑，圆台刃具3的刃口均设有后倾角ε，后倾角ε的角度最好为10°～15°之间。所述圆台刃具3的结构尺寸、刃口数量Z＝n3及圆台刃具刃口后倾角ε与拟切削修磨的电极直径R的关系最好符合表4中的推荐值。

表4：圆台刃具结构尺寸、刃口数量与螺旋角的关系

如图4所示，所述弧面刃具2和所述圆台刃具刃口的几何形状用刃具刃口的前角λ、背角δ、刃厚b和刃厚背角θ等参数共同描述。其中，刃口前角λ越大，表示刃口越锐利，但承受载荷的能力也会相应降低；背角δ、刃厚b和刃厚背角θ等参数是共同描述刃口背部对刃口支撑能力的参数，刃口刃厚b越大、背角δ与刃厚背角θ越小，表示刃口后部对刃口承载时的支撑能力越强；刃口前角λ、背角δ、刃厚b和刃厚背角θ等几何参数的关系最好符合表5中的推荐值。

表5：弧面刃具与圆台刃具刃口几何参数之间的关系

如图2-1和图2-2所示，第二刃具的轴孔直径也用d表示，并与第一刃具中的轴孔直径d具有相同的意义和相同的取值范围；刃具组合时，要求同一组组合刃具中的第一刃具与第二刃具的轴孔直径相等；h为第二刃具的轴孔高度，并与第一刃具中的轴孔高度h具有相同的意义和相同的取值范围；刃具组合时，要求同一组组合刃具中的第一刃具与第二刃具的轴孔高度相等。D4是为第二刃具装配时与第二轴承组件配合的工艺凸台的直径，其取值范围最好符合(所配合轴承内环内径+1)＜D4＜(所配合轴承内环外径)。L2是所述第二刃具的轴向总长度，L3是第二刃具含刃口深度时的刃口线在刃具轴线上的最大投影长度与该长度外侧刃口保证强度所需的材料厚度之和；从第二刃具制造成本的角度考虑，由D4与(L2-L3)所确定的圆柱凸台也可用直径尺寸与上述推荐取值相同的垫片代替。R为弧面刃具的弧面半径，其值等于弧面刃具拟加工电极工作端侧面的弧面半径；β1为弧面刃具为避免电极重复定位误差产生撞刀而设定的安全角；所述β1按如下方法设计，从弧面刃具2的弧面半径R在弧面刃具2的大端外沿的终点处作切线，该切线与弧面刃具轴线之间的夹角即为所述弧面刃具2的安全角β1。如图3-1和图3-2所示，β2是所述圆台刃具3的锥面倾角与圆台刃具轴线之间的夹角，其取值与圆台形电极工作端侧面的倾角相同；2*β2即为拟修磨圆台形电极工作端的锥角，也是圆台刃具的锥角。

本发明中，无论第一刃具的圆柱刃具1，还是第二刃具的弧面刃具2或圆台刃具3，均为复合曲面多刃口刃具，与现有技术中电极自动修磨器中多推荐使用的一体式单刃口刃具相比，本发明的多刃刃具除必须在第一刃具与第二刃具按图5或图6关系组合后才能使用外，还必须使图5或图6所示的组合刃具的轴线在电极修磨过程中始终保持与电极轴线垂直的状态旋转，即须保证组合刃具是以公转+自转形式工作时，才能取得对电极工作端面的修磨效果。所谓多刃刃具，是与现有技术多推荐使用的只带有一个刃口的刃具相比，本发明中的第一刃具和第二刃具的最小刃口数量为6。所谓刃具的复合曲面，系指所述刃具刃口细部的几何形状需由多尺寸和多角度共同描述。

作为第一刃具的圆柱刃具1在电极修磨过程中，只承担电极工作端工作表面平面的切削加工；作为第二刃具的弧面刃具2或圆台刃具3在电极修磨过程中，只承担电极工作端侧面的切削加工，弧面半径与方向或锥角等由工艺要求决定。

采用本发明组合刃具可为电极自动修磨器创造以下有利条件：其一，由多刃口分担现有技术中由单刃口承担的切削负荷，提高刃具的使用寿命；其二，由于刃口切削负荷大为降低，可使刃具的刃口制作得更为锐利，使刃具刃口可在微吃刀量条件下工作；通过微吃刀量切削方式的实现，可有效提高电极工作表面的平面度。

利用本发明组合刃具修磨后的电极工作表面具有放射性辉斑特点，可通过调整组合刃具的工作转速和第一刃具的圆柱刃具1的直径调整辉斑棱线的高度和密度；当点焊对象为铝或铝合金时，应选择小直径圆柱刃具1，通过增加辉斑棱线高度提高对铝或铝合金表面氧化膜的破坏能力；点焊钢材时，应选择大直径圆柱刃具1，以提高电极表面的平面度。修磨后的电极工作表面平面上形成如图8-1、图8-2和图8-3所示的放射性切削轨迹辉斑16；该切削轨迹辉斑16棱线的高度和棱线密度与本发明组合刀具中刃具切削转速和圆柱刃具1的直径有关；因此，可以利用该特点，当所修磨的电极是用于铝和铝合金点焊时，可通过适当提高棱线高度和棱线密度的方式，以取得对工件表面氧化膜更好的破碎效果；当点焊钢材时，则通过降低棱线高度和降低棱线密度的方法，以取得降低电极表面不平度的效果。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种用于电极自动修磨器的组合刃具，包括刀轴（4），所述刀轴（4）的一端固定有锥齿轮（5）；其特征在于：

所述锥齿轮（5）与所述刀轴（4）之间采用径向连接销（6）固定，所述刀轴（4）上，自所述锥齿轮（5）至所述刀轴（4）的另一端依次设有第一滚动轴承组件（71）、第一刃具、第二刃具、第二滚动轴承组件（72）、垫圈（8）和锁紧螺母（9）；

所述第一刃具横截面形状为圆形且为圆柱刃具（1）、并具有多条螺旋线型的刃口，所述第一刃具旋转时，刃口回转的轮廓轨迹与拟切削修磨的电极工作端平面相吻合；

所述第二刃具的外表面上具有多条刃口，所述第二刃具旋转时，刃口回转的轮廓轨迹线与拟切削修磨的电极工作端侧面的轨迹线吻合；

所述第二刃具为弧面刃具（2）或是圆台刃具（3）；

所述第二刃具为弧面刃具（2）时，所述弧面刃具（2）的表面是外凸弧面或是内凹弧面中的一种；所述弧面刃具（2）的弧面半径与拟切削修磨的电极工作端侧面的弧面半径相吻合；

所述第二刃具为圆台刃具（3）时，所述圆台刃具（3）的锥角与拟切削修磨的电极工作端侧面的锥角相吻合。

2.根据权利要求1所述用于电极自动修磨器的组合刃具，其特征在于：所述第一刃具的多条螺旋线型刃口的螺旋角ω1相同，所述圆柱刃具（1）的直径D1、刃口数量n1和螺旋角ω1的关系如下：

直径D1 刃口数量n1 螺旋角ω1 9mm 6～7个 10～15º 10 mm 6～8个 15～20º 11 mm 7～9个 20～25º 12 mm 8～12个 25～30º 13 mm 9～15个 30～35º

第一刃具刃口的几何参数包括前角α、刃厚f、背角σ和刃后宽度e，所述参数的取值范围与点焊对象材质的关系如下：

点焊对象材质 前角α 刃厚f 背角σ 刃后宽度e 钢板 3～8° f≥0.2 mm 15～25° ≥0.8 mm 铝板或铝合金 2.5～5° f≥0.3 mm 15～25° ≥0.8 mm

。

3.根据权利要求1所述用于电极自动修磨器的组合刃具，其特征在于：所述弧面刃具（2）包括有数个几何形状相同的刃口；所述弧面刃具（2）的结构尺寸包括刃具大端直径D2、刃具小端直径D3和刃口数量n2；所述结构尺寸的取值范围与拟切削修磨的电极直径R及所述第二刃具刃口螺旋角ω2的关系如下：

电极直径R 刃具大端直径D2 刃具小端直径D3 刃口数量n2 螺旋角ω2 13 mm ≥35 mm ≥9 mm 8～14个 0～3° 16 mm ≥43 mm ≥11 mm 14～20个 0～4° 20 mm ≥52 mm ≥12 mm 18～25个 0～5°

。

4.根据权利要求3所述用于电极自动修磨器的组合刃具，其特征在于，所述第二刃具刃口的几何参数包括前角λ、背角δ、刃厚b和刃厚背角θ；所述前角λ、背角δ、刃厚b和刃厚背角θ的关系如下：

刃口前角λ 刃口背角δ 刃口刃厚b 刃厚背角θ 4～8º 10～15º ≥0.8mm 12～20º

。

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