CN107309720B - 渐变倒棱刀具的磨削方法及磨削轨迹设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渐变倒棱刀具的磨削方法及磨削轨迹设计方法，将渐变倒棱结构离散化，分为多次磨削，通过每次改变磨削倾角和包络楔角的方式能够有效完成对渐变倒棱刀具倒棱结构的磨制；增设一次磨削，所用磨削轨迹与第一次磨削轨迹相同，磨削倾角略大于第一次磨削所用的磨削倾角，以避免磨削过程中在定参数倒棱区域形成过切区，从而消除对定参数倒棱区域造成的影响；采用钝化机对刀片倒棱面进行钝化处理，以降低磨削过程中产生的磨削划痕对刀片倒棱面的影响，提高刀片倒棱面的光洁度。

Description

渐变倒棱刀具的磨削方法及磨削轨迹设计方法

技术领域

本发明涉及刀具磨削技术领域，特别是涉及一种渐变倒棱刀具的磨削方法及磨削轨迹设计方法。

背景技术

在高速硬切削加工领域，常用的刀具有涂层硬质合金、陶瓷、以及PCBN等刀具,其中以PCBN刀具应用最广泛。PCBN刀具强度、硬度高，耐磨性好，热稳定性高和化学稳定性好，适合切削硬度较高的材料。同时，PCBN刀具材料易脆，通常在刀具刃口上磨制负倒棱，以提高刀具刃口强度，避免切削刃的不正常破损，延长刀具寿命，但负倒棱结构会使切屑积聚，导致切削阻力增大、切削温度升高，加剧刀具磨损和失效，且不利于切屑流动。与负倒棱PCBN刀具相比，渐变倒棱刀具能够有效控制切屑流动方向，使切屑协调流动，降低切削阻力和切削温度。同时，渐变倒棱结构所形成的切削刃为空间曲线刃，可以增大切削刃和工件的接触长度，减少单位切削刃上的负荷，提高刀具寿命。

尽管渐变倒棱刀具优点很多，但渐变倒棱刀具的倒棱部分结构较小，尺寸微观，无法用成形磨削等方法实现。目前，国内尚未有明确的提出可以磨制渐变倒棱PCBN刀具的厂家存在。

因此，提供一种渐变倒棱刀具的磨削方法及磨削轨迹设计方法，以完成渐变倒棱刀具的磨削，成为现在亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种渐变倒棱刀具的磨削方法及磨削轨迹设计方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够有效完成渐变倒棱刀具的磨制，并利用钝化机对磨削后的刀片倒棱面进行钝化处理，以降低磨削过程中产生的磨削划痕对刀片倒棱面的影响，提高刀片倒棱面的光洁度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种渐变倒棱刀具的磨削方法，包括如下步骤：

1)：定位刀片零点位置：将刀片固定在机床上，采用十字标线进行定位，具体通过十字标线到刀片的主切削刃和副切削刃的距离来定位刀片；

2)：设计磨削轨迹，对刀片进行磨制：将渐变倒棱结构离散化，分为多次进行磨削，每次磨削均改变包络楔角和磨削倾角，来磨削渐变倒棱结构；

3)：增设一次磨削：磨削轨迹与第一次磨削轨迹相同，磨削倾角大于第一次所用磨削倾角；

4)：进行钝化处理：利用钝化机对刀片倒棱面进行钝化处理，降低磨削过程中产生的磨削划痕对刀片倒棱面的影响，提高刀片倒棱面的光洁度。

优选的，所述步骤1)中取十字标线交点在刀尖圆弧所对应的圆心，即十字标线在刀尖的角平分线上，此时十字标线交点到刀片两侧的主切削刃和副切削刃的距离等于刀尖圆弧半径。

优选的，所述渐变倒棱结构包括定参数倒棱区域和变参数倒棱区域，定参数倒棱区域与主切削刃和副切削刃相对应，倒棱宽度和角度参数均为定值；变参数倒棱区域与刀尖圆弧的曲线相对应，倒棱宽度为定值，角度为变量，关于中心线对称，呈线性变化。

优选的，所述步骤2)中包络楔角为磨削过程中，两侧直线段磨削轨迹之间的夹角；磨削倾角为磨削过程中，砂轮端面与刀片前刀面之间夹角。

优选的，所述步骤2)中磨削倾角和包络楔角的变化成线性变化，以保证变参数倒棱区域的连续性。

一种磨削轨迹设计方法，

设磨削次数为n次，渐变倒棱角度变化范围(γ_A,γ_B)，刀尖楔角为θ，磨削过程中，包络楔角和磨削倾角的变化如下：

第1次磨削时，磨削倾角为γ₁(γ₁小于γ_A)，包络楔角为θ；

第m(m<n-1)次磨削时，磨削倾角为：

包络楔角为：

第n-1次磨削时，磨削倾角为γ_n-1(γ_n-1＝γ_B)，包络楔角为180°；

第n次磨削时，磨削倾角为γ_n(γ_n＝γ_A)，包络楔角为θ。

优选的，每次磨削轨迹的先后顺序可变，对应磨削轨迹的包络楔角和磨削倾角不可改变。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、将渐变倒棱结构离散化，分为多次磨削，能够有效完成渐变倒棱结构的磨削；

2、增设一次磨削，可消除磨削过程对定参数倒棱区域造成的影响；

3、采用钝化机对刀片倒棱面进行钝化处理，降低磨削过程中产生的磨削划痕对刀片倒棱面的影响，提高刀片倒棱面的光洁度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为刀片零点位置的确定示意图：

图2为渐变倒棱刀具刀尖倒棱部分的三视图；

图3为磨削过程中包络楔角和磨削倾角示意图；

图4为增设一次磨削轨迹前后刀片刀尖变参数倒棱区域的局部示意图；

图5为渐变倒棱刀具磨削轨迹规划示意图；

图6为磨削次数为8次的磨削刀片效果图；

其中，1为十字标线、2为刀尖圆弧、3为刀尖角平分线、4为主切削刃、5为副切削刃、6为定参数倒棱区域、7为变参数倒棱区域、8为刀尖圆弧刃线、9为包络楔角、10为磨削轨迹、11为刀片、12为截面、13为磨削倾角、14为砂轮、15为磨削划痕、16为第一次磨削轨迹、17为第二次磨削轨迹、18为第n-1次磨削轨迹、19为第n次磨削轨迹，20为过切区，21为变参数倒棱区域与定参数倒棱区域分界线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种渐变倒棱刀具的磨削方法及磨削轨迹设计方法，以解决现有技术存在的问题，能够有效完成渐变倒棱结构刀具的磨制，并利用钝化机对磨削后的刀片倒棱面进行钝化处理，降低磨削过程中产生的磨削划痕对刀片倒棱面的影响，提高刀片倒棱面的光洁度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种渐变倒棱刀具的磨削方法，包括如下步骤：

1)：定位刀片11零点位置：将刀片11固定在机床上，采用十字标线1进行定位，通过十字标线1到刀片11的主切削刃4和副切削刃5的距离来定位刀片11；

刀片11零点位置的定位是指机床对刀片11位置的识别，如图1所示,通常用十字标线1进行标定，十字标线1的位置可以为刀片11上任意点，通过十字标线1交点到刀片11的主切削刃4和副切削刃5的距离来定位刀片11；本发明中取十字标线1交点在刀尖圆弧2所对应的圆心，即十字标线1在刀尖角平分线3上，这样十字标线1交点到刀片11两侧的主切削刃4和副切削刃5的距离就等于刀尖圆弧2半径大小，便于计算。

2)：设计磨削轨迹10，对刀片11进行磨制：将渐变倒棱结构离散化，分为多次进行磨削，每次磨削均改变包络楔角9和磨削倾角13，来磨削渐变倒棱结构；

包络楔角9和磨削倾角13为磨削轨迹10设计的两个重要参数，如图3-a和图3-b所示，包络楔角9为磨削过程中，两侧直线段磨削轨迹10之间的夹角；磨削倾角13为磨削过程中，砂轮14端面与刀片11前刀面之间夹角；磨削倾角13和包络楔角9的变化成线性变化，以保证变参数倒棱区域7的连续性，其中12为刀片11倒棱部分的截面12。

3)：增设一次磨削：所用磨削轨迹10与第一次磨削轨迹16相同，磨削倾角13略大于第一次磨削所用的磨削倾角13，以消除对定参数倒棱区域6造成的影响。

如图2所示，图2-a、图2-b和图2-c分别为渐变倒棱刀具刀尖倒棱部分的主视图、左视图和俯视图；渐变倒棱刀具结构包括定参数倒棱区域6和变参数倒棱区域7，定参数倒棱区域6与主切削刃4和副切削刃5相对应，倒棱宽度和角度参数均为定值；变参数倒棱区域7与刀尖圆弧2曲线相对应，倒棱宽度为定值，角度为变量，关于中心线对称，呈线性变化；其中刀尖圆弧2处具有刀尖圆弧刃线8。

在磨削过程中，一部分磨削轨迹10会对定参数倒棱区域6造成影响，如图4-a所示，不增设一次磨削轨迹10的话，刀片11倒棱部分的磨削划痕15会超出变参数倒棱区域与定参数倒棱区域分界线21，在定参数倒棱区域6内同样产生磨削划痕15，形成过切区20，影响刀片11的加工质量；增设一次磨削轨迹10后，如图4-b所示，该磨削轨迹10将定参数倒棱区域6的磨削划痕15去掉，消除过切区20，避免了对定参数倒棱区域6的影响。理论上，磨削次数越多，其逼近效果越好。

4)：进行钝化处理：采用钝化机对刀片11倒棱面进行钝化处理，降低磨削过程中产生的磨削划痕15对刀片倒棱面11的影响，提高刀片11倒棱面的光洁度。

一种磨削轨迹设计方法，

设磨削次数为n次，渐变倒棱角度变化范围(γ_A,γ_B)，刀尖楔角为θ，磨削过程中，包络楔角9和磨削倾角13的变化如下：

第1次磨削时，磨削倾角13为γ₁(γ₁略小于γ_A)，包络楔角9为θ；

第m(m<n-1)次磨削时，磨削倾角13为：

包络楔角9为：

第n-1次磨削时，磨削倾角13为γ_n-1(γ_n-1＝γ_B)，包络楔角9为180°；

第n次磨削时，磨削倾角13为γ_n(γ_n＝γ_A)，包络楔角9为θ。

如图5所示，图5-a为第一次磨削，第一次磨削轨迹16所用包络楔角9与刀尖楔角相同，磨削倾角13略小于变参数倒棱区域7的倒棱角度的最小值；图5-b为第二次磨削，其具有第二次磨削轨迹17；图5-c为第n-1次磨削，第n-1次磨削轨迹18所用包络楔角9为180度，磨削轨迹为一条直线，磨削倾角13为变参数倒棱区域7的角度的最大值；图5-b为第n次磨削，第n次磨削轨迹19所用包络楔角9与第一次相同，磨削倾角13为变参数倒棱区域7的角度的最小值；能消除磨削过程对定参数倒棱区域6造成的影响。

其中，刀片11每次磨削轨迹10的先后顺序可以改变，但对应的磨削轨迹10所用包络楔角9和磨削倾角13不可改变。

以80°菱形刀片为例。设磨削次数10为8次，倒棱角度变化为(15°～30°)。

磨削过程中，包络楔角9和磨削倾角13变化如下：

第1次磨削时，磨削倾角13为10°，包络楔角9为80°；

第2次至6次磨削时，磨削倾角13分别为13.3°、16.6°、20°、23.3°、26.6°；包络楔角9分别为96.7°、113.4°、130°、146.7°、63.4°；

第7次磨削时，磨削倾角13为30°，包络楔角9为180°；

第8次磨削时，磨削倾角13为15°，包络楔角9为80°。

刀具磨削的仿真效果如图6所示。

本发明中将渐变倒棱结构离散化，分为多次磨削，能够有效完成渐变倒棱结构的磨削；增设一次磨削，可消除磨削过程对定参数倒棱区域6造成的影响；采用钝化机对刀片11倒棱面进行钝化处理，降低磨削过程中产生的磨削划痕15对刀片11倒棱面的影响，提高刀片11倒棱面的光洁度。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种渐变倒棱刀具的磨削方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)：定位刀片零点位置：将刀片固定在机床上，采用十字标线进行定位，具体通过十字标线到刀片的主切削刃和副切削刃的距离来定位刀片；

2)：设计磨削轨迹，对刀片进行磨制：将渐变倒棱结构离散化，分为多次进行磨削，每次磨削均改变包络楔角和磨削倾角，来磨削渐变倒棱结构；

3)：增设一次磨削：磨削轨迹与第一次磨削轨迹相同，磨削倾角大于第一次磨削所用的磨削倾角；

4)：进行钝化处理：利用钝化机对刀片倒棱面进行钝化处理，降低磨削过程中产生的磨削划痕对刀片倒棱面的影响，提高刀片倒棱面的光洁度；

所述步骤2)中包络楔角为磨削过程中，两侧直线段磨削轨迹之间的夹角；磨削倾角为磨削过程中，砂轮端面与刀片前刀面之间夹角。

2.根据权利要求1所述的渐变倒棱刀具的磨削方法，其特征在于：所述步骤1)中取十字标线交点在刀尖圆弧所对应的圆心，即十字标线在刀尖的角平分线上，此时十字标线交点到刀片主切削刃和副切削刃的距离均等于刀尖圆弧半径。

3.根据权利要求1所述的渐变倒棱刀具的磨削方法，其特征在于：所述渐变倒棱结构包括定参数倒棱区域和变参数倒棱区域，定参数倒棱区域与主切削刃和副切削刃相对应，倒棱宽度和角度参数均为定值；变参数倒棱区域与刀尖圆弧的曲线相对应，倒棱宽度为定值，角度为变量，关于中心线对称，呈线性变化。

4.根据权利要求1所述的渐变倒棱刀具的磨削方法，其特征在于：所述步骤2)中磨削倾角和包络楔角的变化成线性变化，以保证变参数倒棱区域的连续性。

5.一种磨削轨迹设计方法，其特征在于：

设磨削次数为n次，渐变倒棱角度变化范围(γ_A,γ_B)，刀尖楔角为θ，磨削过程中，包络楔角和磨削倾角的变化如下：

第1次磨削时，磨削倾角为γ₁，γ₁小于γ_A，包络楔角为θ；

第m次磨削时，m<n-1，磨削倾角为：

包络楔角为：

第n-1次磨削时，磨削倾角为γ_n-1，γ_n-1＝γ_B，包络楔角为180°；

第n次磨削时，磨削倾角为γ_n，γ_n＝γ_A，包络楔角为θ；

所述包络楔角为磨削过程中，两侧直线段磨削轨迹之间的夹角；磨削倾角为磨削过程中，砂轮端面与刀片前刀面之间夹角。

6.根据权利要求5所述的磨削轨迹设计方法，其特征在于：每次磨削轨迹的先后顺序可变，对应磨削轨迹的包络楔角和磨削倾角不可改变。