CN107617978A - 一种可正前角加工的有序排布纤维刀具的原位修整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可正前角加工的有序排布纤维刀具的原位修整方法。所述原位修整方法为：当纤维刀具磨损严重时，保持其在机床主轴上原有位置不动，将安装有具有圆弧结构、直径与待修整纤维刀具相等、宽度比纤维刀具大的超硬磨料磨块的修整装置固定在机床工作台上；使机床主轴以与其正常切削时转动方向相反的方式旋转，调整工作台位置完成修整对刀；通过有弹簧的修整力调节机构能够获得并调整所需修整力，且在整个修整过程能自动进给，从而实现对纤维刀具的原位修整。本发明纤维刀具在修整时不需要拆装，避免出现位置误差，采用带有弹簧的修整力调节机构可以获得修整力并在修整过程中能够自动进给，具有修整速度快、修整精度高、自动进给等优点。

Description

一种可正前角加工的有序排布纤维刀具的原位修整方法

技术领域

本发明涉及一种纤维刀具的修整方法，尤其是一种可正前角加工的有序排布纤维刀具的原位修整方法。

背景技术

磨削加工技术是现代机械制造业中实现精密加工、超精密加工最有效、应用最广泛的工艺技术之一。但是磨削过程中承担切削任务的磨粒形状及其分布是随机的，单颗磨粒通常是大负前角加工，因此磨削时产生的热量多，这些热量往往在磨削区聚集并形成局部高温从而容易导致工件出现热损伤。

针对此现象，公开号为CN107243848A的专利“一种可正前角加工的螺旋有序排布纤维刀具及其制备方法”提出了一种可正前角加工的有序排布纤维刀具。这种纤维刀具以纤维代替传统砂轮中的磨粒，实现了正前角加工，同时其纤维有序排布的方式有助于冷却液注入切削区，不仅提高了加工效率，而且大大减少了加工过程中产生的热量，显著降低了切削温度和切削力。

但是纤维刀具长时间使用后，纤维的切削刃会被磨钝，导致加工效率显著降低，切削力比增大，切削热量和切削温度急剧增大等问题，因此必须对纤维刀具进行修整。传统修整方法需要将磨损后的纤维刀具从机床主轴上拆下，再装到特制的修整装置上对纤维进行刃磨，这种方法虽然能够对纤维钝化后的切削刃进行修锐使其重新变得锋利，但是修整过程中不能实现自动进给，影响修整效率；而且纤维刀具的拆装过程会也带来位置误差，从而影响后续的零件加工质量。

发明内容

为了解决纤维刀具长时间使用后纤维切削刃钝化，加工效率降低等问题，本发明提供了一种可正前角加工的有序排布纤维刀具的原位修整方法，采用该方法修整已钝化的纤维切削刃，可避免传统修整方法中因拆装过程带来的位置误差，且该修整方法能实现自动进给；该方法不仅实现了对纤维刀具的修整，使钝化切削刃重新变得锋利，保证纤维刀具仍能对工件进行正前角切削，使得纤维刀具能持续利用，延长有序排布纤维刀具的使用寿命，降低使用成本，而且不会带来位置误差，大大提高了修整后纤维刀具后续加工零件时的加工质量。

为了实现上述目的，本发明采用的原位修整方法，修整步骤如下：

步骤一、当纤维刀具的纤维磨损严重并形成大量钝化切削刃时，保持纤维刀具在机床主轴上进行切削时的原有位置不动；将具有圆弧结构且直径与待修整纤维刀具相等的磨块安装在磨块夹具的下导槽和上导槽内，磨块的上表面与磨块夹具的上导槽具有相同的斜度；移动磨块，使得磨块的上表面与磨块夹具的上导槽形成楔形配合并自锁，从而实现磨块夹具对磨块的夹紧，并构成刀具修整机构；所述磨块的宽度大于纤维刀具的宽度；所述磨块的两侧与磨块夹具的下导槽及上导槽的内侧是间隙配合；

步骤二、把安装有磨块的修整装置固定在机床工作台上，启动电机使机床主轴以与其正常切削时转动方向相反的方式旋转，安装在机床主轴上并保持原位不动的纤维刀具随着一起反转；调整工作台的位置，实现磨块与纤维刀具的修整对刀；

步骤三、转动修整力调节机构上的螺栓二，因为螺栓二与机架中的凸台上的螺纹孔二构成螺纹传动，因而转动螺栓二能够推动弹簧顶块并压缩弹簧导槽内的弹簧，在弹簧的推力作用下刀具修整机构在导轨上滑动，并使得磨块与纤维刀具保持接触，产生的接触力即所需要的修整力，从而实现磨块对纤维刀具的原位修整；修整过程中，在磨块的作用下纤维刀具上纤维的钝化切削刃会被逐渐修锐整形并形成新的锋利切削刃，同时纤维刀具在修整过程中因材料被不断磨除而其直径会变小，但是在弹簧的弹力作用下会使得磨块与纤维刀具始终保持接触，从而实现了修整过程的自动进给；调整螺栓二可以改变弹簧的压缩量，进而能够调节修整力的大小。

所述原位修整是指待修整的纤维刀具不需要拆装，而是将机床主轴反转，采用磨块实现对纤维刀具的修整，成功避免了传统修整方法中纤维刀具拆装过程所产生的位置误差。

所述磨块是具有圆弧结构的超硬磨料磨块，圆弧半径为R50~150 mm，宽度为20~40mm，磨块的上表面和磨块夹具的上导槽有相同的斜度，斜度为1:200~1:50。

所述磨块夹具的端面有螺纹孔一，转动螺栓一时，利用螺纹孔一与螺栓一形成的螺纹传动可将自锁后的磨块推出，完成不同尺寸规格磨块的更换。

所述机床主轴的转速为2000~3000 r/min，纤维刀具的外圆周线速度为10~45 m/s。

所述弹簧的最大压缩量为10~50 mm，产生的最大修整力为5~25 N。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

①可以实现对纤维刀具的原位修整。该方法既很好地完成了对纤维刀具上钝化切削刃的修锐，又成功避免了传统修整方法中因拆装过程产生的位置误差而引起的纤维刀具后续加工时产生径向的周期性跳动，大大提高了修整后纤维刀具后续加工零件时的加工质量。

②可以实现修整过程中的自动进给。刀具修整机构在弹簧的推力作用下沿着导轨具有向靠近纤维刀具方向移动的趋势，使得在修整过程中当纤维刀具和磨块都磨损时，磨块能够始终紧贴纤维刀具并保持修整所需的修整力，从而实现了修整过程的自动进给，确保了修整工作的持续进行，也避免了小进给修整量时出现的爬行现象，大大提高了修整效率和修整质量。

③可以实现不同尺寸规格纤维刀具在同一刀具修整机构上的修整。刀具修整机构中使用了磨块夹具，并配有多种不同尺寸的磨块，针对不同尺寸规格的纤维刀具只需要更换对应尺寸的磨块即可实现修整，可以达到“一机多用”的效果，显著提高了修整机构适用范围。

④可以提高容错能力。磨块与纤维刀具为柔性接触，修整力调节机构中的弹簧具有缓冲作用，在对刀过程中如果因误操作而产生过大移动量时，弹簧可以被压缩并起到缓冲作用，显著降低了没有弹簧时出现的刚性冲击给磨块和刀具带来的损伤，有效提高了修整过程的安全性。

⑤可以提高磨块的使用寿命。圆弧结构使得磨块的可用修整区域增大，磨块与纤维刀具接触区的磨损量也会保持一致，避免了磨块局部磨损严重现象的发生，显著提高了磨块超硬磨料层的利用率，有效降低了修整成本。

⑥磨块更换方便。采用磨块上表面与磨块夹具上导槽形成楔形配合并自锁的夹紧方式，可以快速完成磨块的装夹，同时通过螺栓推出磨块的拆卸方式，充分利用了螺纹传动对力的放大效果，使得拆卸磨块更加省时省力。

附图说明

图1为本发明原位修整示意图。

图2为本发明修整装置示意图。

图3为本发明修整装置爆炸图。

图4为本发明切削加工时纤维刀具正转示意图。

图5为本发明图4中纤维刀具磨损后纤维放大图。

图6为本发明原位修整时纤维刀具反转示意图。

图7为本发明图6中纤维刀具修锐后纤维放大图。

图8为本发明刀具修整机构示意图。

图9为本发明修整力调节机构示意图。

以上图1至图9的标示为。

1—机架，2—磨块，2-1—上表面，2-2—圆弧结构，3—磨块夹具，3-1—下导槽，3-2—上导槽，3-3—端面，4—螺栓一，5—弹簧，6—弹簧顶块，7—螺栓二，8—导轨条，9—滑块，10—导轨，11—凸台，12—弹簧导槽，13—螺纹孔一，14—螺纹孔二，15—螺纹孔三，16—纤维刀具，17—刀具修整机构，18—修整力调节机构，19—机床主轴，20—工件，21—纤维，21-1—钝化切削刃，21-2—锋利切削刃。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步说明。

参见图1至图9，一种可正前角加工的有序排布纤维刀具的原位修整方法的具体步骤如下。

步骤一、当直径为Φ200 mm，厚度为20 mm的纤维刀具16的纤维21磨损严重并形成大量钝化切削刃21-1时，保持纤维刀具16在机床主轴19上切削工件20时的原有位置不动；将具有圆弧结构2-2且直径与待修整纤维刀具16相等，厚度为25 mm的金刚石磨块2安装在磨块夹具3的下导槽3-1和上导槽3-2内，磨块2的一个侧面与下导槽3-1及上导槽3-2相对应的侧面贴合，同时磨块2的上表面2-1和磨块夹具3的上导槽3-2均具有1：100的斜度；移动磨块2，使得磨块2的上表面2-1与磨块夹具3的上导槽3-2形成楔形配合并自锁，从而实现磨块夹具3对磨块2的夹紧，并构成刀具修整机构17；更换不同尺寸规格的磨块2时，利用磨块2的上表面2-1与磨块夹具3的上导槽3-2形成楔形配合并自锁的夹紧方式，可以快速完成磨块2的装夹，同时通过螺栓一4与磨块夹具3端面3-3上的螺纹孔一13形成的螺纹传动推出磨块2的拆卸方式，充分利用了螺纹传动对力的放大效果，使得拆卸更加省力。

步骤二、把安装有磨块2的修整装置固定在机床工作台上，启动电机使机床主轴19以与其正常切削时转动方向相反的方式旋转，调整主轴转速为2000 r/min，安装在机床主轴19上并保持原位不动的纤维刀具16随着机床主轴19一起反转，纤维刀具16外圆周速度为11 m/s；调节工作台的位置，使磨块2靠近纤维刀具16，当磨块2与纤维刀具16外圆周接触并出现少量火花时，停止移动工作台，完成磨块2与纤维刀具16的修整对刀。显然纤维刀具16与磨块2呈圆弧形接触，圆弧结构2-2使得磨块2的可用修整区域面积增大，纤维刀具16与磨块2的接触区域磨损量也会保持一致，避免了磨块2出现局部磨损严重的问题，显著提高了磨块2超硬磨料层的利用率，有效降低了修整成本。

步骤三、缓慢转动修整力调节机构18上的螺栓二7，螺栓二7与机架1结构中凸台11上的螺纹孔二14构成螺纹传动，因而转动螺栓二7能够推动弹簧顶块6并压缩弹簧导槽12内的弹簧5，使弹簧5压缩量为10 mm，产生10 N的推力，在弹簧5的推力作用下，与导轨10结构中的滑块9连接的刀具修整机构17沿着导轨条8滑动，并使得磨块2与纤维刀具16保持接触，产生的接触力即所需要的修整力，导轨条8通过螺纹孔三15安装在机架1上；修整过程中，在磨块2上金刚石超硬磨料的作用下纤维刀具16上纤维21的钝化切削刃21-1会被逐渐修除并形成新的锋利切削刃21-2，同时因为纤维刀具16与磨块2相互磨损而导致纤维刀具16的直径变小，但是在弹簧5的弹力作用下会使得磨块2能够始终紧贴纤维刀具16并保持修整所需的修整力，从而实现了修整过程的自动进给，确保了修整工作的持续进行，也很好地避免了传统修整中小进给修整量时出现的爬行现象，大大提高了修整效率和修整质量；调整螺栓二7可以改变弹簧5的压缩量，进而能够调节修整力的大小。该修整方法不需要拆装纤维刀具16，本质上是磨块2对纤维刀具16的原位修整，既很好地完成了磨块2对纤维刀具16上纤维21的钝化切削刃21-1的修锐，又成功避免了纤维刀具16在拆装过程中产生的位置误差而引起的纤维刀具16在后续加工中产生径向周期性跳动，大大提高了修整后纤维刀具16后续加工工件20时的加工质量。

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡是在本发明的公开范围之内所做的任何等同替换、修改等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可正前角加工的有序排布纤维刀具的原位修整方法，其特征在于，修整步骤如下：

步骤一、当纤维刀具（16）的纤维（21）磨损严重并形成大量钝化切削刃（21-1）时，保持纤维刀具（16）在机床主轴（19）上进行切削时的原有位置不动；将具有圆弧结构（2-2）且直径与待修整纤维刀具（16）相等的磨块（2）安装在磨块夹具（3）的下导槽（3-1）和上导槽（3-2）内，磨块（2）的上表面（2-1）和磨块夹具（3）的上导槽（3-2）具有相同的斜度；移动磨块（2），使得磨块（2）的上表面（2-1）与磨块夹具（3）的上导槽（3-2）形成楔形配合并自锁，从而实现磨块夹具（3）对磨块（2）的夹紧，并构成刀具修整机构（17）；所述磨块（2）的宽度大于纤维刀具（16）的宽度；所述磨块（2）的两侧与磨块夹具（3）的下导槽（3-1）及上导槽（3-2）的内侧是间隙配合；

步骤二 、把安装有磨块（2）的修整装置固定在机床工作台上，启动电机使机床主轴（19）以与其正常切削时转动方向相反的方式旋转，安装在机床主轴（19）上并保持原位不动的纤维刀具（16）随着一起反转；调节工作台的位置，实现磨块（2）与纤维刀具（16）的修整对刀；

步骤三、转动修整力调节机构（18）上的螺栓二（7），因为螺栓二（7）与机架（1）中的凸台（11）上的螺纹孔二（14）构成螺纹传动，因而转动螺栓二（7）能够推动弹簧顶块（6）并压缩弹簧导槽（12）内的弹簧（5），在弹簧（5）的推力作用下刀具修整机构（17）在导轨（10）上滑动，并使得磨块（2）与纤维刀具（16）保持接触，产生的接触力即所需要的修整力，从而实现磨块（2）对纤维刀具（16）的原位修整；修整过程中，在磨块（2）的作用下纤维刀具（16）上的纤维（21）的钝化切削刃（21-1）会被逐渐修锐整形并形成新的锋利切削刃（21-2），同时纤维刀具（16）在修整过程中因材料被不断磨除而其直径会变小，但是在弹簧（5）的弹力作用下会使得磨块（2）与纤维刀具（16）始终保持接触，从而实现了修整过程的自动进给；调整螺栓二（7）可以改变弹簧（5）的压缩量，进而能够调节修整力的大小。

2.根据权利要求1所述的一种可正前角加工的有序排布纤维刀具的原位修整方法，其特征在于，所述原位修整是指待修整的纤维刀具（16）不需要拆装，而是将机床主轴（19）反转，采用磨块（2）实现对纤维刀具（16）的修整，成功避免了传统修整方法中纤维刀具（16）拆装过程所产生的位置误差。

3.根据权利要求1所述的一种可正前角加工的有序排布纤维刀具的原位修整方法，其特征在于，所述磨块（2）是具有圆弧结构（2-2）的超硬磨料磨块，圆弧半径为R50~150 mm，宽度为20~40 mm，磨块（2）的上表面（2-1）和磨块夹具（3）的上导槽（3-2）有相同的斜度，斜度为1:200~1:50。

4.根据权利要求1所述的一种可正前角加工的有序排布纤维刀具的原位修整方法，其特征在于，所述磨块夹具（3）的端面（3-3）有螺纹孔一（13），转动螺栓一（4）时，利用螺纹孔一（13）与螺栓一（4）形成的螺纹传动可将自锁后的磨块（2）推出，完成不同尺寸规格磨块（2）的更换。

5.根据权利要求1所述的一种可正前角加工的有序排布纤维刀具的原位修整方法，其特征在于，所述机床主轴（19）的转速为2000~3000 r/min，纤维刀具（16）的外圆周线速度为10~45 m/s。

6.根据权利要求1所述的一种可正前角加工的有序排布纤维刀具的原位修整方法，其特征在于，所述弹簧（5）的最大压缩量为10~50 mm，产生的最大修整力为5~25 N。