CN108705386A - 一种五轴联动自动数控磨刀机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数控磨刀机技术领域，具体涉及一种五轴联动自动数控磨刀机，包括机架、X轴滑台、Y轴滑台、Z轴升降器、C轴旋转台、A轴旋转夹具和磨刀砂轮，所述X轴滑台和Y轴滑台均设置于所述机架上并呈“T”型分布。所述C轴旋转台设置于所述X轴滑台上，C轴竖向设置且与X轴垂直；所述A轴旋转夹具设置于所述C轴旋转台上，A轴水平设置且与C轴垂直；所述Z轴升降器固定设置在所述Y轴滑台上，所述磨刀砂轮固定设置在所述Z轴升降器上。有益效果：本发明的五轴联动自动数控磨刀机可从多角度对刀胚进行加工，操作简单，便于学习与操作，使用者极易上手，稳定可靠，大大提高了复杂刃形刀具生产以及修磨的效率。

Description

一种五轴联动自动数控磨刀机

技术领域

本发明涉及数控磨刀机技术领域，具体涉及一种五轴联动自动数控磨刀机。

背景技术

磨刀机是指采用砂轮对刀片进行磨削的设备，主要分为手工磨刀机和自动磨刀机。现在为了提高生产效率大多采用数控磨刀机。

高精度复杂刃形合金刀具的出现和广泛应用，使得自动数控磨刀机成为切削刀具生产以及二次修磨的关键重要设备之一。经国内外资料检索后分析显示，目前发达国家已经掌握复杂刃形刀具的数控磨削关键核心技术，并研发出相应的全自动数控磨刀机。由于国内数控技术起步相对较晚，系统整体设计以及关键功能部件的研发相对迟缓，已经无法满足近几年市场快速增长的需求。

例如，中国专利CN105397579B公开的一种全自动数控磨刀机，包括工作台和控制箱，所述控制箱设置在工作台的一侧，所述工作台上设置有第一水平导轨、磨刀架、送料装置和卸料装置，所述卸料装置和磨刀架设置在第一水平导轨的同一侧，所述送料装置设置在第一水平导轨的末端的上方，所述第一水平导轨上方设置有与之垂直交叉的第二水平导轨，所述第二水平导轨上方设置有滑动座，所述滑动座上设置有一个回转台，所述回转台的顶部输出端连接设置有一个L形弯板，所述L形弯板内侧设置有一个刀片装夹装置，所述控制箱内设置有数控装置，所述卸料装置包括指向刀片装夹装置的卸料杆和摆动装置，所述摆动装置与卸料杆相连接以驱动其定角度摆动，所述数控装置与摆动装置相连接以控制其运转。

上述全自动数控磨刀机不能有效的控制磨刀砂轮动力总成和待磨刀胚的位置，无法从多个角度对待磨刀胚进行加工，因此无法加工高精度复杂刃形合金刀具。

因此，现在用于复杂刃形刀具制造与修磨的全自动数控磨刀机主要依赖进口，但这类设备往往价格非常昂贵且受到西方国家的层层限制，很大程度上影响了复杂刃形刀具的生产制造以及相关的应用推广。

综上，现在迫切需要研制出功能完善、成本低的用于高精度复杂刃形刀具加工的自动数控磨刀机。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供了一种五轴联动自动数控磨刀机，可用于复杂刃形刀具的加工，具有高效率、高精度的特点。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种五轴联动自动数控磨刀机，包括机架、X轴滑台、Y轴滑台、Z轴升降器、C轴旋转台、A轴旋转夹具和磨刀砂轮动力总成，所述X轴滑台和Y轴滑台均设置于所述机架上并呈“T”型分布；

所述C轴旋转台设置于所述X轴滑台上，C轴竖向设置且与X轴垂直，所述C轴旋转台在所述X轴滑台驱动下沿X轴运动；

所述A轴旋转夹具设置于所述C轴旋转台上，A轴水平设置且与C轴垂直，所述A轴旋转夹具在所述C轴旋转台驱动下围绕C轴转动，所述A轴为A轴旋转夹具上的待磨刀胚的自转轴；

所述Z轴升降器固定设置在所述Y轴滑台上，所述磨刀砂轮动力总成固定设置在所述Z轴升降器上，所述Y轴滑台用于驱动所述Z轴升降器和所述磨刀砂轮动力总成一同沿Y轴运动，所述磨刀砂轮动力总成在所述Z轴升降器的驱动下沿竖向运动。

优选的，所述X轴滑台包括：滑台底板、滚珠丝杆、水平移动顶板、丝杆防尘板、U型滑块和设置于所述滑台底板上的X轴伺服电机；

所述滑台底板与所述机架固定连接，所述滑台底板上平面四周为挡边结构设计，在滑台底板扁口下侧为回流槽结构设计，方便冷却液集中回收到冷却液槽中；

所述滑台底板与X轴平行的两侧均设有导轨，所述水平移动顶板与所述U型滑块以及滑台底板窄侧所述导轨滑动连接；

所述丝杆防尘板放置在U型滑块的U型槽中通过螺栓安装在丝杆安装立板与丝杆电机连接座上；

所述滚珠丝杆位于所述水平移动顶板的下方，其平行设置在所述导轨的内侧，滚珠丝杆与所述U型滑块的下侧通过丝杆螺母连接，所述滚珠丝杆的一端与X轴伺服电机的输出端连接，滚珠丝杆在所述X轴伺服电机驱动下转动并带动所述U型滑块水平移动顶板在导轨上沿X轴水平滑动。

优选的，所述C轴旋转台包括：C轴伺服电机、精密减速机和摆臂，所述精密减速机垂直安装于所述水平移动顶板的上侧，所述C轴伺服电机位于所述水平移动顶板的下方，C轴伺服电机贯穿水平移动顶板与所述精密减速机的下端连接，所述精密减速机的上端与所述摆臂的一端连接，摆臂水平设置。

优选的，所述A轴旋转夹具包括：基座、A轴伺服减速电机、第一同步带轮、第二同步带轮和刀胚夹具；

所述基座设置在C轴旋转台的摆臂远离所述精密减速机的一端上，所述刀胚夹具和A轴伺服减速电机均设置在所述基座上；

所述第一同步带轮设置在所述A轴伺服减速电机的输出端，所述第二同步带轮与所述刀胚夹具连接并且与刀胚夹具同步转动，第一同步带轮与所述第二同步带轮传动连接，A轴伺服减速电机通过所述第一同步带轮、所述第二同步带轮驱动所述刀胚夹具转动。

优选的，所述Z轴升降器包括：水平底板、垂直槽板和用于安装磨刀砂轮动力总成的主轴夹座，所述水平底板与所述Y轴滑台固定连接，所述垂直槽板垂直设置在所述水平底板上，所述主轴夹座安装在所述垂直槽板的凹槽上并可沿垂直槽板的凹槽竖向移动。所述Z轴升降器为手轮手动升降器，或伺服驱动升降器。

优选的，包括刀具参数检测机构，刀具参数检测机构包括安装底板，安装底板与所述Y轴滑台上的Y轴水平移动顶板固定连接，位于Z轴升降器的水平底板的右前部，所述安装底板上分别设置有刀长检测传感器和刃角检测传感器。

优选的，所述安装底板上还设有气动滑台，所述刃角检测传感器设置在所述气动滑台上并在所述气动滑台的控制下移动。

优选的，所述刃角检测传感器为接触式精密定位传感器，或光纤对射式传感器，或穿透式激光辨别传感器。

优选的，还包括冷却模块和防护模块，所述冷却模块包括冷却液槽、冷却循环泵、冷却喷嘴和连接管路，所述冷却液槽和冷却循环泵均设置在所述机架上位于所述X轴滑台的下方，所述冷却喷嘴设置在所述A轴旋转夹具上，所述冷却液槽、所述冷却循环泵和冷却喷嘴通过连接管路依次连通。所述防护模块主要包括固定防护围板、透明式掀盖、铰链以及助力气撑，所述固定防护围板四面环绕式安装机架上前方，将磨刀砂轮、C轴旋转台、A轴旋转夹具都包容在里面，防止冷却飞溅，所述透明式掀盖通过铰链与助力气撑固定在固定防护围板的上侧，掀开后便于刀具及砂轮更换，透明设计方便加工过程状态的监控。

优选的，还包括电气控制柜，电气控制柜设置在所述机架上位于所述Y轴滑台的下方，所述X轴滑台、所述Y轴滑台、所述Z轴升降器、所述C轴旋转台、所述A轴旋转夹具和所述磨刀砂轮动力总成均与电气控制柜电性连接。

本发明与现有技术相比，有益效果是：本发明的五轴联动自动数控磨刀机操作简单，便于学习与操作，使用者极易上手，稳定可靠。本发明可从多角度对刀胚进行加工，大大提高了复杂刃形刀具生产以及修磨的效率。

随着复杂刃形刀具需求的日益增长，本发明能满足机械制造加工企业对复杂刃形刀具的自动数控磨刀设备的需求，具有良好的市场应用前景。

另外，Z轴升降器的设计能够方便地实现磨刀砂轮动力总成中心高度的调整，解决不同刀具类型需要切换不同的砂轮接触线高度，兼顾五轴数控磨刀机姿态灵活优点与四轴联动机床成本的优势。

本发明还具有造价低廉、机构可靠、运行稳定、操作简单等优点。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的侧视图。

图3为本发明的俯视图。

图4为X轴滑台及Y轴滑台的主视图。

图5为X轴滑台及Y轴滑台的侧视图。

图6为X轴滑台及Y轴滑台的俯视图。

图7为C轴旋转台及A轴旋转夹具的主视图。

图8为C轴旋转台及A轴旋转夹具的侧视图。

图9为C轴旋转台及A轴旋转夹具的俯视图。

图10为砂轮动力总成的安装结构主视图。

图11为砂轮动力总成的安装结构侧视图。

图12为砂轮动力总成的安装结构俯视图。

图13为偏心接触式刀长检测结构主视图。

图14为偏心接触式刀长检测结构侧视图。

图15为偏心接触式刀长检测结构俯视图。

图16为偏心接触式刃角检测结构主视图。

图17为偏心接触式刃角检测结构侧视图。

图18为偏心接触式刃角检测结构俯视图。

图19为光纤对射式刀长检测结构主视图。

图20为光纤对射式刀长检测结构侧视图。

图21为光纤对射式刀长检测结构俯视图。

图22为光纤对射式刃角检测结构主视图。

图23为光纤对射式刃角检测结构侧视图。

图24为光纤对射式刃角检测结构俯视图。

图25为激光穿透式刀长检测结构主视图。

图26为激光穿透式刀长检测结构侧视图。

图27为激光穿透式刀长检测结构俯视图。

图28为激光穿透式刃角检测结构主视图。

图29为激光穿透式刃角检测结构侧视图。

图30为激光穿透式刃角检测结构俯视图。

图31为另一种砂轮动力总成的安装结构主视图。

图32为另一种砂轮动力总成的安装结构侧视图。

图33为另一种砂轮动力总成的安装结构后视图。

图34为另一种砂轮动力总成的安装结构俯视图。

图中：1机架，2X轴滑台，2-1滑台底板，2-2滚珠丝杆，2-3水平移动顶板，2-4X轴伺服电机，2-5导轨，2-6丝杆安装立板，2-7丝杆电机连接座，2-8丝杆防尘板,2-9容纳槽，2-10U型滑块，3Y轴滑台，3-1Y轴伺服电机，3-2Y轴滚珠丝杠，3-3Y轴丝杆安装立板，3-4Y轴水平移动顶板，3-5Y轴滑台底板，3-6Y轴丝杆电机连接座，4Z轴升降器，4-1水平底板，4-2垂直槽板，4-3主轴夹座，4-4角件，4-5手拧螺钉，4-6梯形丝杆，4-7丝杆安装板，4-8手轮，4-9加强筋板，4-10Z轴滑台，4-11Z轴丝杆电机安装座，4-12Z轴直线导轨，4-13滑块，4-14滚珠丝杠螺母支座，4-15气弹簧，4-16Z轴伺服电机，5C轴旋转台，5-1C轴伺服电机，5-2精密减速机，5-3摆臂，6A轴旋转夹具，6-1基座，6-2A轴伺服减速电机，6-3第一同步带轮，6-4第二同步带轮，6-5刀胚夹具，6-6支撑板，6-7法兰板，7磨刀砂轮动力总成，8刀具参数检测机构，8-1安装底板，8-2第一安装座，8-3气动滑台，8-4刀长检测传感器，8-5刃角检测传感器，8-6第二安装座，9冷却模块，9-1冷却液槽，9-2冷却循环泵，9-3冷却喷嘴，9-4连接管路，10电气控制柜，11电机，12防护罩，13LCD显示器，14警示灯，15待磨刀胚，16磨刀砂轮。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例中的附图，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的一部分实施例，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。

如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

实施例1：

如图1-6所示，本实施例提供了一种五轴联动自动数控磨刀机，包括机架1、X轴滑台2、Y轴滑台3、Z轴升降器4、C轴旋转台5、A轴旋转夹具6、磨刀砂轮动力总成7、刀具参数检测机构8、冷却模块9、防护模块和电气控制柜10。其中，所述X轴滑台2和Y轴滑台3均设置于所述机架1上并呈“T”型分布。

所述C轴旋转台5设置于所述X轴滑台2上，C轴竖向设置且与X轴垂直，所述C轴旋转台5在所述X轴滑台2驱动下沿X轴运动；所述A轴旋转夹具6设置于所述C轴旋转台5上，A轴水平设置且与C轴垂直，所述A轴旋转夹具6在所述C轴旋转台5驱动下围绕C轴转动，所述A轴为A轴旋转夹具6上的待磨刀胚15的自转轴；所述Z轴升降器4固定设置在所述Y轴滑台3上，所述磨刀砂轮动力总成7固定设置在所述Z轴升降器4上，所述Y轴滑台3用于驱动所述Z轴升降器4和所述磨刀砂轮动力总成7一同沿Y轴运动，所述磨刀砂轮动力总成7在所述Z轴升降器4的驱动下沿竖向运动。

所述冷却模块9包括冷却液槽9-1、冷却循环泵9-2、冷却喷嘴9-3和连接管路9-4，所述冷却液槽9-1和冷却循环泵9-2均设置在所述机架1上位于所述X轴滑台2的下方，所述冷却喷嘴9-3设置在所述A轴旋转夹具6上，所述冷却液槽9-1的下侧设置管路接口，通过连接管路9-4与所述冷却循环泵9-2、冷却喷嘴9-3依次连通，由冷却循环泵9-2将冷却液槽9-1中的冷却液输送到A轴旋转夹具6上的冷却喷嘴9-3中。

所述防护模块主要包括固定防护围板、透明式掀盖、铰链以及助力气撑，所述固定防护围板4面环绕式安装机架上前方，将磨刀砂轮、C轴旋转台、A轴旋转夹具都包容在里面，防止冷却飞溅，所述透明式掀盖通过铰链与助力气撑固定在固定防护围板的上侧，掀开后便于刀具及磨刀砂轮的更换，透明设计方便加工过程状态的监控。

所述X轴滑台2、所述Y轴滑台3、所述C轴旋转台5、所述A轴旋转夹具6、冷却模块9、刀具参数检测机构8和所述磨刀砂轮动力总成7均与电气控制柜10电性连接，其相互配合调整加工待磨刀胚15，实现多角度、五轴联动、高精度加工。

本实施例的电气控制柜10安装于机架1的中后部位于所述Y轴滑台3的下方，其采用PLC控制，属现有技术，用于接收开关、传感器等发出的控制信号，实现伺服电机的精确运动与刀具刃磨的参数化编程及控制功能。电气控制柜10内置嵌入式主机、四轴运动控制卡、伺服驱动器、变频器、继电器等电气原件。四轴运动控制卡通过LAN网线与计算机连接，与嵌入式主机、LCD显示器13以及键盘鼠标配合实现刀具刃磨的参数化编程及控制功能。伺服驱动器上承四轴运动控制卡下接各轴对应的伺服电机，配套实现伺服电机的精确运动。变频器上承四轴运动控制卡下接砂轮主轴电机，从而实现砂轮主轴电机的调速。控制卡通过继电器控制冷却液、警示灯的工作。嵌入式主机安装刀具刃磨专用控制程序，能为用户提供良好的HMI人机界面，实现铣刀、丝锥、钻头、匕首等典型刃面的参数化编程及运动译码控制。

如图4-6所示，本实施的X轴滑台2位于机架1的前部，所述X轴滑台2包括：滑台底板2-1、滚珠丝杆2-2、水平移动顶板2-3和设置于所述滑台底板2-1上的X轴伺服电机2-4。

所述滑台底板2-1位于整个X轴滑台2的最底部，滑台底板2-1固定安装在所述机架1上，其呈扁“口”形状。所述滑台底板2-1上沿其中一侧边沿开设一个容纳槽2-9，从而使位于水平移动顶板2-3下方的C轴伺服电机5-1可以沉入该容纳槽2-9内，使X轴滑台2和C轴旋转台5安装地更加紧凑，节省设备体积和占用空间。容纳槽2-9使扁“口”状的滑台底板2-1的两长边侧的宽窄不一致，使其分割形成一个宽侧部和一个窄侧部。

滑台底板2-1上平面四周为“挡边”结构设计，在滑台底板2-1扁口下侧为“回流槽”结构设计，方便冷却液集中回收到9-1冷却液槽中。

所述滑台底板2-1与X轴平行的两侧均设有一个直线型的导轨2-5，导轨2-5通过垫块固定在滑台底板2-1上，所述水平移动顶板2-3固定安装在所述导轨2-5上的滑块，可沿X轴在导轨2-5上滑动。

滑台底板2-1上在宽侧部的一端安装一块丝杆安装立板2-6，在扁“口”宽侧部的另一端，平行于丝杆安装立板2-6固定安装一个丝杆电机连接座2-7。丝杆电机连接座2-7内部安装一对角接触轴承，角接触轴承平行于导轨2-5安装，且位于导轨2-5的内侧，滚珠丝杆2-2通入丝杆电机连接座2-7内与角接触轴承转动配合。

所述滚珠丝杆2-2设置在所述水平移动顶板2-3的下方，滚珠丝杆2-2一端通过角接触轴承与丝杆电机连接座2-7连接，从而滚珠丝杆2-2安装在在扁“口”宽侧长边处的导轨2-5内侧且平行于所述导轨2-5。

所述滚珠丝杆2-2上侧设置一U型滑块2-10，所述U型滑块2-10下侧安装有丝杆螺母，滚珠丝杆2-2与丝杆螺母螺纹连接。

所述滚珠丝杆2-2的上方设置一丝杆防尘板2-8。丝杆防尘板2-8位于丝杆电机连接座2-7上侧，放置在U型滑块2-10的U型槽中，通过螺栓安装在丝杆安装立板2-6与丝杆电机连接座2-7上；U型滑块2-10上侧通过螺栓连接水平移动顶板2-3，带动水平移动顶板2-3在X轴方向移动。

X轴伺服电机2-4的输出轴外套有联轴器，滚珠丝杆2-2从丝杆电机连接座2-7一侧穿过角接触轴承至丝杆电机连接座2-7另一侧后，通入该联轴器内，从而完成与X轴伺服电机2-4的连接。滚珠丝杆2-2在所述X轴伺服电机2-4驱动下转动并通过丝杆螺母带动所述水平移动顶板2-3在导轨2-5上沿X轴水平滑动，从而为磨削走刀提供X轴的精密定位运动。

本实施例中，所述的Y轴滑台3与所述X轴滑台2具有相同的结构，包括：Y轴伺服电机3-1，Y轴滚珠丝杠3-2，Y轴丝杆安装立板3-3，Y轴水平移动顶板3-4，Y轴滑台底板3-5,Y轴丝杆电机连接座3-6、Y轴直线导轨。Y轴滑台底板3-5垂直所述滑台底板2-1布置在机架1上。在Y轴滑台底板3-5上的远离X轴滑台2的一端安装Y轴伺服电机3-1，Y轴伺服电机3-1的右端在Y轴滑台底板3-5上安装,Y轴丝杆电机连接座3-6，在Y轴滑台底板3-5的另一端平行于Y轴丝杆电机连接座3-6固定设置Y轴丝杆安装立板3-3，通过Y轴丝杆安装立板3-3、Y轴丝杆电机连接座3-6安装所述Y轴滚珠丝杠3-2。Y轴滚珠丝杠3-2与Y轴伺服电机3-1连接。Y轴滚珠丝杠3-2与Y轴水平移动顶板3-4通过螺母螺纹连接，通过Y轴滚珠丝杠3-2带动滑块在Y轴直线导轨上传动，从而实现固定在滑块上的Y轴水平移动顶板3-4在Y轴方向的水平运动。

如图7-9所示，本实施例所述的C轴旋转台5包括：C轴伺服电机5-1、精密减速机5-2和摆臂5-3，所述精密减速机5-2垂直安装于所述水平移动顶板2-3的上侧，所述C轴伺服电机5-1设置于所述水平移动顶板2-3的下方并贯穿水平移动顶板2-3与所述精密减速机5-2的下轴端连接，所述精密减速机5-2的上轴端与所述摆臂5-3的一端连接，摆臂5-3水平设置，为刀具磨削提供围绕C轴的运动。

所述滑台底板2-1上与C轴伺服电机5-1相对处开设一容纳槽2-9，从而使位于水平移动顶板2-3下方的C轴伺服电机5-1沉入该容纳槽2-9，使X轴滑台2和C轴旋转台5安装地更加紧凑，节省设备体积和占用空间。

本实施例中所述的A轴旋转夹具6包括：基座6-1、A轴伺服减速电机6-2、第一同步带轮6-3、第二同步带轮6-4和用于固定待磨刀胚15的刀胚夹具6-5。

所述基座6-1固定安装在所述C轴旋转台5的摆臂5-3远离所述精密减速机5-2的一端上，所述刀胚夹具6-5固定设置在所述基座6-1上。基座6-1上在刀胚夹具6-5的上方水平安装一块法兰板6-7，A轴伺服减速电机6-2安装在法兰板6-7上。

所述基座6-1的一侧竖向安装一块支撑板6-6，刀胚夹具6-5和A轴伺服减速电机6-2位于支撑板6-6的同一侧，所述第一同步带轮6-3和第二同步带轮6-4位于支撑6-6板的另一侧。

本实施例中的所述第一同步带轮6-3设置在所述A轴伺服减速电机6-2的输出轴端部，A轴伺服减速电机6-2的输出轴穿过所述支撑板6-6与第一同步带轮6-3连接。所述第二同步带轮6-4位于第一同步带轮6-3的下方与刀胚夹具6-5的尾端连接，刀胚夹具6-5的尾端贯穿至支撑板6-6的另一侧与所述第二同步带轮6-4连接，第二同步带轮6-4可与所述刀胚夹具6-5进行同步转动。第一同步带轮6-3的直径小于所述第二同步带轮的直径，第一同步带轮6-3与所述第二同步带轮6-4通过传动带传动连接。A轴伺服减速电机6-2通过所述第一同步带轮6-3、所述第二同步带轮6-4将动力传递至刀胚夹具6-5，驱动所述刀胚夹具6-5转动。所述刀胚夹具6-5为筒夹式刀杆或涨紧式刀杆，刀胚夹具6-5内安装待磨刀胚15，刀胚夹具6-5转动时，待磨刀胚15跟随转动，A轴即刀胚的自转轴。

所述冷却喷嘴9-3固定安装在法兰板6-7上位于A轴伺服减速电机6-2的边侧，提供磨削冷却液保障，保持刀胚温度稳定。

如图10-12所示，本实施例的手动方式的Z轴升降器4包括：水平底板4-1、垂直槽板4-2和用于安装磨刀砂轮动力总成7的主轴夹座4-3，所述水平底板4-1与所述Y轴滑台3的Y轴水平移动顶板3-4固定连接。

所述垂直槽板4-2垂直设置在所述水平底板4-1上，在水平底板4-1与垂直槽板4-2连接处设置角件4-4，通过角件4-4正交辅助加强固定。所述主轴夹座4-3侧卧式的安装在所述垂直槽板4-2的凹槽上，由四颗矩形布置的手拧螺钉4-5从所述垂直槽板4-2的另一侧穿过凹槽与主轴夹座4-3连接，将主轴夹座4-3压紧在垂直槽板4-2上。手拧螺钉4-5可拧松或拧紧。手拧螺钉4-5松开主轴夹座4-3时，主轴夹座4-3可沿垂直槽板4-2的凹槽竖向移动。

在本实施例中，Z轴升降器4还包括一梯形丝杆4-6，在垂直槽板4-2的上端侧水平设置一Z轴丝杆安装板4-7，梯形丝杆4-6垂直安装在Z轴丝杆安装板4-7上，梯形丝杆4-6的下端延伸并通入所述主轴夹座4-3的螺纹孔中与其螺纹连接。梯形丝杆4-6的上端安装手轮4-8对梯形丝杆4-6进行转动。调整高度时，将四颗手拧螺钉4-5拧松，手轮4-8旋转可通过梯形丝杆4-6带动主轴夹座4-3沿Z轴位置调整。

所述磨刀砂轮动力总成7包括电机11，电机11通过一驱动轴连接磨刀砂轮，驱动轴水平固定在主轴夹座4-3中，磨刀砂轮动力总成7固定安装在电机11的驱动轴的前端，驱动轴的另一端与电机11连接。在磨刀砂轮动力总成7的外侧还安装有防护罩12，防护罩12平行电机11的驱动轴的轴线，为磨削加工防护以及冷却液循环回收提供导向。整个磨刀砂轮动力总成7通过主轴夹座4-3固定在Z轴升降器4上。

本实施例在防护罩12的上方安装LCD显示器13以及警示灯14，警示灯14可以具有多种颜色，分别对应不同的工作状态，例如，绿色代表机器开始工作，红色代表机器停止工作，黄色代表机器暂停工作，便于对该磨刀机进行数控操作以及机床各种工作状态的显示。另外还配备键盘和鼠标，用于输入编程数据。

如图13-18所示，本实施例中的刀具参数检测机构8包括安装底板8-1，其位于Z轴升降器4的水平底板4-1的右前部，与所述Y轴滑台3上的Y轴水平移动顶板3-4固定连接，随磨刀砂轮动力总成7、所述Z轴升降器4一起沿Y轴运动，为对刀仪各元件提供支撑平台。所述安装底板8-1上分别设置有刀长检测传感器8-4和刃角检测传感器8-5。

为了方便控制对刀，在安装底板8-1上设置L形的第一安装座8-2，刀长检测传感器通过第一安装座8-2水平固定到安装底板的8-1的左侧。在所述安装底板8-1的右侧沿Y轴方向设置有气动滑台8-3，气动滑台8-3与电气控制柜10电连接，受电气控制柜10控制。在气动滑台8-3上设置第二安装座8-6，第二安装座8-6与气动滑台8-3滑动连接，刃角检测传感器8-5安装在第二安装座8-6上，并在所述气动滑台8-3的控制下由第二安装座8-6承载在Y轴方向上相对刀刃进行滑动。

本实施例中，所述刀长检测传感器8-4采用接触式精密定位传感器。接触式精密定位传感器的端部安装有合金圆片式测头，通过调节刀胚和接触式精密定位传感器的位置，可使该合金圆片式测头与刀尖接触，根据此时接触式精密定位传感器所处的Y方向位置检测出待磨刀胚15的初始刀长，为刀具磨削提供初始长度数据。

所述刃角检测传感器8-5采用偏心接触式精密定位传感器。偏心接触式精密定位传感器，通过第二安装座8-6固定在气动滑台8-3上，指形触块安装于偏心接触式精密定位传感器的端部，与刀刃接触检测为刀具磨削提供初始刃角数据。

所述气动滑台8-3可在需要刃磨时，控制刃角检测传感器8-5往后移动，提供给A轴旋转台控制的C轴旋转夹具调整的空间，或，刃磨结束后，控制刃角检测传感器8-5往前移动至与刀刃相对，进行对刀。

此外，刃角检测传感器8-5可采用另外两种传感器，在这两种方案中，刀长检测传感器8-4均采用接触式精密定位传感器。这两种方案刀长检测和刃角检测时各自的结构如下：

如图19-24所示，此种方案中，所述刃角检测传感器8-5采用光纤对射式传感器，通过第三安装座8-7固定在气动滑台8-3上，与刀胚轴线倾斜一定角度，刀刃旋转遮挡光束来判断初始刃角，非常适合小尺寸刀具的无应力非接触式刃角检测。

如图25-30所示，此种方案中，所述刃角检测传感器8-5采用穿透式激光辨别传感器，通过第四安装座8-8水平固定在气动滑台8-3上，通过刀刃旋转遮挡线光束大小来判断初始刃角，非常适合匕首片状刀具的非接触式刃角检测。

本实施例的工作原理：

在刃磨工作开始前，首先将刀胚固定至A轴旋转夹具6的筒夹式刀杆或者涨紧式刀杆中。然后，打开刀具刃磨专用编程控制软件，通过LCD显示器13、键盘、鼠标选择对应刀具类型。选择好相应的刀具类型后，设置刀具的刀刃参数、磨刀砂轮16的几何参数以及其它工艺参数等。

按下工作按钮之前，首先根据目标刀胚的参数来调节磨刀砂轮动力总成7在Z轴方向上的位置。先拧松Z轴升降器4上的四颗手拧螺钉4-5，然后旋转手轮4-8，可带动主轴夹座4-3沿Z轴调整到相应到位置。此时，X轴滑台2位于初始位置，C轴旋转台5的C轴与X轴垂直。

按下工作按钮后，警示灯14中的绿灯亮起，表明机器开始工作。此时，X轴滑台2中的X轴伺服电机2-4开始飞速旋转，通过滚珠丝杆2-2转动，与滚珠丝杆2-2连接的U型滑块2-10上方固定的水平移动顶板2-3在导轨2-5上滑动，从而实现水平移动顶板2-3在X轴上的水平运动，使水平移动顶板2-3到达与刀具参数检测机构8中安装在第一安装座8-2上的接触式精密定位传感器相对的位置。

此时固定在Y轴滑台3上的Y轴伺服电机3-1开始飞速旋转，通过Y轴滚珠丝杠3-2带动滑块在Y轴直线导轨上传动，从而实现固定在滑块上的Y轴水平移动顶板3-4在Y轴方向的水平运动，直至安装于接触式精密定位传感端部的合金圆片式测头接触到待磨刀胚15。根据此时接触式精密定位传感器所处的Y方向位置检测出待磨刀胚15的初始刀长，为刀具磨削提供初始长度数据进行初次对刀。

完成初次对刀后再二次对刀，进行刃角检测。此时固定在安装底板8-1右侧的气动滑台8-3通过气缸的伸出将通过第二安装座8-6固定在气动滑台8-3前部的刃角检测传感器8-5沿Y轴推到前端，此时X轴滑台2上的水平移动顶板2-3沿X轴正方向继续移动一小段距离进行二次刃角对刀。

对于刃角对刀中，刃角检测传感器8-5的选择有三种可选方案，不同的方案其刃角对刀过程会有差别，具体为：

1、刃角检测传感器8-5为偏心接触式精密定位传感器时，通过气动滑台8-3的气缸伸出将偏心接触式精密定位传感器沿Y轴推到前端，此时X轴滑台2上的水平移动顶板2-3沿X轴正方向继续移动一小段距离，直到刀胚接触到安装于偏心接触式精密定位传感器的端部的指形触块。

2、刃角检测传感器8-5为光纤对射式传感器时，其通过第三安装座8-7固定在气动滑台8-3上，相对刀胚轴线倾斜一定角度。气动滑台8-3通过气缸的伸出将光纤对射式传感器沿Y轴推到前端，此时X轴滑台2上的水平移动顶板2-3沿X轴正方向继续移动一小段距离，直至整个待磨刀胚15到达光纤对射式传感器对射的空间范围内，遮挡住对射的光束。

3、刃角检测传感器8-5为穿透式激光辨别传感器时，通过第四安装座8-8固定在气动滑台8-3上。气动滑台8-3通过气缸的伸出将光纤对射式传感器沿Y轴推到前端，此时X轴滑台2上的水平移动顶板2-3沿X轴正方向继续移动一小段距离，直至待磨刀胚15到达激光传感器8-1对射空间的中间，遮挡住激光线光束。

刃角对刀完成后，气动滑台8-3通过驱动刃角检测传感器8-5往后移动，完成收缩，将刃角检测传感器8-5传动至气动滑台8-3的尾端。

通过上述刃角检测传感器8-5接收到的信号，为刀具磨削提供初始刃角数据，显示在LCD显示器13上，根据初始数据调整程序，此时A轴旋转夹具6开始转动，通过第一同步带轮6-3和第二同步带轮6-4将动力传递至刀胚夹具6-5上，从而带动刀胚夹具6-5中刀胚围绕A轴旋转直至待磨刀胚15达到对应的刃角。

根据刀长检测传感器8-4和刃角检测传感器8-5提供的待磨刀胚15的初始长度以及刃角数据，在LCD显示器13上编写对应的程序，然后X轴滑台2上的水平移动顶板2-3向X轴负方向移动，直到使待磨刀胚15接触到磨刀砂轮16，此时使磨刀砂轮16开始转动，同时固定在机架1上位于X轴滑台2下方的冷却循环泵9-2根据数控程序设定开始启动，使冷却液槽9-1中的冷却液通过连接管路9-4流到固定在法兰板6-7上A轴伺服减速电机6-2边侧的冷却喷嘴9-3中，冷却喷嘴9-3的阀门打开，开始向刀胚表面喷洒冷却液，提供磨削冷却液保障。根据编写的数控程序，磨刀砂轮16开始对刀胚进行磨削，期间刀胚在A轴以及C轴方向都会根据设定的程序偏转相应的角度，其传动方式和上述一致，而冷却喷嘴9-3也会相应的偏转的一定的角度保证磨削冷却液喷洒在刀胚上，直到程序结束，最后冷却循环泵9-2关闭，冷却喷嘴9-3阀门关闭，冷却液回收进入冷却液槽9-1，X轴滑台2、Y轴滑台3、A轴旋转夹具6，C轴旋转台5都回到初始位置，警示灯14关闭，等待进行下一次磨削。

实施例2：

如图31-34所示，本实施例基于实施例1的基础上，改进了Z轴升降器4，使其成为自动式升降器。Z轴升降器4包括：水平底板4-1、垂直槽板4-2、加强筋板4-9、主轴夹座4-3、Z轴滑台4-10、Z轴丝杆电机安装座4-11、梯形丝杆4-6、Z轴直线导轨4-12、滑块4-13、滚珠丝杠螺母支座4-14、气弹簧4-15、Z轴伺服电机4-16。Z轴伺服电机4-16与电气控制柜10电连接。

所述水平底板4-1位于模块底部，垂直槽板4-2固定在水平底板4-1上，加强筋板4-9垂直于垂直槽板4-2，其底部与水平底板4-1固定连接，起到辅助加强固定的作用。Z轴滑台4-10安装在垂直槽板4-2上，主轴夹座4-3侧面卧式安装于Z轴滑台4-10上。Z轴滑台4-10固定在梯形丝杆4-6以及两个Z轴直线导轨4-12上的滑块4-13上，两个Z轴直线导轨4-12竖直固定在垂直槽板4-2的两侧和梯形丝杆4-6一起提供Z轴滑台4-10的传动。Z轴滑台4-10背面一侧通过螺栓连接着滚珠丝杠螺母支座4-14，滚珠丝杠螺母支座4-14的下方连接着紧靠垂直槽板4-2的外侧、固定在水平底板4-1上面的气弹簧4-15，气弹簧4-15用于为磨刀砂轮动力总成7提供支撑，便于对于磨刀砂轮动力总成7高度调整。Z轴丝杆电机安装座4-11固定在垂直槽板4-2的上端，梯形丝杆4-6固定在Z轴丝杆电机安装座4-11的下端，Z轴伺服电机4-16通过联轴器连接在安装于垂直槽板4-2上的Z轴丝杆电机安装座4-11的上端；初始时气弹簧4-15通过滚珠丝杆螺母支座4-14支撑起磨刀砂轮动力总成7，调整高度时Z轴伺服电机4-16转动，使梯形丝杆4-6带动Z轴滑台4-10在Z轴直线导轨4-12上滑动，从而完成主轴夹座4-3沿Z轴位置的高度调整，此时气弹簧4-15用于使磨刀砂轮动力总成7在Z轴方向的调节更加省力。

警示灯14的绿灯亮起后，根据目标刀胚的参数来调节磨刀砂轮动力总成7在Z轴的位置。Z轴伺服电机4-16飞速旋转通过梯形丝杆4-6带动固定在Z轴滑台4-10上的主轴夹座4-3在两Z轴直线导轨4-12上滑动，此时紧靠垂直槽板4-2且固定在水平底板4-1上的气弹簧4-15通过用螺栓连接在Z轴滑台4-10背面一侧的滚珠丝杆螺母支座4-14来支撑砂轮动力总成，帮助完成砂轮动力总成在Z轴方向上的调整。

随着复杂刃形刀具日益增长，本发明能市场对自动数控磨刀设备的需求，推广应用前景大。另外，Z轴滑台4-10的设计能够方便地实现砂轮中心高度的调整，解决不同刀具类型需要切换不同的砂轮接触线高度，兼顾五轴数控磨刀机姿态灵活点优点，以及与四轴联动机床成本的优势。此外，本发明还具有造价低廉、机构可靠、运行稳定、操作简单等优点。

本发明的五轴四联动自动数控磨刀机操作简单，稳定可靠，大大提高了复杂刃形刀具生产以及修磨的效率；同时，本发明简洁、美观的外观人机设计，便于学习与操作，使用者极易上手。

本发明成熟可靠的传动及机构组合设计，规范化标准化设计的理念，适合批量生产，生产成本低；本发明不限定于常规钻头、铣刀、丝锥、匕首的修磨，程序定制后可拓展用于其他非标刀具的修磨。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种五轴联动自动数控磨刀机，其特征在于：包括机架、X轴滑台、Y轴滑台、Z轴升降器、C轴旋转台、A轴旋转夹具和磨刀砂轮动力总成，所述X轴滑台和Y轴滑台均设置于所述机架上并呈“T”型；

所述C轴旋转台设置于所述X轴滑台上，C轴竖向设置且与X轴垂直，所述C轴旋转台在所述X轴滑台驱动下沿X轴运动；

所述A轴旋转夹具设置于所述C轴旋转台上，A轴水平设置且与C轴垂直，所述A轴旋转夹具在所述C轴旋转台驱动下围绕C轴转动，所述A轴为A轴旋转夹具上的待磨刀胚的自转轴；

所述Z轴升降器固定设置在所述Y轴滑台上，所述磨刀砂轮动力总成固定设置在所述Z轴升降器上，所述Y轴滑台用于驱动所述Z轴升降器和所述磨刀砂轮动力总成一同沿Y轴运动，所述磨刀砂轮动力总成在所述Z轴升降器的驱动下沿竖向运动。

2.根据权利要求1所述的一种五轴联动自动数控磨刀机，其特征在于，所述X轴滑台包括：滑台底板、滚珠丝杆、水平移动顶板、丝杆防尘板、U型滑块和设置于所述滑台底板上的X轴伺服电机；

所述滑台底板呈扁口状，所述滑台底板与所述机架固定连接，所述滑台底板上表面沿周缘设置有挡边，滑台底板的扁口下边沿设有用于配合挡边将冷却液集中回收到冷却液槽中的回流槽；

所述滑台底板与X轴平行的两侧均设有导轨，所述水平移动顶板与所述U型滑块以及滑台底板窄侧的所述导轨滑动连接；

所述丝杆防尘板放置在U型滑块的U型槽中通过螺栓安装在丝杆安装立板与丝杆电机连接座上；

所述滚珠丝杆位于所述水平移动顶板的下方，其平行设置在所述导轨的内侧，滚珠丝杆与所述U型滑块的下侧通过丝杆螺母连接，所述滚珠丝杆的一端与X轴伺服电机的输出端连接，滚珠丝杆在所述X轴伺服电机驱动下转动并带动所述U型滑块水平移动顶板在导轨上沿X轴水平滑动。

3.根据权利要求2所述的一种五轴联动自动数控磨刀机，其特征在于，所述C轴旋转台包括：C轴伺服电机、精密减速机和摆臂，所述精密减速机垂直安装于所述水平移动顶板的上侧，所述C轴伺服电机位于所述水平移动顶板的下方，C轴伺服电机贯穿水平移动顶板与所述精密减速机的下端连接，所述精密减速机的上端与所述摆臂的一端连接，摆臂水平设置。

4.根据权利要求3所述的一种五轴联动自动数控磨刀机，其特征在于，所述A轴旋转夹具包括：基座、A轴伺服减速电机、第一同步带轮、第二同步带轮和刀胚夹具；

所述基座设置在所述C轴旋转台的摆臂远离所述精密减速机的一端上，所述刀胚夹具和A轴伺服减速电机均设置在所述基座上；

所述第一同步带轮设置在所述A轴伺服减速电机的输出端，所述第二同步带轮与所述刀胚夹具连接并且与刀胚夹具同步转动，第一同步带轮与所述第二同步带轮传动连接，A轴伺服减速电机通过所述第一同步带轮、所述第二同步带轮驱动所述刀胚夹具转动。

5.根据权利要求1所述的一种五轴联动自动数控磨刀机，其特征在于，所述Z轴升降器包括：水平底板、垂直槽板和用于安装磨刀砂轮动力总成的主轴夹座，所述水平底板与所述Y轴滑台固定连接，所述垂直槽板垂直设置在所述水平底板上，所述主轴夹座安装在所述垂直槽板上并可沿垂直槽板的凹槽竖向移动。

6.根据权利要求1所述的一种五轴联动自动数控磨刀机，其特征在于，包括刀具参数检测机构，刀具参数检测机构包括安装底板，安装底板与所述Y轴滑台上固定连接，安装底板位于Z轴升降器的水平底板的右前部；所述安装底板上分别设置有刀长检测传感器和刃角检测传感器。

7.根据权利要求6所述的一种五轴联动自动数控磨刀机，其特征在于，所述安装底板上还设有气动滑台，所述刃角检测传感器设置在所述气动滑台上并在所述气动滑台的控制下移动。

8.根据权利要求6或7所述的一种五轴联动自动数控磨刀机，其特征在于，所述刃角检测传感器为接触式精密定位传感器，或光纤对射式传感器，或穿透式激光辨别传感器。

9.根据权利要求1所述的一种五轴联动自动数控磨刀机，其特征在于，还包括冷却模块，所述冷却模块包括冷却液槽、冷却循环泵、冷却喷嘴和连接管路，所述冷却液槽和冷却循环泵均设置在所述机架上位于所述X轴滑台的下方，所述冷却喷嘴设置在所述A轴旋转夹具上，所述冷却液槽、所述冷却循环泵和冷却喷嘴通过连接管路依次连通。

10.根据权利要求1所述的一种五轴联动自动数控磨刀机，其特征在于，还包括电气控制柜，电气控制柜设置在所述机架上位于所述Y轴滑台的下方，所述X轴滑台、所述Y轴滑台、所述Z轴升降器、所述C轴旋转台、所述A轴旋转夹具和所述磨刀砂轮动力总成均与电气控制柜电性连接。