CN110842661A - 一种刀具钝化测量一体装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种刀具钝化测量一体装置及其使用方法，属于刀具加工设备领域。该刀具钝化测量一体装置中，机床框架底部设置有步进电机，步进电机输出轴通过联轴器和滚珠丝杠机构连接，滚珠丝杠机构固定连接有支撑架，支撑架上方设置有第一伺服电机和第二伺服电机，支撑架下方设置有公转转盘，公转转盘通过N个联动机构和N个自转转盘连接，每一个自转转盘下方均连接有对应的刀具夹紧机构，在滚珠丝杠机构两侧对称均布有若干导向柱，每个导向柱套设有对应的导套，导向柱和机床框架固定连接，导套和支撑架固定连接，导向柱贯穿导套，并能够相对滑动。其使法为：将刀具夹装在刀具夹紧机构上，通过滚珠丝杠机构将刀具上下移动，实现单台设备完成钝化和测量的目的。

Description

一种刀具钝化测量一体装置及其使用方法

技术领域

本发明属于刀具加工设备技术领域，具体涉及了一种刀具钝化测量一体装置及其使用方法。

背景技术

机械制造的主要加工方法是切削加工，而刀具是切削加工必不可少的硬件。通过高倍放大镜观察用磨刀机和砂轮磨削成形的刀具，发现其刃口存在大量的宽度为10～50μm微观缺口。这些微观缺口不仅使刀具的表面质量和强度有所降低，而且在切削加工中的力、热及振动等多因素作用下，会使刀具表面微观缺口产生扩展及延伸，从而导致了刀具的快速磨损以及破损失效，这将大幅降低了刀具的使用寿命，并且导致工件的加工质量难以保证，如何降低或减少刀具刃口处的磨削损伤对于提高刀具的切削性能至关重要。

新兴的刀具钝化技术是提高刀具寿命减少刀具磨损的有效措施。刀具钝化不仅消除了刀具刃口的微观缺陷，而且获得了适当的刃口微观几何参数和光滑的刃口表面，同时消除了刃口表面因磨削而产生的残余拉应力，有效提高刃口强度和切削过程的稳定性，延长刀具使用寿命。通过大量的切削试验和刃口钝化实践体会到：有一个好的刃口型式和刃口钝化质量也是刀具能否多快好省进行切削加工的前提。

随着现代制造技术的发展，刀具切削刃口几何形状可能要根据刀具材料和工件材料来调整，根据不同的切削加工工艺设计特定的切削刃口。刀具钝化机床实现了刀具刃口的科学的钝化处理，使刃口改善为光整的、规则的直线或曲线，从而可使刀具的平均使用寿命提高1.5-3倍。在刀具钝化生产过程中，拖拽式钝化方法较为常用，一般先是把刀具装夹到刀具钝化机上对刀具进行钝化，钝化过程中工件和磨料之间产生无序摩擦，然后把刀具拿到测量设备上测量其钝化结果，所得数据用于表征刃口几何，为了达到更好的钝化效果，需要大量的往复操作，这不仅增加了测量的累积误差，也增加了刀具的生产成本，同时降低了刀具生产效率。

发明内容

本发明要解决的技术难题是针对目前刀具钝化加工精度难以保证、测量累积误差大的问题，提供一种刀具钝化测量一体装置及其使用方法，实现单台设备完成钝化和测量的目的，本发明实现了刀具在钝化过程中，通过一次装夹后既能精准定位精确测量；同时实现了目标钝化值的准确测量，保证了钝化精度值的要求，减小了多次装夹多次测量而产生的误差。采用公转转盘上连接N个联动机构实现了一次钝化多把刀具。采用自转转盘直接连接刀具夹紧机构实现了刀具自转的精准控制。

本发明的一种刀具钝化测量一体装置，包括机床框架、步进电机、联轴器、滚珠丝杠机构、导向柱、导套、轴固定套、支撑架、第一伺服电机、第二伺服电机、公转转盘、N个联动机构、N个自转转盘、N个刀具夹紧机构、红外线扫描器、光学显微镜、磨料槽和磨料槽托架；

所述的机床框架底部设置有步进电机，步进电机输出轴通过联轴器和滚珠丝杠机构连接，滚珠丝杠机构固定连接有支撑架，所述的支撑架分为水平支撑架和垂直支撑架，水平支撑架上方设置有第一伺服电机和第二伺服电机，水平支撑架下方设置有公转转盘，公转转盘通过N个联动机构和N个自转转盘连接，每一个自转转盘下方均连接有对应的刀具夹紧机构，第一伺服电机和公转转盘连接，用于驱动公转转盘转动并驱动N个联动机构做向心/离心运动，第二伺服电机和N个自转转盘连接，用于驱动自转转盘转动，在刀具检测处的机床框架侧壁上设置有红外线扫描器和光学显微镜，用于对刀具刃口处进行精准定位和测量；

在刀具夹紧机构下方设置有磨料槽，磨料槽下方设置有固定在机体框架的磨料槽托架；

所述的刀具钝化测量一体装置还设置有若干个导向柱，其对称均布在滚珠丝杠机构两侧，每个导向柱上端和下端均通过轴固定套和机床框架固定连接，每个导向柱套设有对应的导套，并且导向柱与导套滑动相连，若干个导套和支撑架固定连接，并随支撑架上下移动，套装在导套内的导向柱保证了支撑架轴向位置不变。

所述的滚珠丝杠机构主要包括丝杠、螺母、螺母座和滚珠；丝杠贯穿螺母，且丝杠和螺母螺纹连接，在丝杠和螺母之间设置有滚珠，螺母上设置有螺母座，螺母座上设置有螺栓孔；

所述的步进电机输出轴通过联轴器和滚珠丝杠机构的丝杠连接，滚珠丝杠机构的螺母通过螺母座和支撑架连接，步进电机转动驱动滚珠丝杠机构的丝杠转动，丝杠上设置的螺母沿丝杠做上下移动，和螺母连接的螺母座带动支撑座上下移动。

所述的滚珠丝杠机构的螺母座和支撑架通过螺栓固定连接。

所述的N个联动机构均布在公转转盘的圆周上，在公转转盘设置有N个联动机构的各自对应的向心/离心轨道，所述的公转转盘转动带动N个联动机构以公转转盘轴心为中心、在公转转盘上沿向心/离心轨道做向心/离心运动，其中，N为大于等于1的正整数，优选为6个，公转转盘正传时，N个联动机构做向心运动，公转转盘反转时，N个联动机构做离心运动。

所述的支撑架由顶板、两个相对侧板和背板构成，顶板下方安装有背板，两个相对侧板分别固定在背板两侧，并与顶板连接，顶板作为水平支撑架，两个相对侧板和背板作为垂直支撑架，作为优选，支撑架开口一侧对应的机床框架侧面设置有红外线扫描器和光学显微镜。

所述的红外线扫描器和光学显微镜均和电脑联接。

所述的导向柱用于对支撑架进行精准定位，以保证刀具轴向精准定位。

进一步的，所述的刀具钝化测量一体装置中，在靠近背板一侧的机床框架上设置有步进电机固定座、丝杠固定座，步进电机固定设置在步进电机固定座上，滚珠丝杠机构的丝杠和丝杠固定座连接；

所述的步进电机固定座还可以设置在磨料槽托架下方，步进电机固定设置在步进电机固定座上，步进电机输出轴贯穿磨料槽托架，通过联轴器和滚珠丝杠机构的丝杠连接。

所述的刀具钝化测量一体装置的使用方法为：

(1)将待钝化测量的刀具夹持在刀具夹紧机构上；

(2)开启步进电机，步进电机带动滚珠丝杠机构将旋转运动转化为直线运动，与滚珠丝杠机构连接的支撑架作为被动工件，滚珠丝杠机构带动支撑架向下移动，待钝化测量的刀具随之移动，使得刀具钝化部位全部没入磨料槽中盛装的磨料中；

(3)开启第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机驱动公转转盘旋转，同时带动N个联动机构以公转转盘轴心为中心、沿公转转盘设置的向心/离心轨道做向心/离心运动，第二伺服电机驱动自转转盘，自转转盘转动带动刀具夹紧机构上的刀具自转；

(4)钝化加工后，步进电机带动滚珠丝杠机构做旋转运动，滚珠丝杠机构带动支撑架向上移动，使得刀具向上移动，同时，第一伺服电机驱动公转转盘反向旋转，同时带动N个联动机构以公转转盘轴心为中心、沿公转转盘设置的向心/离心轨道做离心运动，使得刀具置于设置有红外线扫描器和光学显微镜处，设置在机床框架侧面的红外线扫描器和光学显微镜开启，光学显微镜镜头伸缩至刀具刃口边缘，且两者相距10mm±1mm，对刀具刃口钝化值采用3D成像技术进行测量；

(5)对测量的刀具刃口钝化值进行判定，如果达到钝化要求，则不再继续，如果达不到要求，则重复步骤(2)-(4)，直至达到钝化要求为止。

所述的步骤(4)中，所述红外线扫描器对刀具进行精准定位，以保证光学显微镜能精确伸缩至刀具刃口边缘位置并测量刀具刃口钝化值。

本发明的一种刀具钝化测量一体装置及其使用方法，其有益效果是：本发明实现了刀具钝化过程中的实时测量，减少了反复装夹测量的次数，减小了因反复装夹造成的测量误差。采用第一伺服电机带动公转转盘，实现了刀具的公转，同时第一伺服电机带动联动机构向心/离心运动，实现了刀具的向心/离心运动。采用第二伺服电机单独驱动自转转盘，实现了刀具本身的自转。采用光学显微镜的测量，实现了对刀具钝化值的精准控制。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种刀具钝化测量一体装置的主视结构示意图；

图2为本发明实施例中的一种刀具钝化测量一体装置的右视结构示意图；

图3为本发明实施例中的一种刀具钝化测量一体装置中滚珠丝杠机构的连接结构示意图；

图4为本发明实施例中的一种刀具钝化测量一体装置中导向柱的连接结构示意图；

图5为本发明实施例中的一种刀具钝化测量一体装置中刀具向心/离心运动示意图；

图中：1、机床框架，2、步进电机，3、联轴器，4、轴固定套，5、滚珠丝杠机构，501、丝杠，502、螺母，503、螺母座，504、丝杠固定座，6、支撑架，601、顶板，602、侧板，603、背板，7、第一伺服电机，8、第二伺服电机，9、公转转盘，10、联动机构，11、自转转盘，12、刀具夹紧机构，13、红外线扫描器，14、光学显微镜，15、磨料槽，16、磨料槽托架，17、导向柱，18、导套。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

一种刀具钝化测量一体装置，其主视图结构示意图见图1，其右视结构示意图见图2，包括机床框架1、步进电机2、联轴器3、滚珠丝杠机构5、导向柱17、导套18、轴固定套4、支撑架6、第一伺服电机7、第二伺服电机8、公转转盘9、N个联动机构10、N个自转转盘11、N个刀具夹紧机构12、红外线扫描器13、光学显微镜14、磨料槽15和磨料槽托架16；

所述的滚珠丝杠机构5主要包括丝杠501、螺母502、螺母座503和滚珠；丝杠501贯穿螺母502，且丝杠501和螺母502螺纹连接，在丝杠501和螺母502之间设置有滚珠，螺母502上设置有螺母座503，螺母座503上设置有螺栓孔；

所述的机床框架1底部设置有步进电机2，步进电机2输出轴通过联轴器3和滚珠丝杠机构5的丝杠501连接，滚珠丝杠机构5的螺母502通过螺母座503和支撑架6螺栓连接，步进电机2转动驱动滚珠丝杠机构5的丝杠501转动，丝杠501上设置的螺母502沿丝杠501做上下移动，和螺母502连接的螺母座503带动支撑座6上下移动。

所述的支撑架6由顶板601、两个相对侧板602和背板603构成，顶板601下方安装有背板603，两个相对侧板602分别固定在背板603两侧，并与顶板601连接，顶板601作为水平支撑架，两个相对侧板602和背板603作为垂直支撑架，水平支撑架上方设置有第一伺服电机7和第二伺服电机8，水平支撑架下方设置有公转转盘9，公转转盘9通过N个联动机构10和N个自转转盘11连接，每一个自转转盘11下方均连接有对应的刀具夹紧机构12，第一伺服电机7和公转转盘9连接，用于驱动公转转盘9转动同时带动联动机构做向心/离心运动，第二伺服电机8和N个自转转盘11连接，用于驱动自转转盘11转动，在刀具检测处的机床框架1侧壁上设置有红外线扫描器13和光学显微镜14，用于对刀具刃口处进行精准定位和测量；

在刀具夹紧机构下方设置有磨料槽15，磨料槽15下方设置有固定在机体框架1的磨料槽托架16；

所述的刀具钝化测量一体装置还设置有两个导向柱17，其对称均布在滚珠丝杠机构5两侧，每个导向柱17上端和下端均通过轴固定套4和机床框架1固定连接，每个导向柱17套设有对应的导套18，并且导向柱17能够和导套18相对滑动，导套18和支撑架6固定连接，并随支撑架6上下移动，套装在导套18内的导向柱17保证了支撑架6轴向位置不变。

所述的N个联动机构均布在公转转盘的圆周上，在公转转盘设置有N个联动机构的各自对应的向心/离心轨道(见图3)，所述的公转转盘转动带动N个联动机构以公转转盘轴心为中心、在公转转盘上沿向心/离心轨道做向心/离心运动，其中，所述的N在本实施例为6个，公转转盘正传时，N个联动机构做向心运动，公转转盘反转时，N个联动机构做离心运动。

所述的红外线扫描器和光学显微镜均和电脑联接。

所述的导向柱用于对支撑架进行精准定位，以保证刀具轴向精准定位。

所述的刀具钝化测量一体装置中，在靠近背板603一侧的机床框架1上设置有步进电机固定座、丝杠固定座504，步进电机2固定设置在步进电机固定座上，滚珠丝杠机构5的丝杠501和丝杠固定座504连接。

一种刀具钝化测量一体装置的使用方法，包含以下步骤：

第一步：将刀具夹持在刀具夹紧机构12上；

第二步：启步进电机，步进电机带动滚珠丝杠机构将旋转运动转化为直线运动，与滚珠丝杠机构连接的支撑架作为被动工件，滚珠丝杠机构带动支撑架向下移动，待钝化测量的刀具随之移动，使得刀具钝化部位全部没入磨料槽中盛装的磨料中；

第三步：开启第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机驱动公转转盘旋转，同时带动N个联动机构以公转转盘轴心为中心、沿公转转盘设置的向心/离心轨道做向心/离心运动，第二伺服电机驱动自转转盘，自转转盘转动带动刀具夹紧机构上的刀具自转；

第四步：步进电机带动滚珠丝杠机构做旋转运动，滚珠丝杠机构带动支撑架向上移动，使得刀具向上移动，同时，第一伺服电机驱动公转转盘反向旋转，同时带动N个联动机构以公转转盘轴心为中心、沿公转转盘设置的向心/离心轨道做离心运动，使得刀具置于设置有红外线扫描器和光学显微镜处，设置在机床框架侧面的红外线扫描器和光学显微镜开启，通过红外线扫描器对刀具精准定位，使得光学显微镜镜头伸缩至刀具刃口边缘，且两者相距10mm，对刀具刃口钝化值采用3D成像技术进行测量；

第五步：对测量的刀具刃口钝化值进行判定，如果达到钝化要求，则不再继续，如果达不到要求，则重复第二步至第四步，直至达到钝化要求。

实施例2

一种刀具钝化测量一体装置，包括机床框架1，步进电机2，联轴器3，轴固定套4，滚珠丝杠机构5，导套18，导向柱17，支撑架6，第一伺服电机7，第二伺服电机8、公转转盘9，联动机构10，自转转盘11，刀具夹紧机构12，红外线扫描器13，光学显微镜14，磨料槽15，磨料槽托架16。

其中，所述滚珠丝杠机构5的螺母座与支撑架6通过螺栓固定，其结构示意图见图4；导向柱17与支撑架6通过导套18连接，导向柱17套装在导套18中，并能够相对滑动；导向柱17与机床框架1通过轴固定套4固定，其结构示意图见图5，步进电机2与滚珠丝杠机构5通过联轴器3连接，步进电机2转动驱动滚珠丝杠机构中的丝杠501转动，带动支撑架6上下移动。

所述的支撑架6上端用螺栓固定两台伺服电机，分别为第一伺服电机7和第二伺服电机8，支撑架6下端连接公转转盘9，公转转盘9底部连接N个联动机构10，每个联动机构10连接一个自转转盘11，自转转盘11上固定刀具夹紧机构12，第一伺服电机7和公转转盘9连接，第二伺服电机8和自转转盘11连接。

所述的红外线扫描器13和光学显微镜14固定在机床框架1侧面，连接到控制电脑。

所述磨料槽15固定在磨料槽托架16上面，磨料槽托架16与机床框架1通过螺栓固定连接。

所述的步进电机2驱动滚珠丝杠机构5，滚珠丝杠机构5带动支撑架6上下移动；第一伺服电机7驱动公转转盘9并通过联动机构10实现刀具公转和向心/离心运动；第二伺服电机8驱动自转转盘11，带动刀具夹紧机构12从而实现刀具自身的旋转；红外线扫描器13和光学显微镜14实现刀具精准定位和测量。

本实施例的刀具钝化测量一体装置的具体实施步骤包括：

第一步：将刀具夹持在刀具夹紧机构12上；

第二步：步进电机2带动滚珠丝杠机构5的丝杠501旋转，丝杠501带动螺母502在丝杠501上旋转向下移动，螺母502带动其连接的螺母座503向下移动，螺母座503带动其连接的支撑座6向下移动，支撑座6带动设置在刀具夹紧机构12上的刀具向下移动至刀具钝化部位全部没入磨料中；

第三步：第一伺服电机7带动公转转盘9旋转，同时带动联动机构10在公转转盘9上做向心/离心运动；第二伺服电机8带动自转转盘11旋转以达到刀具本身的自转；

第四步：钝化加工到一定时间后，步进电机2带动刀具向上移动，同时第一伺服电机驱动公转转盘旋转，使得刀具做离心运动靠近显微镜镜头处，同时显微镜镜头伸缩至刀具刃口边缘距离镜头10mm处，对刀具刃口钝化值采用3D成像技术进行测量；

第五步：对测量的刀具刃口钝化值进行判定，当满足设计要求，则不进行钝化处理，直接将刀具取出；当不满足钝化要求值时，重复第二步至第四步，直至达到钝化要求。

Claims (10)

1.一种刀具钝化测量一体装置，其特征在于，该刀具钝化测量一体装置包括机床框架、步进电机、联轴器、滚珠丝杠机构、导向柱、导套、轴固定套、支撑架、第一伺服电机、第二伺服电机、公转转盘、N个联动机构、N个自转转盘、N个刀具夹紧机构、红外线扫描器、光学显微镜、磨料槽和磨料槽托架；

所述的机床框架底部设置有步进电机，步进电机输出轴通过联轴器和滚珠丝杠机构连接，滚珠丝杠机构固定连接有支撑架，所述的支撑架分为水平支撑架和垂直支撑架，水平支撑架上方设置有第一伺服电机和第二伺服电机，水平支撑架下方设置有公转转盘，公转转盘通过N个联动机构和N个自转转盘连接，每一个自转转盘下方均连接有对应的刀具夹紧机构，第一伺服电机和公转转盘连接，用于驱动公转转盘转动并驱动N个联动机构做向心/离心运动，第二伺服电机和N个自转转盘连接，用于驱动自转转盘转动，在刀具检测处的机床框架侧壁上设置有红外线扫描器和光学显微镜，用于对刀具刃口处进行精准定位和测量；

在刀具夹紧机构下方设置有磨料槽，磨料槽下方设置有固定在机体框架的磨料槽托架；

所述的刀具钝化测量一体装置还设置有若干个导向柱，其对称均布在滚珠丝杠机构两侧，每个导向柱上端和下端均通过轴固定套和机床框架固定连接，每个导向柱套设有对应的导套，并且导向柱与导套滑动相连，若干个导套和支撑架固定连接，并随支撑架上下移动。

2.根据权利要求1所述的刀具钝化测量一体装置，其特征在于，所述的滚珠丝杠机构主要包括丝杠、螺母、螺母座和滚珠；丝杠贯穿螺母，且丝杠和螺母螺纹连接，在丝杠和螺母之间设置有滚珠，螺母上设置有螺母座，螺母座上设置有螺栓孔；

所述的步进电机输出轴通过联轴器和滚珠丝杠机构的丝杠连接，滚珠丝杠机构的螺母通过螺母座和支撑架连接，步进电机转动驱动滚珠丝杠机构的丝杠转动，丝杠上设置的螺母沿丝杠做上下移动，和螺母连接的螺母座带动支撑座上下移动。

3.根据权利要求2所述的刀具钝化测量一体装置，其特征在于，所述的滚珠丝杠机构的螺母座和支撑架通过螺栓固定连接。

4.根据权利要求1所述的刀具钝化测量一体装置，其特征在于，所述的N个联动机构均布在公转转盘的圆周上，在公转转盘设置有N个联动机构的各自对应的向心/离心轨道，所述的公转转盘转动带动N个联动机构以公转转盘轴心为中心、在公转转盘上沿向心/离心轨道做向心/离心运动，其中，N为大于等于1的正整数，公转转盘正传时，N个联动机构做向心运动，公转转盘反转时，N个联动机构做离心运动。

5.根据权利要求1所述的刀具钝化测量一体装置，其特征在于，所述的红外线扫描器和光学显微镜均和电脑联接。

6.根据权利要求1所述的刀具钝化测量一体装置，其特征在于，所述的导向柱用于对支撑架进行精准定位，以保证刀具轴向精准定位。

7.根据权利要求1所述的刀具钝化测量一体装置，其特征在于，所述的支撑架由顶板、两个相对侧板和背板构成，顶板下方安装有背板，两个相对侧板分别固定在背板两侧，并与顶板连接，顶板作为水平支撑架，两个相对侧板和背板作为垂直支撑架。

8.根据权利要求7所述的刀具钝化测量一体装置，其特征在于，所述的刀具钝化测量一体装置中，在靠近背板一侧的机床框架上设置有步进电机固定座、丝杠固定座，步进电机固定设置在步进电机固定座上，滚珠丝杠机构的丝杠和丝杠固定座连接。

9.根据权利要求8所述的刀具钝化测量一体装置，其特征在于，所述的刀具钝化测量一体装置中，在磨料槽托架下方设置有步进电机固定座，步进电机固定设置在步进电机固定座上，步进电机输出轴贯穿磨料槽托架，通过联轴器和滚珠丝杠机构的丝杠连接。

10.权利要求1-9所述的刀具钝化测量一体装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将待钝化测量的刀具夹持在刀具夹紧机构上；

(2)开启步进电机，步进电机带动滚珠丝杠机构将旋转运动转化为直线运动，与滚珠丝杠机构连接的支撑架作为被动工件，滚珠丝杠机构带动支撑架向下移动，待钝化测量的刀具随之移动，使得刀具钝化部位全部没入磨料槽中盛装的磨料中；

(3)开启第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机驱动公转转盘旋转，同时带动N个联动机构以公转转盘轴心为中心、沿公转转盘设置的向心/离心轨道做向心/离心运动，第二伺服电机驱动自转转盘，自转转盘转动带动刀具夹紧机构上的刀具自转；

(4)钝化加工后，步进电机带动滚珠丝杠机构做旋转运动，滚珠丝杠机构带动支撑架向上移动，使得刀具向上移动，同时，第一伺服电机驱动公转转盘反向旋转，同时带动N个联动机构以公转转盘轴心为中心、沿公转转盘设置的向心/离心轨道做离心运动，使得刀具置于设置有红外线扫描器和光学显微镜处，设置在机床框架侧面的红外线扫描器和光学显微镜开启，光学显微镜镜头伸缩至刀具刃口边缘，且两者相距10mm±1mm，对刀具刃口钝化值采用3D成像技术进行测量；

(5)对测量的刀具刃口钝化值进行判定，如果达到钝化要求，则不再继续，如果达不到要求，则重复步骤(2)-(4)，直至达到钝化要求为止。

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