CN111015494B - Cvd金刚石涂层刀具自动化打磨预处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明CVD金刚石涂层刀具自动化打磨预处理装置涉及金刚石刀具打磨预处理自动化装置。包括可调变速电机组件、电机滚珠丝杠组件、刀具装夹传动组件、电气动控制装置和主体支架；主体支架包括底板和两根平行的纵向支架，底板固定在两根纵向支架底部之间，在纵向支架上部连接有电机滚珠丝杠组件；在底板上的一边固定有震动器，在震动器上部开有刀具打磨孔，在震动器内装有金刚石粉末，用在震动的同时对刀具进行初步打磨；在底板上另一边固定有打磨腔体，在打磨腔体底部设有毛毡，在毛毡上放置有金刚石粉末，用于刀具的二次打磨。能同时进行单把或多把尺寸不同刀具的金刚石预处理，提高了刀具预处理的效率，降低生产成本。

Description

CVD金刚石涂层刀具自动化打磨预处理装置
技术领域
本发明CVD金刚石涂层刀具自动化打磨预处理装置涉及金刚石刀具打磨预处理自动化装置。
背景技术
CVD（化学气相沉积）金刚石涂层硬质合金刀具作为新型涂层工具，具有较高的物理性能，特点硬度大、可有效的降低刀具加工时的切削阻力等。与传统的硬质合金刀具相比，性能有较大的提高，增加了材料的耐磨性，延长了刀具的使用寿命。在高密度复合材料、高硬度贵金属材料、航天材料等相关的领域有巨大的前景。
根据调查发现，在化学法沉积金刚石刀具的过程中，需要对不同大小的刀具进行粗化。在刀具预处理的过程中，需要人工用微米级的金刚石对预处理刀具表面进行初步打磨粗化，在硬质合金刀具需要沉积金刚石处打磨出微小的凹坑，有利于化学沉积金刚石涂层更加稳定高效；但在现有的预处理过程中，只能进行单人单刀的打磨预处理，且用时二十分钟左右，大量浪费人力，效率低下。
金刚石的单价比较贵，人工使用金刚石容易造成金刚石的浪费与损失，大批量预处理刀具的过程中，人工来不及进行仔细的表面粗糙化，如果表面不能够均匀的粗糙化，对化学法沉积金刚石刀具涂层的稳定性造成较大影响。人工对未处理刀具进行表面粗糙化，需要佩戴口罩，因为金刚石粉末吸入肺中，对人体产生伤害，人工直接手动打磨，容易造成金刚石粉尘的吸入，危害人体健康。
现有技术中手工预处理CVD刀具存在的以下劣势：在粗糙度质量方面，人工打磨会出现打磨不完全或不均匀的现象，这种结果会直接影响后期热丝法沉积金刚石涂层的质量（刀具好坏的重要标志）；在效率方面，人工操作只能进行单根刀具的打磨，且时间消耗较长，人工成本增加；在环保安全方面，人工直接接触金刚石粉末，金刚石粉磨会进入人体呼吸道，对人体造成伤害，人工打磨刀具的过程中，金刚石粉末浪费较多，原料成本加大。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种CVD金刚石涂层刀具自动化打磨预处理装置，通过PLC控制电机滚珠丝杠组件的运动，实现刀具装夹传动组件的横向和纵向移动，能同时进行单把或多把刀具的金刚石预处理，提高了刀具预处理的效率，降低生产成本；利用可调节变速电机带动齿轮传动，根据不同直径的刀具和刀刃长度，进行不同速率的调节，达到表面粗糙化的最优化处理；在安装刀具的过程中，利用气动阀门等结构，对大小不同的刀具进行有效的装夹，根据不同刃长的刀具，利用PLC控制滚珠丝杠上下调节，达到需要沉积金刚石刀具刀刃高度的表面粗化的效果，不会破坏到其他表面；在大批量刀具的生产过程中，只需要少量的人工就可以完成大批量刀具预处理过程中粗化工作，提高效率，降低了成本。
本发明是采取以下技术方案实现的：
CVD金刚石涂层刀具自动化打磨预处理装置，包括可调变速电机组件、电机滚珠丝杠组件、刀具装夹传动组件、电气动控制装置和主体支架；主体支架包括底板和两根平行的纵向支架，底板固定在两根纵向支架底部之间，在纵向支架上部连接有电机滚珠丝杠组件；在底板上的一边固定有震动器，在震动器上部开有刀具打磨孔，在震动器内装有金刚石粉末，用在震动的同时对刀具进行初步打磨；在底板上另一边固定有打磨腔体，在打磨腔体底部设有毛毡，在毛毡上放置有金刚石粉末，用于刀具的二次打磨；
电机滚珠丝杠组件精确控制整个机构的上下左右移动，调节刀具需要的高度位置；电机滚珠丝杠组件包括螺杆、滑块、第一滚珠丝杠副、第二滚珠丝杠副、横向步进电机和纵向步进电机，滑块滑动安装在螺杆上，螺杆的一端与第一滚珠丝杠副相连，在滑块中部纵向和横向分别开有两个不相交的通孔，第一滚珠丝杠副的第一丝杠穿过横向通孔与滑块相连，第二滚珠丝杠副的第二丝杠穿过纵向通孔与滑块相连，第一滚珠丝杠副和第二滚珠丝杠副独立运动，互不干扰；第一滚珠丝杠副的第一丝杠端部与横向步进电机输出轴相连，用于驱动第一滚珠丝杠副运动，实现准确定位和调速控制；第二滚珠丝杠副的第二丝杠端部与纵向步进电机输出轴相连，用于驱动第二滚珠丝杠副运动，实现准确定位和调速控制；
可调变速电机组件根据不同大小的刀具进行速度的可调节控制；可调变速电机组件包括连接腔体、电机安装架、可调变速电机和传动轴；可调变速电机固定在电机安装架内，在电机安装架的上端中部设有连接腔体，用于与电机滚珠丝杠组件相连；可调变速电机的输出轴与传动轴相连；
刀具装夹传动组件用于装夹刀具，与可调节电机相连，控制刀具自转速度，包括外壳和气动装夹组件，所述外壳为中空的扁圆柱体，在外壳上盖中部开有开孔；气动装夹组件包括气动夹紧卡盘、主动轮和从动轮，在外壳腔体中部设有第二连接孔柱，主动轮安装在第二连接孔柱上，在主动轮的外齿圈设有与主动轮相啮合的8个从动轮，所述气动夹紧卡盘穿过外壳底部与从动轮的轮轴相连；主动轮上设有带键槽的第一连接孔，传动轴与第一连接孔相连，从而带动刀具装夹传动组件运动；在从动轮中心轴设有气动控制口，用于控制气动装夹组件；
电气动控制装置用于控制整个机构的运转与刀具装夹气压的控制器，电气动控制装置具有箱体，在箱体内装有控制器，箱体外部设有开关，开关与控制器相连，控制器通过连接线与刀具装夹传动组件相连；所述开关包括控制开关和气动控制开关，控制开关用于控制控制器内的电路通、断，气动控制开关用于控制气动阀门的开、关。
所述可调变速电机采用市售的QABP 4KW-4P变频调速电机。
所述震动器采用市售的Y-OC-100电磁振动圆台。
所述控制器采用现有的三相交流的电气控制柜。
工作原理：本装置使用时，在震动器和打磨腔体内放入用于打磨的金刚石粉末，将待打磨刀具放置在气动控制组件中，打开气动控制开关，气动压力通过连接线到达气动控制口处，带动气动控制组件的气动夹紧卡盘将待打磨刀具夹紧；通过横向步进电机带动第一滚珠丝杠副运动，进而带动刀具装夹传动组件做横向运作，将待打磨刀具调整到震动器的正上方，工作人员根据刀具刀刃的长度，打开控制器的控制开关，控制器内的PLC步进电机发出电信号控制纵向步进电机带动第二滚珠丝杠副运动，进而带动刀具装夹传动组件下降至适合位置，打开震动器；工作人员根据待打磨刀具的大小，对可调变速电机进行转速设定，可调变速电机的转动经传动轴传动到主、从动齿轮，带动待打磨刀具自转；达到初步打磨的时间后，控制器内的PLC步进电机发出信号，使纵向步进电机工作带动刀具装夹传动组件上升到初始位置，横向步进电机带动刀具装夹传动组件移动至毛毡正上方，纵向步进电机再次带动刀具装夹传动组件下降到需要二次打磨的位置，可调变速电机下的传动轴带动刀具气动装夹组件形成公转，对刀具表面进行再次打磨，打磨完成后，电机滚珠丝杠组件带动刀具气动装夹组件回到初始位置，工作人员取下刀具，关闭控制器，进行超声波清洗备用。
本发明装置和本领域的现有技术相比较，具备以下优点：
1）根据工艺要求，可设定不同的处理参数，包括处理时长、自转公转、刀具升降高度；
2）实现对不同直径、长度的钻/铣刀具进行自动化打磨预处理；
3）设备由PLC单片机控制，预处理只需调出相应刀具直径的预处理参数，设备便可全自动预处理，并且可对不同直径的刀具预处理；能同时实现刀具的多把装夹处理，提高了刀具打磨效率，减少人员的使用；
4）实现对刀具进行机械自动化式的两次打磨，达到最好的粗化效果；
5）工作时，将金刚石粉末放入震动器和打磨腔体内，防止不必要的浪费，工作人员在工作时不直接接触金刚石粉末，降低金刚石粉末对人体的危害，保证工作人员的安全。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明装置的可调变速电机组件的结构示意图；
图3是本发明装置的电机滚珠丝杠组件结构示意图；
图4是本发明装置的刀具装夹传动组件结构示意图；
图5是本发明装置的刀具装夹传动组件的传动部件结构图；
图6是图4的仰视图；
图7是本发明装置的电气动控制装置与刀具装夹传动组件连接示意图；
图8是本发明装置的主体支架的结构示意图。
图中：1、电机滚珠丝杠组件，1-1、螺杆，1-2、滑块，1-3、第一滚珠丝杠副，1-4、第二滚珠丝杠副，1-5、横向步进电机，1-6、纵向步进电机；2、可调变速电机组件，2-1、连接腔体，2-2、电机安装架，2-3、可调变速电机，2-4、传动轴；3、刀具装夹传动组件，3-1、外壳，3-2、第一连接孔，3-3、气动夹紧卡盘，3-4、从动轮，3-5、主动轮，3-6、气动控制口；4、电气动控制装置，4-1、箱体，4-2、开关，4-3、连接线；5、主体支架，5-1、底板，5-2、纵向支架，5-3、震动器，5-4、刀具打磨孔，5-5、打磨腔体，5-6、毛毡，6、刀具。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明做详细的说明。
参照附图1~8，本实用新型CVD金刚石涂层刀具自动化打磨预处理装置，包括可调变速电机组件2、电机滚珠丝杠组件1、刀具装夹传动组件3、电气动控制装置4和主体支架5；主体支架5包括底板5-1和两根平行的纵向支架5-2，底板5-1固定在两根纵向支架5-2底部之间，在纵向支架5-2上部连接有电机滚珠丝杠组件1；在底板5-1上的一边固定有震动器5-3，在震动器5-3上部开有刀具打磨孔5-4，在震动器5-3内装有金刚石粉末，用在震动的同时对刀具6进行初步打磨；在底板5-1上另一边固定有打磨腔体5-5，在打磨腔体5-5底部设有毛毡5-6，在毛毡5-6上放置有金刚石粉末，用于刀具6的二次打磨；
电机滚珠丝杠组件1精确控制整个机构的上下左右移动，调节刀具需要的高度位置；电机滚珠丝杠组件1包括螺杆1-1、滑块1-2、第一滚珠丝杠副1-3、第二滚珠丝杠副1-4、横向步进电机1-5和纵向步进电机1-6，滑块1-2安装在螺杆1-1上，可沿螺杆1-1滑动，螺杆1-1的一端与第一滚珠丝杠副1-3相连，在滑块1-2中部纵向和横向分别开有两个不相交的通孔，第一滚珠丝杠副1-3的第一丝杠穿过横向通孔与滑块1-2相连，第二滚珠丝杠副1-4的第二丝杠穿过纵向通孔与滑块1-2相连，第一滚珠丝杠副1-3和第二滚珠丝杠副1-4独立运动，互不干扰；第一滚珠丝杠副1-3的第一丝杠端部与横向步进电机1-5输出轴相连，用于驱动第一滚珠丝杠副1-3运动，实现准确定位和调速控制；第二滚珠丝杠副1-4的第二丝杠端部与纵向步进电机1-6输出轴相连，用于驱动第二滚珠丝杠副1-4运动，实现准确定位和调速控制；
可调变速电机组件2根据不同大小的刀具进行速度的可调节控制；可调变速电机组件2包括连接腔体2-1、电机安装架2-2、可调变速电机2-3和传动轴2-4；可调变速电机2-3固定在电机安装架2-2内，在电机安装架2-2的上端中部设有连接腔体2-1，用于与电机滚珠丝杠组件1相连；可调变速电机2-3的输出轴与传动轴2-4相连；
刀具装夹传动组件3用于装夹刀具6，与可调节电机2-3相连，控制刀具自转速度，包括外壳3-1和气动装夹组件，所述外壳3-1为中空的扁圆柱体，在外壳3-1上盖中部开有开孔；气动装夹组件包括气动夹紧卡盘3-3、从动轮3-4和主动轮3-5，在外壳腔体中部设有第二连接孔柱，主动轮3-5安装在第二连接孔柱上，在主动轮3-5的外齿圈设有与主动轮3-5相啮合的8个从动轮3-4，所述气动夹紧卡盘3-3穿过外壳3-1底部与从动轮3-4的轮轴相连；主动轮3-5上设有带键槽的第一连接孔3-2，传动轴2-4与第一连接孔3-2相连，从而带动刀具装夹传动组件3运动；在从动轮中心轴设有气动控制口3-6，用于控制气动装夹组件。
电气动控制装置4用于控制整个机构的运转与刀具装夹气压的控制器，电气动控制装置4具有箱体4-1，在箱体4-1内装有控制器，箱体4-1外部设有开关4-2，开关4-2与控制器相连，控制器通过连接线4-3与刀具装夹传动组件3相连；所述开关4-2包括控制开关和气动控制开关，控制开关用于控制控制器内的电路通、断，气动控制开关用于控制气动阀门的开、关。
实施例1：选取直径为4mm，刀刃长15mm，总长75mm和直径为10mm，刀刃长25，总长100mm的两种型号的刀具6。
工作人员先将在震动器5-3、毛毡5-6处放置需要目数与数量的金刚石细粉；再将需要预处理打磨的4mm刀具放置在刀具装夹传动组件3中；打开气动控制开关，夹紧刀具6；再运行电机滚珠丝杠组件1，横向步进电机1-5控制第一滚珠丝杠副带动整个机构横向运作，将刀具调整到震动器5-3的正上方，打开控制器，PLC步进电机发出电信号控制纵向步进电机1-6以及第二滚珠丝杠副带动刀具向下，使刀具刀刃完全浸没在金刚石细粉末中，打开震动器5-3；再打开可调变速电机2-3，调整转速为40r/min，PLC步进电机控制可调变速电机与第二滚珠丝杠副的控制时间大约为5min停止自转，自动上升，达到初步打磨；横向步进电机1-5移动至毛毡5-6正上方，纵向步进电机1-6再次下降到毛毡5-6超过刀刃部位，再打开可调变速电机，调整转速为100 r/min，PLC步进电机控制可调变速电机与第二滚珠丝杠副的控制时间大约为5min停止自转，自动上升，回到初始位置，完成打磨，取下后超声波清洗后备用。
再将需要预处理打磨的15mm刀具放置在刀具装夹传动组件3中；打开气动控制开关，夹紧刀具；再运行电机滚珠丝杠组件1，横向步进电机1-5控制第一滚珠丝杠幅1-3带动整个机构横向运作，将刀具调整到震动器5-3的正上方，打开控制器，PLC步进电机发出电信号控制纵向的纵向步进电机1-6带动刀具向下，使刀具刀刃完全浸没在粉末中，打开震动器5-3；再打开可调变速电机2-3，调整转速为60r/min，PLC步进电机控制可调变速电机与第二滚珠丝杠副的控制时间大约为7min停止自转，自动上升，达到初步打磨；横向步进电机1-5移动至毛毡5-6正上方，纵向步进电机1-6再次下降到毛毡5-6超过刀刃部位，再打开可调变速电机，调整转速为100 r/min，PLC步进电机控制可调变速电机与第二滚珠丝杠副的控制时间大约为5min停止自转，自动上升，回到初始位置，完成打磨，取下后超声波清洗后备用。
本发明装置可以同时进行单把或多把刀具的金刚石预处理，提高了刀具预处理的效率，降低生产成本；利用可调变速电机带动齿轮传动，根据不同直径的刀具和刀刃长度，进行不同速率的调节，达到表面粗糙化的最优化处理；在安装刀具的过程中，利用气动阀门等结构，对大小不同的刀具进行有效的装夹，根据不同刃长的刀具，利用PLC控制滚珠丝杠上下调节，达到需要沉积金刚石刀具刀刃高度的表面粗化的效果，不会破坏到其他表面；在大批量刀具的生产过程中，只需要少量的人工就可以完成大批量刀具预处理过程中粗化工作，提高效率，降低了成本。

Claims (5)

1.一种CVD金刚石涂层刀具自动化打磨预处理装置，其特征在于：包括可调变速电机组件、电机滚珠丝杠组件、刀具装夹传动组件、电气动控制装置和主体支架；主体支架包括底板和两根平行的纵向支架，底板固定在两根纵向支架底部之间，在纵向支架上部连接有电机滚珠丝杠组件；在底板上的一边固定有震动器，在震动器上部开有刀具打磨孔，在震动器内装有金刚石粉末；在底板上另一边固定有打磨腔体，在打磨腔体底部设有毛毡，在毛毡上放置有金刚石粉末；
电机滚珠丝杠组件包括螺杆、滑块、第一滚珠丝杠副、第二滚珠丝杠副、横向步进电机和纵向步进电机，滑块滑动安装在螺杆上，螺杆的一端与第一滚珠丝杠副相连，在滑块中部纵向和横向分别开有两个不相交的通孔，第一滚珠丝杠副的第一丝杠穿过横向通孔与滑块相连，第二滚珠丝杠副的第二丝杠穿过纵向通孔与滑块相连，第一滚珠丝杠副和第二滚珠丝杠副独立运动，互不干扰；第一滚珠丝杠副的第一丝杠端部与横向步进电机输出轴相连，用于驱动第一滚珠丝杠副运动，实现准确定位和调速控制；第二滚珠丝杠副的第二丝杠端部与纵向步进电机输出轴相连，用于驱动第二滚珠丝杠副运动，实现准确定位和调速控制；
可调变速电机组件包括连接腔体、电机安装架、可调变速电机和传动轴；可调变速电机固定在电机安装架内，在电机安装架的上端中部设有连接腔体，用于与电机滚珠丝杠组件相连；可调变速电机的输出轴与传动轴相连；
刀具装夹传动组件用于装夹刀具，与可调节电机相连，控制刀具自转速度，包括外壳和气动装夹组件，所述外壳为中空的扁圆柱体，在外壳上盖中部开有开孔；气动装夹组件包括气动夹紧卡盘、主动轮和从动轮，在外壳腔体中部设有第二连接孔柱，主动轮安装在第二连接孔柱上，在主动轮的外齿圈设有与主动轮相啮合的8个从动轮，所述气动夹紧卡盘穿过外壳底部与从动轮的轮轴相连；在主动轮上设有带键槽的第一连接孔，传动轴与第一连接孔相连，从而带动刀具装夹传动组件运动；在从动轮中心轴设有气动控制口，用于控制气动装夹组件；
电气动控制装置具有箱体，在箱体内装有控制器，箱体外部设有开关，开关与控制器相连，控制器通过连接线与刀具装夹传动组件相连；所述开关包括控制开关和气动控制开关，控制开关用于控制控制器内的电路通、断，气动控制开关用于控制气动阀门的开、关。
2.根据权利要求1所述的CVD金刚石涂层刀具自动化打磨预处理装置，其特征在于：所述可调变速电机采用变频调速电机。
3.根据权利要求1所述的CVD金刚石涂层刀具自动化打磨预处理装置，其特征在于：所述震动器采用电磁振动圆台。
4.根据权利要求1所述的CVD金刚石涂层刀具自动化打磨预处理装置，其特征在于：所述控制器采用三相交流的电气控制柜。
5.一种如权利要求1所述的CVD金刚石涂层刀具自动化打磨预处理装置的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）在震动器和打磨腔体内放入用于打磨的金刚石粉末；
2）将待打磨刀具放置在气动控制组件中，之后打开气动控制开关，气动压力通过连接线到达气动控制口处，带动气动控制组件的气动夹紧卡盘将待打磨刀具夹紧；
3）打开横向步进电机带动第一滚珠丝杠副运动，进而带动刀具装夹传动组件做横向运作，将待打磨刀具调整到震动器的正上方；
4）工作人员根据刀具刀刃的长度，打开控制器的控制开关，控制器内的PLC步进电机发出电信号控制纵向步进电机带动第二滚珠丝杠副运动，进而带动刀具装夹传动组件下降至适合位置后，打开震动器；
5）工作人员根据待打磨刀具的大小，对可调变速电机进行转速设定，可调变速电机的转动经传动轴传动到主、从动齿轮，带动待打磨刀具自转；
6）达到初步打磨的时间后，控制器内的PLC步进电机发出信号，使纵向步进电机工作带动刀具装夹传动组件上升到初始位置，横向步进电机带动刀具装夹传动组件移动至毛毡正上方；
7）纵向步进电机再次带动刀具装夹传动组件下降到需要二次打磨的位置，可调变速电机下的传动轴带动刀具气动装夹组件形成公转，对刀具表面进行再次打磨；
8）打磨完成后，电机滚珠丝杠组件带动刀具气动装夹组件回到初始位置，工作人员取下刀具，关闭控制器，进行超声波清洗备用。
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