CN111250768B - 一种带锯条异形底边加工用铣刀、加工装置及加工方法 - Google Patents

一种带锯条异形底边加工用铣刀、加工装置及加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带锯条异形底边加工用铣刀、加工装置及加工方法，铣刀包括圆柱状铣刀本体，铣刀本体上具有铣刃，铣刃上开设至少一条槽刃；槽刃的横截面形状与带锯条异形底边形状相吻合，且槽刃横截面设有倒角或圆角；带锯条异形底边加工装置包括铣床，铣床上设有铣头和铣刀，铣刀本体与铣头相连；铣床上还设有用于驱动带锯条往铣床X轴正方向运动的驱动轮组、用于对带锯条在铣床Y轴方向进行定位的Y向定位单元、用于为带锯条提供与铣床X轴方向平行的张紧力的张紧轮组；铣床的数控系统中设有用于控制铣刀在铣床XY平面运动的与带锯条异形底边形状对应的G代码；铣刀位于驱动轮组与张紧轮组之间。本发明结构简单，使用方便，效率高，成本低。

Description

一种带锯条异形底边加工用铣刀、加工装置及加工方法
技术领域
本发明特别涉及一种带锯条异形底边加工用铣刀、加工装置及加工方法。
背景技术
传统带锯条，其底边通常为一条直线，该直线与锯齿齿尖连线形成的直线是平行的，即从任一锯齿齿尖到底边的垂直距离是相等的。将带锯条底边加工出设计好的异形槽(类似于波浪起伏的形状)能够改变锯齿的切割时的前角，可有效的提高带锯条锯切难切削材料的切入性，形状类似于图1(图1中L为异形槽的长度，h为异形槽的深度)。
美国专利US4423653中公开了一种新型带锯条，其底边并非一条直线，而是由一段上升的直线、一段下降的直线及两条不在一个水平面上但相互平行的水平直线组成，这种带锯条在锯切时会产生角度的偏摆，使锯齿更容易切入工件，从而可以将锯切效率提高30％～180％不等。此后在美国专利US9987695B2、US9731366B2及中国专利CN104551236B中相继公开了类似设计的带锯条，其底边基本由上升的直线段、下降的直线段和水平直线组合而成，而其基本功能均能实现提高锯切效率。
目前，所披露的产品和信息主要集中在异形底边的设计和使用上，对于如何加工该种异形底边并没有详细的描述或信息。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种带锯条异形底边加工用铣刀、加工装置及加工方法，结构简单，使用方便，效率高，成本低。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种带锯条异形底边加工用铣刀，包括圆柱状铣刀本体，铣刀本体上具有铣刃，其特点是所述铣刃上开设至少一条槽刃；槽刃长度方向与铣刀本体长度方向垂直，所述槽刃的横截面形状与带锯条异形底边形状相吻合，且槽刃横截面设有倒角或圆角。
借由上述结构，利用本发明所述铣刀不仅可以加工出带锯条异形底边形状，还可以在加工出的带锯条异形底边做倒角或圆角。在带锯条使用过程中，带锯条必须承受一定张力并绕锯轮弯转，为了提升带锯条底边的抗疲劳开裂的能力，故在底边加工出一定的倒角或圆角形状。
作为一种优选方式，所述铣刃上开设至少两条槽刃，相邻槽刃之间的距离为Ln，Ln>0.8mm；优选地，Ln>1mm。
在一把铣刀上可以加工多条同样尺寸的成型槽刃，并且后续将成型铣刀的相邻成型槽刃之间的间距作为铣刀的使用参数，这样既能够降低铣刀成本，同时也能够提升更换加工刃口效率。假设相邻两个成型槽刃之间的距离为Ln，则当前加工成型槽刃刃口磨损之后，只需要将主轴头向未使用的相邻槽刃方向移动距离Ln，即可利用下一个成型槽刃进行下一次加工。而传统的方式则需要更换铣刀，并重新对刀。因此，相对于传统方式，本发明使用方便，效率高，成本低。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种带锯条异形底边加工装置，包括铣床，该铣床上设有铣头，其特点是还包括所述的铣刀，所述铣刀本体与铣头相连，铣刀本体的轴线与铣床Z轴方向平行；
所述铣床上还设有用于驱动带锯条往铣床X轴正方向运动的驱动轮组、用于对带锯条在铣床Y轴方向进行定位的Y向定位单元；驱动轮组轴线与铣床Y轴方向平行；
铣床的数控系统中设有用于控制铣刀在铣床XY平面运动的与带锯条异形底边形状对应的G代码。
进一步地，还包括用于为带锯条提供与铣床X轴方向平行的张紧力的张紧轮组；所述张紧轮组轴线与驱动轮组轴线平行，所述铣刀位于驱动轮组与张紧轮组之间。
作为一种优选方式，所述Y向定位单元包括导向压轮组和下定位轮；所述导向压轮组包括压紧轮和导向轮，其中压紧轮轴线与铣床Y轴方向平行，导向轮轴线与铣床XY平面平行且与导向轮端面与铣床X轴之间具有夹角β；当带锯条平铺于铣床工作台上加工时，压紧轮与带锯条的底边抵接，导向轮与带锯条的上侧面抵接，下定位轮与带锯条的下侧面抵接，导向轮位于下定位轮上方。
作为一种优选方式，所述驱动轮组包括第一上轮和第一下轮，第一上轮与第一下轮的轴线均与铣床Y轴方向平行，第一上轮的横截圆外周与第一下轮的横截圆外周相切。
作为一种优选方式，所述张紧轮组包括第二上轮和第二下轮，第二上轮与第二下轮的轴线均与铣床Y轴方向平行，第二上轮的横截圆外周与第二下轮的横截圆外周相切。
进一步地，还包括在带锯条往铣床X轴正方向运动时对带锯条进行导向的导向机构。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种带锯条异形底边加工方法，其特点是包括以下步骤：
步骤1，将待加工带锯条平铺于铣床工作台上；
步骤2，在铣床YZ平面内调整铣刀的位置，直至铣刀本体端面与带锯条上侧面接触，获取此时铣刀在铣床Z轴的坐标Z0；再次在铣床YZ平面内调整铣刀的位置，直至铣刀本体的铣刃上未开槽刃的位置与带锯条底边接触，获取此时铣刀在铣床Y轴的坐标Y0；
步骤3，在铣床的数控系统中设置铣刀的半径参数Rj为R-d1，设定Y轴初始位置为Y0，设定Z轴初始位置为Z0-(L1+d)；其中，R为铣刀本体的最大半径，d1为槽刃的深度，L1为最外端槽刃至铣刀本体端面的距离，d为带锯条的厚度；
步骤4，Y向定位单元对带锯条在铣床Y轴方向进行定位，铣床的数控系统中的G代码控制铣刀在铣床XY平面运动，其中铣刀的运动轨迹与带锯条异形底边形状对应；
步骤5，铣刀运动结束，带锯条异形底边加工完成，驱动轮组驱动带锯条往铣床X轴正方向运动至下一加工工位。
进一步地，所述步骤3中，设定Z轴初始位置为Z0-[L1+(n-1)Ln+d]；其中，n代表槽刃的编号，槽刃编号方式为从序号1开始，按照从下往上方向逐一递增排序；Ln为相邻槽刃之间的距离。
与现有技术相比，本发明提供一种带锯条异形底边加工用铣刀、加工装置及加工方法，结构简单，使用方便，效率高，成本低。
附图说明
图1为两种具有异形底边的带锯条结构示意图。
图2为利用本发明铣刀加工出的两种带锯条侧视图。
图3为本发明铣刀结构示意图。
图4为图3中铣刀上槽刃的横截面结构示意图。
图5为本发明带锯条异形底边加工装置结构示意图。
图6为导向压紧轮组、驱动轮组、张紧轮组和铣刀位置关系图。
图7为加工时铣刀相对锯条下移距离示意图。
其中，1为铣头，2为铣刀，201为铣刀本体，2011为铣刃，20111为槽刃，3为导向压轮组，301为压紧轮，302为导向轮，4为驱动轮组，401为第一上轮，402为第一下轮，5为导向机构，6为Y轴平台，7为下定位轮，8为张紧轮组，801为第二上轮，802为第二下轮，9为带锯条，901为底边，10为铣床，11为Y向定位单元。
具体实施方式
如图3和图4所示，本发明所述带锯条异形底边加工用铣刀2包括圆柱状铣刀本体201，铣刀本体201上具有铣刃2011，所述铣刃2011上开设多条槽刃20111；槽刃20111长度方向与铣刀本体201长度方向垂直，所述槽刃20111的横截面形状与带锯条9异形底边901形状相吻合，且槽刃20111横截面设有倒角或圆角。
本发明在现有标准铣刀的基础上，按照图2中底边901倒角的要求加工出图3中的成型槽刃20111。其中，图4中d2为倒角后底边901的宽度，r1、r2为底边901两侧倒角角度。图4中d1为槽刃20111的深度，L1为最外端槽刃20111至铣刀本体201端面的距离。
利用本发明所述铣刀2不仅可以加工出带锯条9异形底边901形状，还可以在加工出的带锯条9异形底边901做倒角或圆角。在带锯条9使用过程中，带锯条9必须承受一定张力并绕锯轮弯转，为了提升带锯条9底边901的抗疲劳开裂的能力，故在底边901加工出一定的倒角或圆角形状。
在一把铣刀2上可以加工多条同样尺寸的成型槽刃20111，并且后续将成型铣刀2的相邻成型槽刃20111之间的间距作为铣刀2的使用参数，这样既能够降低铣刀2成本，同时也能够提升更换加工刃口效率。假设相邻两个成型槽刃20111之间的距离为Ln，则当前加工成型槽刃20111刃口磨损之后，只需要将主轴头向未使用的相邻槽刃20111方向移动距离Ln，即可利用下一个成型槽刃20111进行下一次加工。而传统的方式则需要更换铣刀，并重新对刀。因此，相对于传统方式，本发明使用方便，效率高，成本低。
相邻槽刃20111之间的距离为Ln。为了保证成型槽刃20111的正常工作，相邻两个成型槽刃20111的距离必须大于刃口的磨损宽度的2倍。参考一般铣刀刃口磨损量为0.3～0.4mm左右，因此，Ln>0.8mm较为合适；优选地，Ln>1mm。
如图5和图6所示，本发明还提供了一种带锯条异形底边加工装置，包括铣床10，该铣床10上设有铣头1，还包括所述的铣刀2，所述铣刀本体201与铣头1相连，铣刀本体201的轴线与铣床10Z轴方向平行。其中，铣头1可在垂直方向运动，即完成铣刀2相对铣床10Z轴的运动。
所述铣床10上还设有用于驱动带锯条9往铣床X轴正方向运动的驱动轮组4、用于对带锯条9在铣床Y轴方向进行定位的Y向定位单元11；驱动轮组4轴线与铣床Y轴方向平行；
铣床10的数控系统中设有用于控制铣刀2在铣床XY平面运动的与带锯条9异形底边901形状对应的G代码。
带锯条异形底边加工装置还包括用于为带锯条9提供与铣床X轴方向平行的张紧力的张紧轮组8；所述张紧轮组8轴线与驱动轮组4轴线平行。在带锯条9异形底边901加工过程中，所述铣刀2位于驱动轮组4与张紧轮组8之间。
所述Y向定位单元11包括导向压轮组3和下定位轮7。如图6所示，所述导向压轮组3包括压紧轮301和导向轮302，其中压紧轮301轴线与铣床Y轴方向平行，导向轮302轴线与铣床XY平面平行且与导向轮302端面与铣床X轴之间具有夹角β；当带锯条9平铺于铣床10工作台上加工时，压紧轮301与带锯条9的底边901抵接，导向轮302与带锯条9的上侧面抵接，下定位轮7与带锯条9的下侧面抵接，导向轮302位于下定位轮7上方。
驱动轮组4带动带锯条9往铣床X轴正方向运动时，导向压轮组3会跟随带锯条9的移动而转动，由于这个β角度的存在会使得压紧轮301在铣床Y轴负方向上产生一个速度分量，这个速度分量会使得带锯条9在铣床X轴正方向运动的过程中下定位轮7运动，从而使得带锯条9往铣床X轴正方向运动的过程中始终靠紧下定位轮7。
所述驱动轮组4包括第一上轮401和第一下轮402，第一上轮401与第一下轮402的轴线均与铣床Y轴方向平行，第一上轮401的横截圆外周与第一下轮402的横截圆外周相切。
所述张紧轮组8包括第二上轮801和第二下轮802，第二上轮801与第二下轮802的轴线均与铣床Y轴方向平行，第二上轮801的横截圆外周与第二下轮802的横截圆外周相切。
为实现带锯条9底边901的连续加工，将传统铣床X轴的直线运动模组更换为驱动轮组4和张紧轮组8。驱动轮组4和张紧轮组8位于铣床Y轴平台6上方。在具体实施的过程中，驱动轮组4以一定压紧力压紧带锯条9，第一上轮401逆时钟转动、第一下轮402顺时钟转动带动带锯条9往铣床正X轴方向运动。其中，驱动轮组4的驱动电机为伺服或者步进电机，设定驱动轮组4的直径为Dq、转动的角度为θ，则带锯条9在铣床X轴正方向运动的距离为X＝Dqθ。张紧轮组8主要起到使加工位置带锯条9保持绷直的拉紧作用，在具体实施中可以采用磁粉制动装置连接在第二上轮801或者第二下轮802上以产生一个阻碍带锯条9往铣床X轴正方向移动的力，也可以采用力矩电机以第二上轮801顺时钟转动、第二下轮802逆时钟转动的形式。
带锯条异形底边加工装置还包括在带锯条9往铣床X轴正方向运动时对带锯条9进行导向的导向机构5。所述导向机构5包括轴线与铣床Y轴方向平行的导向轮组。
在使用本发明所述的带锯条异形底边加工装置时，铣刀对刀方式也与传统铣刀对刀方式存在区别。假设未加工槽刃20111的铣刀本体201的半径为R，则在数控加工时，首先调整铣刀2端面相对于带锯条9上侧面的位置，直至轻触到带锯条9上侧面，记录此时铣刀2在数控系统的高度值Z0，在Z0位置的基础上，铣刀2相对带锯条9下移距离L＝L1+d(d为带锯条9厚度值)。如图7所示，即得到第一个成型槽刃20111刃口的Z轴加工位置。加工时，由于成型槽刃20111刃口深度d1的存在，在数控系统中铣刀2半径参数Rj需要调整为Rj＝R-d1。
相应的，本发明还提供了一种带锯条异形底边加工方法：
首先，在按照带锯条9异形底边901形状要求制造得到铣刀2后，记录各参数值(包括L1、Ln、d1、R等)。
然后，将铣刀2安装至铣床10的铣头1上。
最后，执行以下步骤：
步骤1，将待加工带锯条9平铺于铣床10工作台上。
步骤2，对刀：在铣床YZ平面内调整铣刀2的位置(即调整铣刀2相对铣床Y轴与Z轴的位置)，直至铣刀本体201端面与带锯条9上侧面轻轻接触，获取此时铣刀2在铣床Z轴的坐标Z0；再次在铣床YZ平面内调整铣刀2的位置，直至铣刀本体201的铣刃2011上未开槽刃20111的位置与带锯条9底边901轻轻接触，获取此时铣刀2在铣床Y轴的加工初始坐标Y0；
步骤3，设置铣床10参数：在铣床10的数控系统中设置铣刀2的半径参数Rj为R-d1，设定Y轴初始位置为Y0，设定Z轴初始位置为Z0-(L1+d)；其中，R为铣刀本体201的最大半径，d1为槽刃20111的深度，L1为最外端槽刃20111至铣刀本体201端面的距离，d为带锯条9的厚度；
步骤4，加工：Y向定位单元11对带锯条9在铣床Y轴方向进行定位，铣床10的数控系统中的G代码控制铣刀2在铣床XY平面运动，其中铣刀2的运动轨迹与带锯条9异形底边901形状对应；
步骤5，铣刀2运动结束，带锯条9异形底边901加工完成，驱动轮组4驱动带锯条9往铣床X轴正方向运动至下一加工工位。
本发明方法中，当参与加工的成型槽刃20111刃口磨损到一定程度后，需要更换成型槽刃20111，即先切换到铣刀2另一槽刃20111位置再加工，此时，所述步骤3中，设定Z轴初始位置为Z0-[L1+(n-1)Ln+d]；其中，n代表槽刃20111的编号，槽刃20111编号方式为从序号1开始，按照从下往上方向逐一递增排序；Ln为相邻槽刃20111之间的距离。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带锯条异形底边加工用铣刀，包括圆柱状铣刀本体(201)，铣刀本体(201)上具有多条铣刃(2011)，其特征在于，每条铣刃(2011)上开设多条槽刃(20111)；槽刃(20111)长度方向与铣刀本体(201)长度方向垂直，相邻铣刀的相邻的两条槽刃在长度方向的位置一致的，所述槽刃(20111)的横截面形状与加工面带锯条(9)异形底边(901)横截面形状相吻合，且槽刃(20111)横截面设有倒角或圆角；相邻槽刃(20111)之间的距离为Ln，相邻两个成型槽刃(20111)的距离Ln大于刃口的磨损宽度的2倍。
2.如权利要求1所述的带锯条异形底边加工用铣刀，其特征在于，所述铣刃(2011)上开设至少两条槽刃(20111)，相邻槽刃(20111)之间的距离为Ln，Ln>0.8mm。
3.一种带锯条异形底边加工装置，包括铣床(10)，该铣床(10)上设有铣头(1)，其特征在于，还包括如权利要求1或2所述的铣刀(2)，所述铣刀本体(201)与铣头(1)相连，铣刀本体(201)的轴线与铣床Z轴方向平行；
所述铣床(10)上还设有用于驱动带锯条(9)往铣床X轴正方向运动的驱动轮组(4)、用于对带锯条(9)在铣床Y轴方向进行定位的Y向定位单元(11)；驱动轮组(4)轴线与铣床Y轴方向平行；
铣床(10)的数控系统中设有用于控制铣刀(2)在铣床XY平面运动的与带锯条(9)异形底边(901)形状对应的G代码；
所述Y向定位单元(11)包括导向压轮组(3)和下定位轮(7)；所述导向压轮组(3)包括压紧轮(301)和导向轮(302)，其中压紧轮(301)轴线与铣床Y轴方向平行，导向轮(302)轴线与铣床XY平面平行且与导向轮(302)端面与铣床X轴之间具有夹角β；
当带锯条(9)平铺于铣床(10)工作台上加工时，压紧轮(301)与带锯条(9)的底边(901)抵接，导向轮(302)与带锯条(9)的上侧面抵接，下定位轮(7)与带锯条(9)的下侧面抵接，导向轮(302)位于下定位轮(7)上方。
4.如权利要求3所述的带锯条异形底边加工装置，其特征在于，还包括用于为带锯条(9)提供与铣床X轴方向平行的张紧力的张紧轮组(8)；所述张紧轮组(8)轴线与驱动轮组(4)轴线平行，所述铣刀(2)位于驱动轮组(4)与张紧轮组(8)之间。
5.如权利要求3所述的带锯条异形底边加工装置，其特征在于，所述驱动轮组(4)包括第一上轮(401)和第一下轮(402)，第一上轮(401)与第一下轮(402)的轴线均与铣床Y轴方向平行，第一上轮(401)的横截圆外周与第一下轮(402)的横截圆外周相切。
6.如权利要求4所述的带锯条异形底边加工装置，其特征在于，所述张紧轮组(8)包括第二上轮(801)和第二下轮(802)，第二上轮(801)与第二下轮(802)的轴线均与铣床Y轴方向平行，第二上轮(801)的横截圆外周与第二下轮(802)的横截圆外周相切。
7.如权利要求3所述的带锯条异形底边加工装置，其特征在于，还包括在带锯条(9)往铣床X轴正方向运动时对带锯条(9)进行导向的导向机构(5)。
8.一种使用权利要求3-7任一项所述的带锯条异形底边加工装置对带锯条异形底边进行加工的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将待加工带锯条(9)平铺于铣床(10)工作台上；
步骤2，在铣床YZ平面内调整铣刀(2)的位置，直至铣刀本体(201)端面与带锯条(9)上侧面接触，获取此时铣刀(2)在铣床Z轴的坐标Z0；再次在铣床YZ平面内调整铣刀(2)的位置，直至铣刀本体(201)的铣刃(2011)上未开槽刃(20111)的位置与带锯条(9)底边(901)接触，获取此时铣刀(2)在铣床Y轴的坐标Y0；
步骤3，在铣床(10)的数控系统中设置铣刀(2)的半径参数Rj为R-d1，设定Y轴初始位置为Y0，设定Z轴初始位置为Z0-(L1+d)；其中，R为铣刀本体(201)的最大半径，d1为槽刃(20111)的深度，L1为最外端槽刃(20111)至铣刀本体(201)端面的距离，d为带锯条(9)的厚度；
步骤4，Y向定位单元(11)对带锯条(9)在铣床Y轴方向进行定位，铣床(10)的数控系统中的G代码控制铣刀(2)在铣床XY平面运动，其中铣刀(2)的运动轨迹与带锯条(9)异形底边(901)形状对应；
步骤5，铣刀(2)运动结束，带锯条(9)异形底边(901)加工完成，驱动轮组(4)驱动带锯条(9)往铣床X轴正方向运动至下一加工工位。
9.如权利要求8所述的对带锯条异形底边进行加工的方法，其特征在于，所述步骤3中，设定Z轴初始位置为Z0-[L1+(n-1)Ln+d]；其中，n代表槽刃(20111)的编号，槽刃(20111)编号方式为从序号1开始，按照从下往上方向逐一递增排序；Ln为相邻槽刃(20111)之间的距离。
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