CN112705743B - 一种复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具及其加工方法 - Google Patents

一种复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具及其加工方法 Download PDF

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Abstract

一种复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具及其加工方法，打破了传统的成形磨削方法，通过两种特制精密刀具的配合使用，实现高精度复杂型面超硬材料砂轮基体廓形的防干涉精密加工，防干涉车削加工，可以方便、高效地在各种复杂型面轮廓间自由切换，大幅降低加工成本、提高加工效率。

Description

一种复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具及其加工方法
技术领域
本发明属于超硬材料加工技术领域，特别涉及一种复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具及其加工方法。
背景技术
对于高精度复杂型面的精密磨削加工，超硬材料砂轮以其高精度、可加工各种复杂形状轮廓等优势，在诸如汽车发动机、齿轮轴、气门杆、气门锁夹槽、CVT带轮轴、转子磨削等领域有着越来越广阔的应用前景。上述领域的关键特点是尺寸精度要、磨削部位形状轮廓复杂，这就要求超硬材料砂轮的精度必须严格符合更高精度的要求。而超硬材料砂轮的精度首先取决于其基体的加工精度。目前，国内对于高精度复杂型面超硬砂轮基体的加工主要有：成形磨削法和数控精车法，但是成形磨削法加工效率低，且加工成本高；数控精车法无法加工与刀具产生干涉的复杂型面。
中国发明专利“一种大直径精密复杂型面薄片零件车加工的工艺方法”(公开号：CN105397108B)公开了一种大直径精密复杂型面薄片零件车加工的工艺方法，属于机械加工技术领域，包括以下步骤：(1)保证零件漏出长度≥1/2整个零件宽度，车加工零件第一面外侧型面，即零件第一面外侧的1/2部分型面；(2)车加工零件第一面内侧型面，注意接刀和型面转接平滑；(3)车加工零件第二面外侧型面，即零件第一面外侧的约1/3部分型面；(4)在内外侧严办同时压紧状态下完成零件第二面中间部分型面车加工；(5)完成第二面剩余部分型面的加工，注意接刀和型面转接平滑，完成整个加工过程。该发明侧重的是高精度、新结构、精密复杂型面薄壁封严档片车削加工技术瓶颈，对新一代发动机制造技术水平的提升，具有深远的意义，而对于超硬砂轮基体复杂型面的加工并没有涉及到。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具及其加工方法，解决高精度复杂型面超硬砂轮基体加工效率低、加工成本高、复杂型面与刀具产生干涉等问题。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具，所述刀具包括刀杆及设于刀杆上的刀槽，刀片通过紧固螺钉安装于刀槽中，且刀槽中开设有用于安装刀片的第一安装位和第二安装位，而第一安装位的中心轴线和第二安装位的中心轴线夹角为20~30°；
当刀片位于刀杆的下部时，定义刀具为特制刀具A；
当刀片位于刀杆的上部时，定义刀具为特制刀具B。
所述第一安装位的中心轴线和第二安装位的中心轴线夹角为25°。
一种复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具的加工方法，包括以下步骤：
（1）超硬砂轮基体准备
超硬砂轮基体毛坯采用金属锻造件，并对毛坯进行粗加工，调质处理后的硬度为28-32HRC；
（2）超硬砂轮基体半精车
超硬砂轮基体毛坯锻造件粗加工和热处理后，根据最终尺寸预留磨削量进行半精车加工；
（3）超硬砂轮基体磨削加工
根据超硬砂轮基体最终尺寸和实际生产情况，在磨床上对超硬砂轮基体均匀加工出两个端面和内孔；
（4）超硬砂轮基体精车
a、将磨削加工后的超硬砂轮基体紧固在高精度数控车床的夹具上，效验内孔跳动≤0.002mm，端面跳动≤0.005mm；
b、安装特制刀具A和B，并使用高精度对刀仪测量刀具分别安装在第一安装位和第二安装位时相对于超硬砂轮基体的轴向和径向的坐标位置点，以确定刀具在机床中的坐标位置，完成对刀过程；
c、先用普通刀具按照设定的加工工艺参数去除砂轮基体廓形的外部余量；
d、将特制刀具A的刀片安装在第一安装位，按照设定的加工工艺参数从特制刀具A第一安装位与第二安装位在基体型面上的接刀位置移动到基体型面沿轴线方向的最底部，完成砂轮基体廓形下侧部分的法向跟踪加工；
e、将特制刀具A的刀片安装在第二安装位上，按照设定的加工工艺参数从特制刀具A第一安装位与第二安装位在基体型面上的接刀位置移动到基体型面沿轴线方向的中间位置，完成砂轮基体廓形中下部分的法向跟踪加工；
f、将特制刀具B的刀片安装在第一安装位，按照设定的加工工艺参数从特制刀具B第一安装位与第二安装位在基体型面上的接刀位置移动到基体型面沿轴线方向的最顶部，完成砂轮基体廓形上侧部分的法向跟踪加工；
g、将特制刀具B的刀片安装在第二安装位上，按照设定的加工工艺参数从特制刀具B第一安装位与第二安装位在基体型面上的接刀位置移动到基体型面沿轴线方向的中间位置，完成砂轮基体廓形中上部分的法向跟踪加工；
h、检测基体型面轮廓尺寸和形位公差；
i、依据检测结果判断加工是否合格，如若不合格，则根据补偿差值调整特制刀具A和B的相关加工参数，调整后再次装夹超硬砂轮基体进行加工，如此循环，直至合格，完成砂轮基体廓形的防干涉加工；
（5）动平衡
对精车好的超硬砂轮基体做动平衡达到G0.4，即得到基体成品。
步骤（3）中基体的两个端面要求平行度≤0.005mm，粗糙度值Ra≤0.8μm；而内孔圆度≤0.002mm，粗糙度值Ra≤0.8μm。
本发明的有益效果是：
（1）该复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具及其加工方法，打破了传统的成形磨削方法，通过两种特制精密刀具的配合使用，实现高精度复杂型面超硬砂轮基体廓形的防干涉精密加工，防干涉车削加工，可以方便、高效地在各种复杂型面轮廓间自由切换，大幅降低加工成本、提高加工效率；
（2）成本低，本发明直接采用数控精车加工的方法，无需制造修整砂轮，降低了生产成本；
（3）效率高，本发明与成型磨削法相比，背吃刀量、进给量和切削速度可在一定范围内调节，加工效率更高。
附图说明
图1是特制刀具刀杆的结构示意图；
图2是特制刀具A的结构示意图；
图3是特制刀具B的结构示意图；
图4是特制刀具A在第一安装位时的加工示意图；
图5是特制刀具A在第二安装位时的加工示意图；
图6是特制刀具B在第一安装位时的加工示意图；
图7是特制刀具B在第二安装位时的加工示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
本发明提供了一种复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具及其加工方法，如图1至图7所示。
一种复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具，所述刀具包括刀杆及设于刀杆上的刀槽，刀片通过紧固螺钉安装于刀槽中，且刀槽中开设有用于安装刀片的第一安装位和第二安装位，而第一安装位的中心轴线和第二安装位的中心轴线夹角为20~30°；
当刀片位于刀杆的下部时，定义刀具为特制刀具A；
当刀片位于刀杆的上部时，定义刀具为特制刀具B。
所述第一安装位的中心轴线和第二安装位的中心轴线夹角为25°。
一种复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具的加工方法，包括以下步骤：
（1）超硬砂轮基体准备
超硬砂轮基体毛坯采用金属锻造件，并对毛坯进行粗加工，调质处理后的硬度为28-32HRC；
（2）超硬砂轮基体半精车
超硬砂轮基体毛坯锻造件粗加工和热处理后，根据最终尺寸预留磨削量进行半精车加工；
（3）超硬砂轮基体磨削加工
根据超硬砂轮基体最终尺寸和实际生产情况，在磨床上对超硬砂轮基体均匀加工出两个端面和内孔；
（4）超硬砂轮基体精车
a、将磨削加工后的超硬砂轮基体紧固在高精度数控车床的夹具上，效验内孔跳动≤0.002mm，端面跳动≤0.005mm；
b、安装特制刀具A和B，并使用高精度对刀仪测量刀具分别安装在第一安装位和第二安装位时相对于砂轮基体的轴向和径向的坐标位置点，以确定刀具在机床中的坐标位置，完成对刀过程；
c、先用普通刀具按照设定的加工工艺参数去除砂轮基体廓形的外部余量；
d、将特制刀具A的刀片安装在第一安装位，按照设定的加工工艺参数从位置C：特制刀具A第一安装位与第二安装位在基体型面上的接刀位置移动到位置D：基体型面沿轴线方向的最底部，完成砂轮基体廓形下侧部分的法向跟踪加工；
e、将特制刀具A的刀片安装在第二安装位上，按照设定的加工工艺参数从位置E：特制刀具A第一安装位与第二安装位在基体型面上的接刀位置移动到位置F：基体型面沿轴线方向的中间位置，完成砂轮基体廓形中下部分的法向跟踪加工；
f、将特制刀具B的刀片安装在第一安装位，按照设定的加工工艺参数从位置G：特制刀具B第一安装位与第二安装位在基体型面上的接刀位置移动到位置H：基体型面沿轴线方向的最顶部，完成砂轮基体廓形上侧部分的法向跟踪加工；
g、将特制刀具B的刀片安装在第二安装位上，按照设定的加工工艺参数从位置J：特制刀具B第一安装位与第二安装位在基体型面上的接刀位置移动到位置K：基体型面沿轴线方向的中间位置，完成砂轮基体廓形中上部分的法向跟踪加工；
h、检测基体型面轮廓尺寸和形位公差；
i、依据检测结果判断加工是否合格，如若不合格，则根据补偿差值调整特制刀具A和B的相关加工参数，调整后再次装夹超硬砂轮基体进行加工，如此循环，直至合格，完成砂轮基体廓形的防干涉加工；
（5）动平衡
对精车好的超硬砂轮基体做动平衡达到G0.4，即得到基体成品。
为了使本领域的技术人员详细了解本发明的方法和技术成果，下面以具体实施案例来进一步介绍本发明的应用和技术效果。
实施例一
外径500mm，厚度35mm，内孔203mm，磨料粒度为CBN 140/170的砂轮。
（1）超硬砂轮基体准备
超硬砂轮基体毛坯采用45钢或40Cr锻造件，毛坯进行粗加工，调质处理后的硬度为28-32HRC，时效处理后需经过探伤，确保基体无裂纹和砂眼等缺陷。
（2）超硬砂轮基体半精车
超硬砂轮基体毛坯锻造件粗加工和热处理后，需要根据最终尺寸预留磨削量进行半精车加工，一般预留量为0.3-0.5mm。
（3）超硬砂轮基体磨削加工
根据超硬砂轮基体最终尺寸和实际生产情况，在磨床上均匀加工基体两个端面和内孔：保证基体两端面平行度≤0.005mm，粗糙度值Ra≤0.8μm；保证内孔圆度≤0.002mm，粗糙度值Ra≤0.8μm。
（4）超硬砂轮基体精车
将磨削加工后的超硬砂轮基体紧固在高精度数控车床的夹具上，效验内孔跳动≤0.002mm，端面跳动≤0.005mm，然后使用特制刀具A和B精车基体高精度复杂型面，其轮廓度要求≤0.005mm。使用三坐标测量仪等设备来检测基体型面轮廓尺寸和形位公差。
（5）动平衡
精车好的超硬砂轮基体做动平衡达到G0.4，即得到基体成品。
实施例二
外径400mm，厚度25mm，内孔127mm，磨料粒度为D 80/100的砂轮。
（1）超硬砂轮基体准备
超硬砂轮基体毛坯采用45钢或40Cr锻造件，毛坯进行粗加工，调质处理后的硬度为28-32HRC，时效处理后需经过探伤，确保基体无裂纹和砂眼等缺陷。
（2）超硬砂轮基体半精车
超硬砂轮基体毛坯锻造件粗加工和热处理后，需要根据最终尺寸预留磨削量进行半精车加工，一般预留量为0.3-0.5mm。
（3）超硬砂轮基体磨削加工
根据超硬砂轮基体最终尺寸和实际生产情况，在磨床上均匀加工基体两个端面和内孔：保证基体两端面平行度≤0.005mm，粗糙度值Ra≤0.8μm；保证内孔圆度≤0.002mm，粗糙度值Ra≤0.8μm。
（4）超硬砂轮基体精车
将磨削加工后的超硬砂轮基体紧固在高精度数控车床的夹具上，效验内孔跳动≤0.002mm，端面跳动≤0.005mm，然后使用特制刀具A和B精车基体高精度复杂型面，其轮廓度要求≤0.005mm，使用三坐标测量仪等设备来检测基体型面轮廓尺寸和形位公差。
（5）动平衡
精车好的超硬砂轮基体做动平衡达到G0.4，即得到基体成品。
本专利中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，上述词语并没有特殊的含义。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及等同物界定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“中心”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

Claims (3)

1.一种复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）超硬砂轮基体准备
超硬砂轮基体毛坯采用金属锻造件，并对毛坯进行粗加工，调质处理后的硬度为28-32HRC；
（2）超硬砂轮基体半精车
超硬砂轮基体毛坯锻造件粗加工和热处理后，根据最终尺寸预留磨削量进行半精车加工；
（3）超硬砂轮基体磨削加工
根据超硬砂轮基体最终尺寸和实际生产情况，在磨床上对超硬砂轮基体均匀加工出两个端面和内孔；
（4）超硬砂轮基体精车
a、将磨削加工后的超硬砂轮基体紧固在高精度数控车床的夹具上，效验内孔跳动≤0.002mm，端面跳动≤0.005mm；
b、安装特制刀具A和B，并使用高精度对刀仪测量刀具分别安装在第一安装位和第二安装位时相对于超硬砂轮基体的轴向和径向的坐标位置点，以确定刀具在机床中的坐标位置，完成对刀过程；
c、先用普通刀具按照设定的加工工艺参数去除砂轮基体廓形的外部余量；
d、将特制刀具A的刀片安装在第一安装位，按照设定的加工工艺参数从特制刀具A第一安装位与第二安装位在基体型面上的接刀位置移动到基体型面沿轴线方向的最底部，完成砂轮基体廓形下侧部分的法向跟踪加工；
e、将特制刀具A的刀片安装在第二安装位上，按照设定的加工工艺参数从特制刀具A第一安装位与第二安装位在基体型面上的接刀位置移动到基体型面沿轴线方向的中间位置，完成砂轮基体廓形中下部分的法向跟踪加工；
f、将特制刀具B的刀片安装在第一安装位，按照设定的加工工艺参数从特制刀具B第一安装位与第二安装位在基体型面上的接刀位置移动到基体型面沿轴线方向的最顶部，完成砂轮基体廓形上侧部分的法向跟踪加工；
g、将特制刀具B的刀片安装在第二安装位上，按照设定的加工工艺参数从特制刀具B第一安装位与第二安装位在基体型面上的接刀位置移动到基体型面沿轴线方向的中间位置，完成砂轮基体廓形中上部分的法向跟踪加工；
h、检测基体型面轮廓尺寸和形位公差；
i、依据检测结果判断加工是否合格，如若不合格，则根据补偿差值调整特制刀具A和B的相关加工参数，调整后再次装夹超硬砂轮基体进行加工，如此循环，直至合格，完成高精度复杂型面砂轮基体廓形的防干涉加工；
（5）动平衡
对精车好的超硬砂轮基体做动平衡达到G0.4，即得到基体成品；
加工方法中的防干涉刀具，包括刀杆及设于刀杆上的刀槽，刀片通过紧固螺钉安装于刀槽中，且刀槽中开设有用于安装刀片的第一安装位和第二安装位，而第一安装位的中心轴线和第二安装位的中心轴线夹角为20~30°；
当刀片位于刀杆的下部时，定义刀具为特制刀具A；
当刀片位于刀杆的上部时，定义刀具为特制刀具B。
2.根据权利要求1所述的一种复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具的加工方法，其特征在于，步骤（3）中超硬砂轮基体的两个端面要求平行度≤0.005mm，粗糙度值Ra≤0.8μm；而内孔圆度≤0.002mm，粗糙度值Ra≤0.8μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种复杂型面超硬砂轮基体防干涉刀具的加工方法，其特征在于：所述防干涉刀具第一安装位的中心轴线和第二安装位的中心轴线夹角为25°。
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