CN113334154A - 一种用于精密成型刀片连续加工的复合机床及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及精密机床技术领域，公开了一种用于精密成型刀片连续加工的复合机床及其加工工艺，包括机床本体以及设置在机床本体侧面的自动装夹机构和打磨调节机构；机床本体上设有用来进行刀片打磨的砂轮；自动装夹机构，包括用来装刀片的隔离盘，用来从隔离盘中取放刀片的柔性机械手；打磨调节机构，包括从上往下设置的夹具、支撑板、专用第五轴、支撑台和专用第四轴；夹具用来夹持刀片；专用第五轴用来带动支撑板以及设置在支撑板上方的夹具转动；专用第四轴用来带动支撑台以及设置在支撑台上方的所有结构转动；本发明使刀片加工的各个环节都不需要人工操作，能够实现复杂刀片的主后角以及专用侧向后角的组合加工，有效避免因为人工操作带来的产品效率低、尺寸精度无法达到的问题，能够提高加工精度以及质量的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及精密机床技术领域，具体涉及一种用于精密成型刀片连续加工的复合机床及其加工工艺。
背景技术
机床，是利用切削、磨削、剪切、锻造、压延等方法把金属、木材和其他材料加工成为有用形状的机械。
机床在进行切削的时候，工具与加工材料或者工具之间必须进行三种相对运动，即切削运动、进给运动和进刀运动。切削运动指的是工具的切削刃切削工件时的运动，可以是旋转运动也可以是直线运动。进给运动，指的是使工具的切削刃渐次移动到工件的新切削位置上去的运动。进刀运动，指的是确定工件尺寸的运动，是一种切入运动。随着机床技术的不断革新，现在的一些机床其进给运动和进刀运动同步完成。
现有机床，按照机床的基本运动类型，一般包括切削结构、进给结构和进刀结构三个部分。
用于刀片精密成型的加工机床，切削结构，包括用来对刀片进行打磨的砂轮，对于紧密成型刀片，砂轮不能用普通的砂轮，只能用尖砂轮，这样才方便对于各种形状的刀片进行打磨成型，但是尖砂轮因为接触面积小，极易损坏。
发明内容
本发明意在解决现有刀片精密成型加工机床利用尖砂轮打磨极易损坏砂轮的问题。
为解决以上问题，提供如下方案：
本方案中的用于精密成型刀片连续加工的复合机床，包括机床本体以及设置在机床本体侧面的自动装夹机构和打磨调节机构；所述机床本体上设有用来进行刀片打磨的砂轮；
所述自动装夹机构，包括用来装刀片的隔离盘，用来从隔离盘中取放刀片的柔性机械手；
所述打磨调节机构，包括从上往下设置的夹具、支撑板、专用第五轴、支撑台和专用第四轴；
所述夹具用来夹持刀片；
所述专用第五轴用来带动支撑板以及设置在支撑板上方的夹具转动；
所述专用第四轴用来带动支撑台以及设置在支撑台上方的所有结构转动；
所述专用第四轴的转动幅度大于所述专用第五轴的转动幅度；
所述夹具位于所述砂轮的下方。
本方案的优点在于：
相比于现有精密成型刀片机床，本方案不需要采用尖砂轮，用普通砂轮即可完成精密加工，本方案通过设置专用第四轴和专用第五轴，能够先粗调刀片与砂轮的距离，再细调刀片和砂轮的相对位置，不需要通过尖砂轮来确保精密成型，而是通过精准调节刀片和砂轮的相对位置，就可以通过普通砂轮完成精密成型加工，能够有效降低尖砂轮的耗损成本。
此外，本方案为复合机床，相比单一机床，通过自动装夹机构的设置，能够实现刀片的自动取放，更大程度地实现加工过程的自动化。
进一步，所述柔性机械手上设置有多个夹持部，每个夹持部均径向可张开。
通过径向可张开的夹持部，从每个刀片中间的镂空部进行夹持，便于刀片周边位置的打磨。
进一步，一个柔性机械手上的夹持部至少有三个。
使一个柔性机械手上的各个夹持部能够连续进行操作。
进一步，所述柔性机械手上设置有刀片压顶杆。
通过压顶杆，将隔离盘中的刀片压紧或者顶出。
进一步，所述夹具上设置有用来夹持刀片的夹持块，所述夹持块上连接有用来推动夹持块移动的螺纹杆。
通过螺纹杆转动带动夹持块移动，用来夹紧或者松开刀片。
进一步，所述专用第四轴的转动最小单位为1分。
专用第四轴在水平面内旋转调整，使刀片从左或者从右逐渐靠近砂轮，使砂轮的侧向后角能够被精准打磨，专用第四轴和专用第五轴的偏转打磨，其偏转的角度方向不一样，分别实现刀片左右以及上下两边的侧向后角和主后角的打磨。
进一步，所述专用第五轴的转动最小单位为1秒，或者，所述专用第五轴的转动最小距离为半丝。
专用第五轴在竖直平面内转动，在经过专用第四轴转动后对左右两侧的侧向后角的打磨后，通过专用第五轴实现产品精度受第四轴旋转后产生的复杂形状齿形的偏差问题。
通过专用第五轴的转动进行刀片和砂轮相对位置的细调，保证刀片和砂轮相对位置的精确度，进而通过普通砂轮就可以完成对刀片的精密成型加工。
本发明还提供一种用于精密成型刀片连续加工的复合机床的加工工艺，包括以下步骤：
步骤一，自动装夹机构中的柔性机械手将刀片从隔离盘取出；
步骤二，将取出的刀片放到打磨调节机构的夹具中夹紧；
步骤三，转动专用第四轴，使夹具中的刀片在水平方向上从左或者从右逐渐靠近砂轮；
步骤四，转动专用第五轴，将夹具中的刀片从上或者从下逐渐靠近砂轮；
步骤五，砂轮转动打磨刀片。
本工艺的优点在于：
本工艺通过专用第四轴和专用第五轴的设置，能够精准调节刀片和砂轮的相对位置，能够分别通过左右旋转和上下偏转，对刀片的左右两侧的侧向后角和上下两侧的主后角进行精准打磨，不需要尖砂轮只需要普通砂轮就可以完成对刀片的精密成型加工。
进一步，步骤五中，砂轮和刀片接触时，每次打磨时间为2-5分钟，砂轮的转速为3000-5000转/分钟。
此参数下的打磨加工，便于刀片的精密成型。
进一步，在步骤三中，专用第四轴转动的最小单位为1分，专用第五轴转动最小单位为1秒。
先通过专用第四轴粗调，再通过专用第五轴细调，能够精准控制刀片的打磨位置。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：夹持部1、柔性机械手2、隔离盘4、砂轮5、夹具6、专用第四轴7、专用第五轴8。
实施例一
实施例基本如附图1所示：用于精密成型刀片连续加工的复合机床，包括位于中间的机床本体以及安装在机床本体左侧面的自动装夹机构和安装在机床本体前侧面的打磨调节机构；机床本体的前侧面上安装有用来进行刀片打磨的普通砂轮5；
自动装夹机构，包括用来装刀片的隔离盘4，用来从隔离盘4中取放刀片的柔性机械手2；隔离盘4上分隔形成有多个放置格，每个放置格用来一一对应放置待加工刀片；一个柔性机械手2上的底端转动连接有至少三个夹持部1，每个夹持部1均径向可张开。通过径向可张开的夹持部1，从每个刀片中间的镂空部进行夹持，便于刀片周边位置的打磨，使一个柔性机械手2上的各个夹持部1能够连续进行操作。柔性机械手的端部安装有压顶杆，压顶杆可以位于隔离盘的顶部或底部。通过压顶杆，将隔离盘4中的刀片压紧或者顶出。
打磨调节机构，包括从上往下设置的夹具6、支撑板、专用第五轴8、支撑台和专用第四轴7；夹具6螺钉连接在支撑板上，支撑板螺钉连接在专用第五轴8的顶端，专用第五轴8螺钉连接在支撑台的顶端，支撑台又螺钉连接在专用第四轴7的顶端，专用第四轴7和转动第五轴的转动方向不同，专用第五轴8铰链连接在支撑台上，支撑台的顶端连接有微型气缸，微型气缸的活塞杆向上与专用第五轴接触，通过微型气缸的伸缩，使专用第五轴在竖直方向上在10度以内的范围内，以最小单位为1秒进行上下偏转摆动。专用第四轴连接有驱动其转动的电机，通过电机转动带动专用第四轴7在水平方向上，在180度范围内，以最小单位为1分的精度进行左右旋转。通过专用第四轴7，先进行粗调，使刀片的左右两侧的侧向后角靠近砂轮进行打磨，通过专用第五轴8，进行细调，使刀片的前后两侧的主后角靠近砂轮进行打磨。
通过专用第四轴7和专用第五轴8的转动进行刀片和砂轮5相对位置的细调，保证刀片和砂轮5相对位置的精确度，进而通过普通砂轮5就可以完成对刀片的精密成型加工。
在专用第四轴7的下方安装有用来支撑专用第四轴7且可以升降的升降台。
夹具6用来夹持刀片；夹具6上设置有用来夹持刀片的夹持块，夹持块上连接有用来推动夹持块移动的螺纹杆。通过螺纹杆转动带动夹持块移动，用来夹紧或者松开刀片。
专用第五轴8用来带动支撑板以及设置在支撑板上方的夹具6转动；专用第四轴7用来带动支撑台以及设置在支撑台上方的所有结构转动；专用第四轴7的转动幅度大于专用第五轴8的转动幅度；夹具6位于砂轮5的下方。
本实施例中的复合机床，相比于现有精密成型刀片机床，本方案不需要采用尖砂轮5，用普通砂轮5即可完成精密加工，本方案通过设置专用第四轴7和专用第五轴8，能够先粗调刀片与砂轮5的距离，再细调刀片和砂轮5的相对位置，不需要通过尖砂轮5来确保精密成型，而是通过精准调节刀片和砂轮5的相对位置，就可以通过普通砂轮5完成精密成型加工，能够有效降低尖砂轮5的耗损成本。相比单一机床，通过自动装夹机构的设置，能够实现刀片的自动取放，更大程度地实现加工过程的自动化。
利用以上精密成型刀片连续加工的复合机床进行加工操作时，具体包括以下步骤：
步骤一，将待加工刀片放置到隔离盘4中的每个放置格中，通过柔性机械手2上的各个夹持部1依次伸进待加工刀片的镂空部张开，将刀片从隔离盘4取出；
步骤二，柔性机械手2将取出的刀片放到打磨调节机构的夹具6中，转动螺纹杆，使夹紧块夹紧待加工刀片；
步骤三，转动专用第四轴7，使夹具6中的刀片在水平方向上从左或者从右靠近砂轮5；专用第四轴7在180度范围内以最小单位为1分进行转动；
步骤四，转动专用第五轴8，将夹具6中的刀片在竖直方向上从上或者从下靠近砂轮；专用第五轴8在10度范围内以最小单位为1秒进行转动；
步骤五，砂轮5转动打磨刀片。砂轮5和刀片接触时，每次打磨时间为2-5分钟，砂轮5的转速为3000-5000转/分钟。此参数下的打磨加工，便于刀片的精密成型。
本实施例先通过专用第四轴7粗调，再通过专用第五轴8细调，能够精准控制刀片的打磨位置。
该机床是结合前面两种机床的加工需求，将前面刀片加工需要两步完成的，而在该机床上一次装夹，通过机床的专用第四轴7，专用第五轴8的变换，实现两个工步的加工。
刀片首先放于隔离盘4中，由柔性机械手2的夹持部1位1取出刀片，放入夹具6中，通过夹具6的自动装夹和顶压杆的敲打，重复三遍，实现刀片的自动定位装夹。后机床的专用旋转轴7旋转到与机床X轴平行方向，实现与机床X\Y以及砂轮5的相对位置，进行刀片的成型缓进给磨削。磨削完成后，夹具6系统退出磨削区，根据刀片二次磨削需要的后角3-5度，进行专用旋转轴7(专用旋转第四轴)的旋转，但是由于第四轴旋转3-5度后，直接进入磨削区域将与第一次磨削的成型形状无法重叠，因此需要专用第五轴8(即8号顶杆轴)进行精度的微调，调整好7和8的位置后，刀片再次进入磨削区，成型加工出二次刀片面，完成磨削后退出，进行下一个齿形的磨削。
本实施例一次装夹，两次磨削，实现刀片二次加工的后刀面没有刃带，完全无缝接刀，达到理想的设计状态。
现有技术中仅能采用尖砂轮5进行边界切割打磨，对尖砂轮5的损耗非常大，且不能批量生产，而本方案中，通过专用第四轴7和专用第五轴8的转动，依次经过粗调和微调刀片与砂轮5的相对位置，本方案直接通过普通砂轮5就能完成对异形刀片的打磨。
实施例二
本实施例中的顶压杆，连接有对应分离盘放置格个数的顶针，所有顶针可以类似手指一样向下按压刀片或者向上顶刀片，每个顶针为中空结构，顶针内部含有弹簧、软材料等特殊创新结构设计，弹簧满足模仿人手的弹性顶压力，软材料结构保障机构顶压刀片的耐磨性以及避免太硬顶压损坏刀片。
实施例三
本实施例中，顶针在按压放置槽中的刀片的时候，按照速度半秒内按压频率，一般实现2-3次的按压和夹具的夹紧交替动作进行按压，相邻两个顶针可以同时向下按压也可以间隔向下按压。
实施例四
本实施例中，在夹具6上安装有用来检测砂轮5和刀片相对位置的红外线传感器，通过红外线传感器进一步保证刀片加工的精确位置。
实施例五
本实施例中，在夹具6的顶面上安装有保护罩，保护罩位于夹持块的四周，保护罩露出待加工刀片的待加工位置。若刀片与砂轮5的相对位置调节失误，砂轮5通过接触保护罩避免误加工。
保护罩，包括位于砂轮5和刀片之间的挡片，挡片上开有用来露出刀片的窗口，挡片上竖直连接有两个定位柱，两个定位柱分别连接在夹具6和机床本体之间，挡片上开有用来沿着两个定位柱在水平方向上局部移动的限位孔。
实施例六
本实施例中，专用第五轴的最小转动单位为转动距离为半丝。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种用于精密成型刀片连续加工的复合机床，其特征在于，包括机床本体以及设置在机床本体侧面的自动装夹机构和打磨调节机构；所述机床本体上设有用来进行刀片打磨的砂轮；
所述自动装夹机构，包括用来装刀片的隔离盘，用来从隔离盘中取放刀片的柔性机械手；
所述打磨调节机构，包括从上往下设置的夹具、支撑板、专用第五轴、支撑台和专用第四轴；
所述夹具用来夹持刀片；
所述专用第五轴用来带动支撑板以及设置在支撑板上方的夹具转动；
所述专用第四轴用来带动支撑台以及设置在支撑台上方的所有结构转动；
所述专用第四轴的转动幅度大于所述专用第五轴的转动幅度；
所述夹具位于所述砂轮的下方。
2.根据权利要求1所述的用于精密成型刀片连续加工的复合机床，其特征在于，所述柔性机械手上设置有多个夹持部，每个夹持部均径向可张开。
3.根据权利要求2所述的用于精密成型刀片连续加工的复合机床，其特征在于，一个柔性机械手上的夹持部至少有三个。
4.根据权利要求1所述的用于精密成型刀片连续加工的复合机床，其特征在于，所述柔性机械手上设置有刀片压顶杆。
5.根据权利要求1所述的用于精密成型刀片连续加工的复合机床，其特征在于，所述夹具上设置有用来夹持刀片的夹持块，所述夹持块上连接有用来推动夹持块移动的螺纹杆。
6.根据权利要求1所述的用于精密成型刀片连续加工的复合机床，其特征在于，所述专用第四轴的转动最小单位为1分。
7.根据权利要求6所述的用于精密成型刀片连续加工的复合机床，其特征在于，所述专用第五轴的转动最小单位为1秒，或者，所述专用第五轴的转动最小距离为0.001mm。
8.一种用于精密成型刀片连续加工的复合机床的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，自动装夹机构中的柔性机械手将刀片从隔离盘取出；
步骤二，将取出的刀片放到打磨调节机构的夹具中夹紧；
步骤三，转动专用第四轴，使夹具中的刀片在水平方向上从左或者从右逐渐靠近砂轮；
步骤四，转动专用第五轴，将夹具中的刀片从上或者从下逐渐靠近砂轮；
步骤五，砂轮转动打磨刀片。
9.根据权利要求8所述的用于精密成型刀片连续加工的复合机床的加工工艺，其特征在于，步骤五中，砂轮和刀片接触时，每次打磨时间为2-5分钟，砂轮的转速为3000-5000转/分钟。
10.根据权利要求8所述的用于精密成型刀片连续加工的复合机床的加工工艺，其特征在于，在步骤三中，专用第四轴转动的最小单位为1分，专用第五轴转动最小单位为1秒。
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