CN116276324A

CN116276324A - 一种加工滚刀端面的方法

Info

Publication number: CN116276324A
Application number: CN202310052583.1A
Authority: CN
Inventors: 文立东; 张永强; 宋安邦; 吴熙; 胡贤金; 余志凌
Original assignee: CHENGDU TOOL RESEARCH INSTITUTE CO LTD
Current assignee: CHENGDU TOOL RESEARCH INSTITUTE CO LTD
Priority date: 2023-02-02
Filing date: 2023-02-02
Publication date: 2023-06-23

Abstract

本发明涉及刀具加工领域，公开了一种加工滚刀端面的方法，通过重复利用滚刀内孔的一侧孔壁来实现硬质合金滚刀前后两个端面的磨削。本方法提供一种较为简单且精确的检测方法，经过两次装夹和磨削，获得前后两个滚刀端面关于内孔轴线所在垂直面对称，通过检测前后两个滚刀端面的夹角，该夹角的一半为轴杆的弯曲变形在滚刀端面上的影响。

Description

一种加工滚刀端面的方法

技术领域

本发明涉及刀具加工领域，具体涉及一种加工滚刀端面的方法。

背景技术

滚刀是刀齿沿圆柱或圆锥作螺旋线排列的齿轮加工刀具，滚刀端面加工质量是其极重要的质量参数。申请号2017106991656的发明专利技术《超精微硬质合金小模数滚刀及其制造工艺》提到了用精密数控外圆磨磨削滚刀端面的方法，该发明在数控外圆磨床上提高了工艺系统的刚度与安装滚刀芯轴及顶尖的精度，优选方法为将滚刀安装在1:20000锥度芯轴或液压芯轴上，在精密的数控外圆磨床上磨制滚刀轴台的外圆和端面，控制轴台端面达到端跳0.002mm，径跳0.003mm的形位公差精度。但是该发明技术存在以下问题：1、1:20000锥度芯轴或液压芯轴制作成本高、废品率高；2、通过锥度芯轴和硬质合金内孔装配，芯轴容易磨损，磨损后难以保证产品精度和质量；3、锥度芯轴和硬质合金内孔在锥度芯轴上的配合位置，在受力不同时，配合位置会有变化，这一方面导致磨削力过大时，难以保证产品质量，另一方面锥度芯轴在施加较大力下配合位置更容磨损和擦伤；4、数控外圆磨床的磨削工艺，对砂轮的端面和周面提出了更高的形状要求和参数要求，这导致磨削过程中的成本的增加。

发明内容

本发明意在提供一种加工滚刀端面的方法，以解决现有技术中滚刀端面加工采用锥度芯轴装配，存在加工质量难以保证、芯轴容易磨损的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种加工滚刀端面的方法，包括以下步骤：

A、将滚刀毛坯装夹在夹具上，通过夹具给滚刀毛坯内孔一侧孔壁施加四个共平面的支撑点，并在滚刀毛坯外圆上施加一个位于四个支撑点之间的压力，使得滚刀毛坯和夹具整体在过支撑点且由压力方向和滚刀内孔轴线方向组成的平面内沿压力方向倾斜角度α；

B、用磨削刀具对滚刀毛坯进行端面磨削，控制磨削刀具在滚刀毛坯工件坐标系中的磨削刀路，磨削的端面法向与滚刀毛坯内孔轴线成一夹角α₁；

C、将滚刀毛坯从夹具上拆下后反向装夹，保证滚刀毛坯围绕4个支撑点的中心旋转180°；

D、用磨削刀具对滚刀毛坯进行另一端面的磨削，控制磨削刀具采用与步骤B中相同的磨削刀路，磨削的端面法向与滚刀毛坯内孔轴线成夹角α₂，由步骤A、B、C可知，α₂=α₁；

E、检测滚刀毛坯两端面之间的角度为2α’，由步骤A、B、C、D可知，2α’=α₂+α₁，如果2α’达到滚刀端面要求，则端面合格，如果2α’未达到滚刀端面要求，返回步骤B和步骤D，控制并调整磨削刀具在滚刀毛坯工件坐标系中的磨削刀路，使得调整后加工得到的端面法向与滚刀毛坯内孔轴线成的夹角α₁’和α₂’达到滚刀端面要求，

也可通过单独检测步骤B和步骤D所磨削后的前后两个端面与内孔轴线的实际夹角α₁’和α₂’，如果α₁’和α₂’达到滚刀端面要求，则端面合格，如果α₁’和α₂’未达到滚刀端面要求，返回步骤B和步骤D，控制并调整磨削刀具在滚刀毛坯工件坐标系中的磨削刀路，使得调整后加工得到的端面法向与滚刀毛坯内孔轴线成的夹角α₁’和α₂’达到滚刀端面要求。

优选的，作为一种改进，所述步骤A中采用的夹具包括轴杆、套筒和压板，轴杆前端为支撑部、后端为标准直柄，支撑部上并排设有两个支撑环，每个支撑环具有至少两个支撑点，套筒套接固定在标准直柄上，压板呈U型，压板中部连接在套筒上，压板一端与套筒相抵、另一端位于两个支撑环之间，步骤A中滚刀毛坯套设在支撑部上，通过两个支撑环为滚刀毛坯内孔提供四个共面的支撑点，通过压板在两个支撑环之间给滚刀毛坯外圆施加压力。

优选的，作为一种改进，所述支撑环为轴对称结构的四方型凸起条块，支撑环的横截面形状为上下平行的一组直线边和左右平行的一组直线边组成的矩形，且支撑环相邻直线边之间为两段不等径的圆弧过渡连接，步骤A中仅通过支撑环相邻直线边之间的圆弧过渡连接部位对滚刀毛坯内孔提供支撑。

优选的，作为一种改进，支撑环之间的支撑部上设有与支撑环直线边平行的间隙平面，相邻间隙平面之间为间隙圆弧面，在标准直柄上加工有与间隙平面平行的定位平面，在套筒外壁上加工有与定位平面平行的三个套筒平面及一个压紧平面，步骤A中压板通过压紧平面定位，通过将套筒平面与间隙平面法向对齐，以控制压板压紧后沿滚刀毛坯的径向施力。

优选的，作为一种改进，所述支撑部上设有位于支撑环外侧的前圆柱面和后圆柱面，步骤A中将夹具装夹在机床刀柄上，通过前圆柱面、后圆柱面及定位平面校验夹具在机床刀柄上的位置偏差。

优选的，作为一种改进，所述压紧平面上加工有螺纹孔和沿套筒轴向的导向槽，所述压板与套筒相抵的一端设有导向块，导向块插入导向槽中，压板中部开设有通孔，通孔中穿设有连接到螺纹孔的螺栓。

优选的，作为一种改进，所述压板位于两个支撑环之间的一端为压板顶块，步骤A中通过调整套筒端面与轴杆端面的相对距离控制压板顶块位于两个支撑环之间。

本方案的原理及优点是：实际应用时，通过重复利用滚刀内孔的一侧孔壁来实现硬质合金滚刀前、后两个端面的磨削。为了保证磨削端面时的稳定性，要求滚刀内孔为符合JB/T 7654-2006标准的直孔，通过一轴杆上的前、后两组支撑环支撑并定位内孔轴线，每组支撑环沿内孔圆周方向有两个支撑点。在支撑点所在一侧的滚刀外圆上，施加压力以保证滚刀在轴杆支撑点上稳定安装，从施加压力的方向看，施加的压力在四个支撑点组成的平面区域内。所施加的压力必然会导致轴杆弯曲变形，在一定范围内，变形与所施加的力满足挠曲线方程。在实施过程中，只要保证所施加的力不变，就可获得重复的弯曲变形。针对施加压力导致弯曲变形的轴杆，使用砂轮沿特定运动刀路磨削其上面的滚刀毛坯端面，其端面与内孔轴线的位置关系由轴杆的弯曲变形、砂轮运动刀路综合得到。然后卸载压力，把滚刀毛坯旋转180°，再次安装在轴杆上，保证两组支撑点和原来滚刀内孔孔壁接触位置在周向和轴向的一致性，施加同样的压力压紧滚刀，重复原有砂轮的磨削运动刀路，可磨削滚刀的另一端面。检测轴杆的弯曲变形在滚刀端面上的影响，将其补偿到砂轮运动刀路中，重复上述装夹和磨削过程，便可得到与滚刀内孔轴线垂直的滚刀端面。可使用常规的端面检测设备单独检测每个滚刀端面相对内孔轴线的偏差，从而计算出轴杆的弯曲变形。本方法还提供一种较为简单且精确的检测方法，由于经过两次装夹和磨削，所以获得前后两个滚刀端面关于内孔轴线所在垂直面对称，通过检测前后两个滚刀端面的夹角，该夹角的一半为轴杆的弯曲变形在滚刀端面上的影响。本方法所用的夹具，要求表面硬，其不易发生塑性变形，且制造过程容易实现，比如采用硬质合金标准棒制造。

本发明的优点在于：

1、本方案的轴杆夹具，通过前、后两组支撑环的支撑点与滚刀内孔接触，在某一方向施加可靠的压力，通过计算并控制砂轮磨削的位置，控制精度高，所加工滚刀端面精度更高、重复性更好。

2、由于只需考虑支撑点与滚刀内孔接触和在某一方向施加压力的重复性，所以轴杆公差尺寸要求低、制造成本低。

3、本方案的轴杆夹具，可用硬质合金材料制作加工而成，其制造工艺简单，且轴杆夹具的磨损小。

4、计算过程和数据的处理分析可集成到软件程序中，减少制造工艺的复杂程度，减轻了操作人员的劳动强度，操作简单更易入手。

附图说明

图1为本发明实施例1中轴杆的斜视图。

图2为本发明实施例1中轴杆的正视图及右视图。

图3为本发明实施例1中套筒的正视图。

图4为本发明实施例1中套筒的俯视图。

图5为本发明实施例1中压板的正视图及左视图。

图6为本发明实施例1中夹具的斜视图。

图7为本发明实施例2中滚刀毛坯在夹具上装夹的侧视图。

图8为本发明实施例2中滚刀毛坯在夹具上装夹的斜视图。

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：轴杆1、套筒2、压板3、支撑部4、前支撑环5、后支撑环5’、竖向间隙平面6、横向间隙平面6’、间隙圆弧面7、前圆柱面8、后圆柱面8’、轴杆端面9、套筒端面10、连接螺纹孔11、导向槽12、压紧螺纹孔13、导向块14、通孔15、压块平面16、压板顶块17、标准直柄18、压紧螺栓19、滚刀毛坯20、定位平面21、套筒平面22、压紧平面23。

实施例1，基本如附图6所示：一种加工滚刀端面的夹具，包括轴杆1、套筒2和压板3，如图1、图2所示，轴杆1后端为圆柱形的标准直柄18，轴杆1前端为直径小于标准直柄18的支撑部4，支撑部4上加工有并排的前支撑环5和后支撑环5’，前支撑环5和后支撑环5’均为四方型的凸起条块，支撑环的横截面形状为上下平行的一组直线边和左右平行的一组直线边组成的矩形，且每个支撑环相邻直线边之间为两段不等径的圆弧过渡连接，前支撑环5、后支撑环5’之间的轴杆1表面为平行于支撑环直线边的竖向间隙平面6、横向间隙平面6’以及平行于支撑环圆弧过渡边的间隙圆弧面7。前支撑环5前侧的支撑部4上加工有前圆柱面8，后支撑环5’后侧的支撑部4上加工有后圆柱面8’。标准直柄18上加工有与竖向间隙平面6、横向间隙平面6’平行的四个定位平面21。

如图3、图4所示，套筒2为圆筒状，套筒2外壁上加工有三个与竖向间隙平面6、横向间隙平面6’平行的套筒平面22，以及一个与竖向间隙平面6平行的压紧平面23，每个套筒平面22上均开设有连接螺纹孔11，压紧平面23上并排开设有导向槽12和压紧螺纹孔13。如图5所示，压板3为U型，压板3中部为压块平面16，压块平面16中部开设有通孔15，压板3前端为压板顶块17，压板3后端为导向块14，通孔15中穿设有连接在压紧平面23上的压紧螺纹孔13中的螺栓，导向块14插入到导向槽12中。

实施例2，一种加工滚刀端面的方法，具体实施过程如下：

A、将实施例1中的轴杆1标准直柄18装夹到机床刀柄上，如图7、图8所示，通过前圆柱面8、后圆柱面8’校验在机床刀柄上的位置偏差，将套筒2套在标准直柄18上，在连接螺纹孔11中连接螺栓将套筒2与轴杆1连接在一起，在通孔15中穿设连接到压紧螺纹孔13中的压紧螺栓19将压板3连接到套筒2上，通过将套筒平面22与竖向间隙平面6、横向间隙平面6’法向对齐，使得压紧平面23与竖向间隙平面6法向对齐，可控制压板3压紧后对滚刀毛坯20的施力方向；将滚刀毛坯20套在支撑部4上，通过前支撑环5、后支撑环5’对滚刀毛坯20的内孔提供四个共面的支撑点，保证夹具和滚刀毛坯20内孔的精度，可保证有且仅有四个支撑点，通过调整套筒端面10与轴杆端面9的相对位置，使得压板顶块17位于前支撑环5与后支撑环5’之间，用力矩扳手拧紧压紧螺栓19，使得压板顶块17给滚刀毛坯20施加一个压力，使得滚刀毛坯20和夹具整体在过支撑点且由压力方向和滚刀毛坯20内孔轴线方向组成的平面内沿压力方向倾斜角度α；

B、用砂轮对夹具上装夹的滚刀毛坯20进行端面磨削，控制砂轮在滚刀毛坯20工件坐标系中的磨削刀路，磨削的端面法向与滚刀毛坯20内孔轴线成一夹角α₁；

C、将滚刀毛坯20从夹具上拆下后反向装夹，保证滚刀毛坯20围绕四个支撑点的中心旋转180°；

D、用砂轮对滚刀毛坯20进行另一端面的磨削，控制砂轮采用与步骤B中相同的磨削刀路，磨削的端面法向与滚刀毛坯20内孔轴线成夹角α₂，由步骤A、B、C可知，α₂=α₁；

E、检测滚刀毛坯20两端面之间的角度为2α’，由步骤A、B、C、D可知，2α’=α₂+α₁，如果2α’达到滚刀端面要求，则端面合格，如果2α’未达到滚刀端面要求，返回步骤B和步骤D，控制并调整磨削刀具在滚刀毛坯工件坐标系中的磨削刀路，使得调整后加工得到的端面法向与滚刀毛坯内孔轴线成的夹角α₁’和α₂’达到滚刀端面要求，

也可通过单独检测步骤B和步骤D所磨削的前后两个端面与内孔轴线的实际夹角α₁’和α₂’，如果α₁’和α₂’达到滚刀端面要求，则端面合格，如果α₁’和α₂’未达到滚刀端面要求，返回步骤B和步骤D，控制并调整磨削刀具在滚刀毛坯工件坐标系中的磨削刀路，使得调整后加工得到的端面法向与滚刀毛坯内孔轴线成的夹角α₁’和α₂’达到滚刀端面要求。本实施例所指的满足滚刀端面要求为检测的夹角经过换算满足对应等级的端面跳动要求，例如AAA级滚刀满足端面跳动0.002mm，AA级滚刀满足端面跳动0.003mm，换算过程为本领域公知的常规技术手段，在此不赘述。

本发明通过重复利用滚刀毛坯20内孔的一侧孔壁来实现硬质合金滚刀前、后两个端面的磨削。为了保证磨削端面时的稳定性，要求滚刀内孔为符合JB/T 7654-2006标准的直孔，通过一轴杆1上的前、后两组支撑环支撑并定位内孔轴线，每组支撑环沿内孔圆周方向有两个支撑点。在支撑点所在一侧的滚刀外圆上，施加压力以保证滚刀在轴杆1支撑点上稳定安装，从施加压力的方向看，施加的压力在四个支撑点组成的平面区域内。所施加的压力必然会导致轴杆1弯曲变形，在一定范围内，变形与所施加的力满足挠曲线方程。在实施过程中，只要保证所施加的力不变，就可获得重复的弯曲变形。针对施加压力导致弯曲变形的轴杆1，使用砂轮沿特定运动刀路磨削其上面的滚刀毛坯20端面，其端面与内孔轴线的位置关系由轴杆1的弯曲变形、砂轮运动刀路综合得到。然后卸载压力，把滚刀毛坯20旋转180°，再次安装在轴杆1上，保证两组支撑点和原来滚刀内孔孔壁接触位置在周向和轴向的一致性，施加同样的压力压紧滚刀，重复原有砂轮的磨削运动刀路，可磨削滚刀的另一端面。检测轴杆1的弯曲变形在滚刀端面上的影响，将其补偿到砂轮运动刀路中，重复上述装夹和磨削过程，便可得到与滚刀内孔轴线垂直的滚刀端面。可使用常规的端面检测设备单独检测每个滚刀端面相对内孔轴线的偏差，从而计算出轴杆的弯曲变形α，在磨削刀路上补偿α，则可得到既与滚刀内孔轴线垂直，又相互平行的一组滚刀端面。本方法还提供一种较为简单且精确的检测方法，经过两次装夹和磨削，获得前后两个滚刀端面关于内孔轴线所在垂直面对称，通过检测前后两个滚刀端面的夹角，该夹角的一半为轴杆1的弯曲变形在滚刀端面上的影响，通过检测工具量取两平面的角度为2α，在磨削刀路上补偿α，则可得到既与滚刀内孔轴线垂直，又相互平行的一组滚刀端面。本方法所用的夹具，要求表面硬，其不易发生塑性变形，且制造过程容易实现，比如采用硬质合金标准棒制造。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，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

1.一种加工滚刀端面的方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、将滚刀毛坯装夹在夹具上，通过夹具给滚刀毛坯内孔一侧孔壁施加四个共平面的支撑点，并在滚刀毛坯外圆上施加一个位于四个支撑点之间的压力，使得滚刀毛坯和夹具整体在过支撑点且由压力方向和滚刀毛坯内孔轴线方向组成的平面内沿压力方向倾斜角度α；

E、检测滚刀毛坯两端面之间的角度为2α’，由步骤A、B、C、D可知，2α’=α₂+α₁，如果2α’达到滚刀端面要求，则端面合格，如果2α’未达到滚刀端面要求，返回步骤B和步骤D，控制并调整磨削刀具在滚刀毛坯工件坐标系中的磨削刀路，使得调整后加工得到的端面法向与滚刀毛坯内孔轴线成的夹角α₁’和α₂’达到滚刀端面要求。

2.根据权利要求1所述的一种加工滚刀端面的方法，其特征在于：所述步骤A中采用的夹具包括轴杆、套筒和压板，轴杆前端为支撑部、后端为标准直柄，支撑部上并排设有两个支撑环，每个支撑环具有至少两个支撑点，套筒套接固定在标准直柄上，压板呈U型，压板中部连接在套筒上，压板一端与套筒相抵、另一端位于两个支撑环之间，步骤A中滚刀毛坯套设在支撑部上，通过两个支撑环为滚刀毛坯内孔提供四个共面的支撑点，通过压板在两个支撑环之间给滚刀毛坯外圆施加压力。

3.根据权利要求2所述的一种加工滚刀端面的方法，其特征在于：所述支撑环为轴对称结构的四方型凸起条块，支撑环的横截面形状为上下平行的一组直线边和左右平行的一组直线边组成的矩形，且支撑环相邻直线边之间为两段不等径的圆弧过渡连接，步骤A中仅通过支撑环相邻直线边之间的圆弧过渡连接部位对滚刀毛坯内孔提供支撑。

4.根据权利要求3所述的一种加工滚刀端面的方法，其特征在于：支撑环之间的支撑部上设有与支撑环直线边平行的间隙平面，相邻间隙平面之间为间隙圆弧面，在标准直柄上加工有与间隙平面平行的定位平面，在套筒外壁上加工有与定位平面平行的三个套筒平面及一个压紧平面，步骤A中压板通过压紧平面定位，通过将套筒平面与间隙平面法向对齐，以控制压板压紧后沿滚刀毛坯的径向施力。

5.根据权利要求4所述的一种加工滚刀端面的方法，其特征在于：所述支撑部上设有位于支撑环外侧的前圆柱面和后圆柱面，步骤A中将夹具装夹在机床刀柄上，通过前圆柱面、后圆柱面及定位平面校验夹具在机床刀柄上的位置偏差。

6.根据权利要求5所述的一种加工滚刀端面的方法，其特征在于：所述压紧平面上加工有螺纹孔和沿套筒轴向的导向槽，所述压板与套筒相抵的一端设有导向块，导向块插入导向槽中，压板中部开设有通孔，通孔中穿设有连接到螺纹孔的螺栓。

7.根据权利要求6所述的一种加工滚刀端面的方法，其特征在于：所述压板位于两个支撑环之间的一端为压板顶块，步骤A中通过调整套筒端面与轴杆端面的相对距离控制压板顶块位于两个支撑环之间。

8.根据权利要求1所述的一种加工滚刀端面的方法，其特征在于：步骤E中，也可通过单独检测步骤B和步骤D所磨削加工后的前后两个端面与内孔轴线的实际夹角α₁’和α₂’，如果α₁’和α₂’达到滚刀端面要求，则端面合格，如果α₁’和α₂’未达到滚刀端面要求，返回步骤B和步骤D，控制并调整磨削刀具在滚刀毛坯工件坐标系中的磨削刀路，使得调整后加工得到的端面法向与滚刀毛坯内孔轴线成的夹角α₁’和α₂’达到滚刀端面要求。