CN1268080A - 切削刃的修圆方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种对刀具的切削刃进行处理以降低所述切削刃在随后加工过程中损坏程度的方法。一具有多根刷毛的刷子可围绕一转动轴线旋转,并相对于切削刃定位,令刷子轴线垂直于切削刃,或者相对于该垂直方向成大约正/负20度。随后,使刷子旋转,并使刀具和旋转的刷子在有磨料参与的情况下彼此接触。切削刀具最好是一用于切削齿轮之类带齿制品的切削刀片,其中切削刃是由切削刀片的前表面和切削后面相交而成。旋转刷能有效地对靠近切削刃的前表面和切削后面的一部分进行抛光,同时对切削刃进行修圆。

Description

切削刃的修圆方法和设备
发明领域
本发明涉及用于加工诸如齿轮之类带齿制品的刀具。具体地说，本发明主要涉及硬质合金刀具，并涉及用于降低刀具切削刃在加工过程损坏程度的方法和设备。
发明背景
众所周知，通过端面铣削或端面滚铣来制造锥齿轮环或小齿轮的切削刀具是由多个切削刀片组成，这些刀片从一圆形切刀头的端面或圆周面沿轴向凸伸。这样的刀具和/或刀片可以从例如授予Blakesley的美国专利4,575,285、授予Whitmore的3,192,604和授予Kotthaus的4,530,623中看到。如这些专利中所揭示的切削刀片通常是用高速钢制成，但也可以用通过粉末冶金工艺成形的硬质合金材料的复合物(例如烧结的硬质合金)来制造。这样的复合物包括例如在钴(Co)基体内的碳化钨(WC)。
当要将一切削刃磨锋利时，通常对切削刃的一个或多个面进行磨削而使切削刃恢复可接受的切削状况。例如，在美国专利4,575,285所揭示的条状(stick-type)切削刀片中，只需要磨削刃的前面和侧面，就可以将切削刃磨锋利。将此类切削刀片磨锋利可以用若干种已知的方式来实现，包括授予Ellwanger等人的美国专利4,170,091或授予Pedersen等人的5,168,661。在也揭示了条状切削刀片的美国专利4,503,623中，同样是对侧面进行磨削，但是仍需要对前表面进行磨削来将刀片磨锋利。
美国专利3,192,604所揭示的切削刀片是已知的铲齿型切削刀片，这些刀片是通过只对前表面进行磨削而磨锋利的。从授予Sweet的美国专利5,503,588可以发现用于将铲齿型切削刀片磨锋利的工艺。
在将很多切削刀片(特别是由例如碳化物等脆性材料制成的切削刀片)磨锋利之后，最好(甚至必须)以某种方式对切削刃进行处理，以防止其在切削作业开始时发生碎裂。在碳化物材料中，发生碎裂的一个原因是：碳化物/金属-基体复合物是非常脆的，锋利的切削刃存在这样的问题，即，在薄的切削刃处，碳化物(例如WC)和/或基体材料(例如Co)的颗粒没有得到充分地支承。切削过程，特别是在切削过程刚开始时，趋向于使某些支承不够的颗粒(尤其是碳化物颗粒)从切削刃上脱落，导致在切削刃上形成缺口，进而损伤被加工表面。
为解决切削刃剥裂的问题，有人沿着切削刃形成一个限定的圆角。与锋利的刃口相比，该圆角可导致可稳定的切削工况和更均匀的磨损，沿切削刃的碳化物颗粒发生非常少的脱落。使切削刃修圆的方法包括：用碳化硅来进行喷砂处理、用磨料颗粒来进行滚筒转动、用软钢管进行手工锉削、以及用刷子进行研磨或磨光。
例如，当借助一旋转刷来处理碳化物切削刀片时，使旋转刷以45度至90度之间的一个角度接近切削刃，并使其沿切削刃的整个宽度移动。旋转刷包括横截面积为1平方毫米(1mm2)的尼龙刷毛，并具有结合在尼龙刷毛内的120细度的碳化硅。旋转刷在刃口处理作业时的表面速度是每秒50英尺(15米/秒)。
然而，在用于带齿制品的切削刀具的情况下，特别是用于切削锥齿轮和双曲线齿轮的条状碳化物切削刀片，上述方法已经被证明是不成功的。例如，一个锥齿轮的条状切削的横截面积可达3/4英寸×3/4英寸(19mm×19mm)，其切削刃的长度为1英寸(25.4mm)。切削刃是通过切削侧面与前表面相交而形成的，所述后角是大约6度，而前表面的前角取向范围是在-20度到+20度之间。
这种锥齿轮条状切削刀片的尺寸和形状的分布不能与任何其它现有的用于铣削、车削或滚削作业的碳化物刀具相媲美。因此，前述的方法不能对切削刃提供有效的处理。手工处理是不稳定的。用以上讨论的刷子处理则会使碳化物颗粒从切削刃上脱落，而不是使切削刃正确地修圆。喷砂处理，使被弄粗糙的切削侧的廓形面和前表面产生具有不确定圆角半径的切削刃。由于条状切削刀片(特别是用碳化物材料制成的切削刀片)的重量和尺寸的关系，借助特定磨料的滚筒旋转也不适合。
本发明的目的在于，提供一种使用于制造带齿构件的切削刀片的切削刃修圆的方法，它可以显著减少或消除颗粒从切削刃上脱落。
发明概要
本发明涉及一种对刀具的切削刃进行处理以降低所述切削刃在随后加工过程中损坏程度的方法。该方法包括提供一刀具，该刀具具有一刀杆部分和一刀头部分，在刀头部分上有一个切削刃。一可转动的刷子具有一转动轴线和围绕所述轴线布置的多根刷毛。将该刷子相对于切削刃定位，令刷子轴线垂直于切削刃，或者相对于该垂直方向成大约正/负20度。随后，使刷子旋转，并使刀具和旋转的刷子在有磨料参与的情况下有效地接触，以对切削刃进行修圆。
切削刀具最好是一用于切削齿轮之类带齿制品的切削刀片，例如一碳化物切削刀片，其中切削刃是由切削刀片的前表面和切削侧廓形表面相交而成。旋转刷能有效地抛光靠近切削刃的前表面和切削侧廓形面的一部分，同时对切削刃进行修圆。
附图简要说明
图1是一种已知的条状切削刀片的立体图；
图2是图1所示切削刀片的俯视图；
图3示出了刷子轴线相对于一切削刀片之切削刃的方向；
图4是包含一与旋转刷配合的切削刀片的安装座的纵剖视图；
图5是图4所示配置的横剖视图；
图6是可允许安装座作角度调整的调节板的纵剖视图；
图7是图6所示调节板和安装座的端部视图；
较佳实施例的详细描述
下面将结合附图来详细描述本发明的较佳实施例。
图1和图2示出了如美国专利4,575,285所揭示的一个用于形成锥齿轮的条状切削刀片。这种切削刀片主要在软切削和硬切削(刮削)作业中用于端面滚削，并且是由例如碳化钨和钴之类的硬质合金或M2高速钢材料制成。
切削刀片2包括一刀杆部分4和一刀头部分6。刀杆部分4具有一基本矩形的横截面，用于将切削刀片2定位到一刀盘(未图示)的安装槽内，就像熟悉本技术领域的人员众所周知的那样。切削刀片2还包括一后表面9、相对的两个侧面10和一前倾面12，前倾面12沿刀头6的长度方向延伸，并相对于前表面8取向为一个合适的前角K。通常，前角K取向在-20度至+20度之间。
刀头部分6包括一刀尖14、切削后面16、突肩17和一后侧面19。刀尖14朝着底表面9倾斜一个角度λ，切削后廓形面16朝着底表面9倾斜一个角度β。如熟悉本技术领域的人员应该理解，刀尖倾角和切削侧倾角的大小取决于被切削的特定工件。前倾面12与切削后面16相交形成了切削刃18，而前倾面12与后侧面19相交形成了侧后刃20。此外，切削刀片2还包括一形成在其前表面并沿其长度方向延伸的槽22。槽22形成了一个第二前倾面24，该前倾面在刀头部分6中的取向为第二前角。前倾面24与后侧面19相交形成了副切削刃26，它可以切削齿槽底部的一部分以及是切削刃18所切削的部分相对的侧面部分。
图1和图2所示的切削刀片是一种已知的“廓形锋利”的切削刀片，是通过对后面16和后侧19的廓形面进行磨削以使切削刃18和副切削刃26恢复其原来用于切削的正确形式而磨锋利的。然而，如上所述，当切削刀片是用脆性材料，例如碳化物制成时，接下来可以进行一个修圆步骤，以减少切削刃在切削作业(特别是在切削开始时)过程中的碎裂。
前述的试图产生修圆或具圆角切削刃的方法，特别是对碳化物切削刀片进行刷处理的方法，实际上会导致颗粒从切削刃上脱落，从而必须对其加以保护。可以相信，这主要是因为刷子逼近并横穿经过切削刃的进给方向是45-90度。由于在磨锋利过程中对切削侧廓形面进行磨削会产生大致从前表面延伸至后表面(即，相对于切削刃成大约90度)的微小磨痕，刷子基本上在同一方向上的逼近可进一步地加强磨削的效果，实际上可以进一步对廓形面进行磨削。于是，在切削刃上，这种加强的磨削作用可以强化在薄的锋利刃口上的磨削作用，从而使精细地支承在切削刃上的颗粒脱落。
现在已经发现，通过与一旋转刷接触并使切削刃处在磨削材料内(刷子的取向可以相对于切削刃成加/减20度(+/-20°))，就可以产生一个修圆的切削刃。较佳的是，相对于切削刃的取向角度为90度(90°)，即垂直于切削刃的方向。图3示出了旋转刷的取向，其中相对于刷子轴线T的较佳取向由P1来表示。角度P2和P3表示刷子相对于切削刃18之取向的极限值，P2是相对于切削刃18成+20°，而P3是相对于切削刃18成-20°。因此，角度P2和P3就是分别从由P1表示的垂直方向偏转大约20°的角度。
旋转刷相对于切削刃的进给方向最好是这样的，即，使刷子的刷毛也接触切削刃两侧的切削刀片的表面，即相交而形成切削刃的表面。例如，如图2所示，切削刃18是由切削后面16与前倾面12相交而形成的。在本发明的修圆方法中，最好使切削刀片相对于旋转刷这样来取向，即，使刷毛的一部分同时与切削后面16和前倾面12接触。业已发现，通过这样的接触，可以在靠近切削刃的各表面上实现一抛光作用。在每个表面上都形成了一抛光带，其宽度最好是大约1mm。由于刷子轴线T基本上垂直于因磨锋利而产生的磨痕线，因而抛光痕迹或线横穿过磨痕线，有效地磨光抛光带内的区域，从而延长了刀具寿命。
用于上述方法的刷子的类型是可变的。作为一个例子，可以采用一个具有横截面积为1mm2的尼龙刷毛并且在每根刷毛内都具有120细度的碳化硅的刷子，将该刷子定位成使其轴线垂直于切削刃，并使其以50英尺/秒(15米/秒)的转速插入而与碳化物(WC和Co)制的切削刀片的切削刃接触大约10秒。因此，刷子轴线的取向由图3中的P1来表示。
在另一个例子中，刷子的尼龙刷毛的直径为0.020英寸(0.51mm)并结合有400细度的碳化硅，将该刷子定位成使其轴线垂直于切削刃(如图3中的P1所示)，使其以100英尺/秒(30.5米/秒)的转速插入而与如图3所示类型的由碳化物(WC和Co)制成的切削刀片的切削刃接触大约20秒。
在这两个例子中，与借助具有0.020英寸刷毛的刷子所形成的圆弧切削刃相比，借助较粗(1mm2刷毛)的刷子所形成的切削刃圆弧面的半径较大。没有发现有颗粒从切削边缘脱落。在这两个例子中，对前表面上的抛光带和靠近切削刃的切削后面都进行了观察。
作为比较，上述的刷子都以一个相对于切削刃成大约90度的角度(即刷子轴线平行于切削刃)横穿经过相同类型的碳化物切削刀片。在这些处理之后对切削刃进行检查发现了因颗粒脱落而产生的凹痕。
图4和图5示出了根据本发明方法的一种用来固定切削刀片的配置。切削刀片2安置在一安装座40内，这个安装座包括一底座42，底座42呈矩形块形状，并具有一形成在底座42的一个面上且沿底座42的长度方向延伸的V形槽。V形槽的斜面由标号48来表示。安装座40还包括一通过螺钉46附连于底座42的刀片挡止件44。刷子50具有从中心毂部54伸出的刷毛52(例如，如上所述的直径为0.020英寸，并结合有碳化硅的刷毛)，该刷子可以绕轴线T旋转。为了非限制性描述起见，刷子50如箭头56所示的那样逆时针地旋转。刷子50可相对于切削刀片2沿箭头58所示的插入方向移动，箭头58表示使刷子50与切削刀片接触(和脱开)所必须的来回移动。
在某些情况下，必须调节刷子50与切削刀片安装座40的相对位置，以实现刷子相对于切削刀具和安装座的所需定位。该调节工作可以这样来实现，即，使安装座40围绕一平行于安装座底座42之长度方向的轴线60相对于刷子50作角度调整(箭头62)。除了围绕轴线60进行角度调整以外，也可以使安装座40围绕一沿安装座40之高度方向的轴线64作角度校正(如箭头66所示)。轴线64垂直于底座42的长度和宽度方向。这样的角度调节将在下面详细讨论。
在实施本发明时，将一切削刀片2切削刃向上地放入安装座40的V形槽内，使刀尖与挡止件44接触。可以借助适当的夹紧装置，例如C形夹子将切削刀片2固定在安装座40内。最好是在刷子轴线T垂直于切削刃18的情况下，使刷子50相对于切削刃18作角度调整。接着，使刷子50相对于安装座40转动和移动(例如沿图4中的方向58向下)，而与刷毛52与切削刃18接触，最好还与靠近切削刃18的前倾面和切削后面接触。这种沿方向58进行而导致刷子直接与切削刃接触的相对移动被称作插入进给。刷子50与切削刃18之间的压力大小受到它们之间的距离的影响，可以根据所需的刃口修圆度和结合在刷毛内的磨料尺寸来调节压力。
除了切入进给之外，稍差一点的是，可以使刷子50如上所述的那样相对于切削刃18角度地定位在远离切削刃18两端的点上，随后再沿方向58相对于切削刀片2移动到一个所需的与切削刀片间隔的位置上。随后，使刷子沿切削刃或相对它成大约+/-20°地进给，以对切削刃18进行修圆，并在靠近切削刃18的前表面12和切削后面16上形成一抛光带。来回移动的速度应该是这样的，即，在与上述一样长的时间内，刷子的相应部分保持与切削刃接触。一旦刷子50已经移过切削刃，就使刷子50沿方向58相对移动，从而使刷子50离开切削刃。
通常，只要使刷子沿着由靠近切削后面16的切削刀片的侧面10与前表面8相交而成的角部68的纵向路径移动就足够了。当把切削刀片2切削刃向上地(图3)安装到如图4所示的安装座40内时，沿着角部68的方向通常会略微偏离切削刃18所在的方向。然而，最好是使刷子50基本上沿着切削刃18移动，这就需要对刷子进行如上所述的相对于安装座40的位置调节。
在一种用于切入进给的类似方式中，同样是只要使刷子50的轴线T垂直于上述角部58就足够了，因为当把切削刀片2切削刃向上地(图3)安装到如图所示的安装座40内时，角部的取向通常会略微偏离切削刃18。
上述的位置调节可以手工地进行，即，可以设置一种能在安装座40上直接进行调节的装置。例如，如图6和图7所示，安装座40可带枢轴地安装于一L形的钢制调节板70，该调节板例如由一个长的部分72和一个短的部分74组成。长的部分72包括一可让轴线64穿过的开口76，以允许一螺钉78通过而紧固于安装座40的底座42。将螺钉78拧松，使安装座40绕轴线64沿方向66转动就可以实现其角度调节。一旦实现所需的取向，就可以将螺钉78柠紧。
在类似的方式中，调节板70的短的部分74包括一可让螺钉(未图示)穿过的开口80，它不但可以用来将调节板70固定在一个适当的机器上来进行本发明的刷磨作业，而且可以通过绕纵轴线60在箭头62所示的方向上双向地枢转而允许作角度调整。
应该理解，上述的用人工来调节切削刀片安装座的角度取向的方法适合于采用简单刷磨工艺的场合。然而，在计算机控制的多轴机床(例如多轴的CNC机床)的情况下，可以借助在机床上所能获得的轴线来使安装座取向。熟悉本技术领域的人员应该理解，专门的安装配置和/或角度调节取决于用来进行本发明工艺的特定机床。
虽然不是最理想，但本发明还构思了一种在刷毛内不带磨料的刷子。相反，可以在刷磨开始时或刷磨的过程中对刷子-切削刀片的交接面添加适当形式(例如浆料、泡沫等)的磨料。
本发明可以借助具有不同刷毛成分和/或硬度，以及具有不同尺寸的磨料的刷子来进行。虽然尼龙刷毛是比较理想的，但本发明不应该限于此。相反，能进行所需修圆作业的刷毛成分都是可以采用的。通常，随着刷毛硬度和/或磨料尺寸的增加，刷磨时间应该减少，这在上述的例子中已经注意到了。在上述例子中还注意到，希望所述修圆作用会随着刷毛硬度和/或磨粒尺寸的增加而变得更加显著。另外，虽然在这些例子中采用碳化硅作为磨料，但本发明应该也可以采用其它合适的磨料，并不限于碳化硅。
虽然已经结合碳化物的切削刀片对本发明进行了讨论，但并不限于此。还可以利用本发明的方法对高速钢切削刀片进行处理，以作为众所周知的、但是非均匀的人工刃口处理方法的一种变型，所述的处理方法包括用一个软钢管以60-90度的角度沿着切削刃作相对移动。
虽然已经通过一特定的条状切削刀片对本发明进行了描述，但本发明并不限于这样的切削刀片。本发明适用于条状切削刀片的所有类型和设计，包括那些还需要将前表面磨锋利的和已知为“端面刃磨”或“成形铲磨(form-relieved)”的切削刀片，以及切削刃会损坏(特别是在开始时发生损坏)的其它任何切削刀片。
虽然已经结合较佳实施例对本发明进行了描述，但应该理解，本发明并不限于这些实施例。本发明旨在包括对本技术领域的普通技术人员都非常明显的、不偏离所附权利要求书的精神和保护范围的各种变型。

Claims (17)

1.一种对刀具的切削刃进行处理以降低所述切削刃在加工过程中损坏程度的方法，所述方法包括：
提供一具有一切削刃的刀具；
提供一可转动的刷子，它具有一转动轴线和围绕所述轴线布置的多根刷毛；
使所述刷子相对于所述切削刃定位，所述轴线垂直于所述切削刃，或者相对于该垂直方向成大约正/负20度；
使所述刷子旋转，
使所述刀具和所述旋转的刷子在有磨料参与的情况下彼此接触，以对所述切削刃进行修圆。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切削刃是由一前表面和一切削后面相交而形成的，所述旋转的刷子可对靠近所述切削刃的所述前表面和所述切削后面的一部分进行抛光。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刷毛包括嵌入其中的磨料颗粒。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨料颗粒的细度尺寸是大约100至400。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨料包括碳化硅。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接触是这样实现的，即，使所述刷子相对于所述切削刃作切入进给运动。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接触是这样实现的，即，使所述刷子沿着所述切削刃方向或相对于所述切削刃成正/负20度地相对于所述刀具移动。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刀具包括碳化物。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述刀具包括碳化钨和钴。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刀具包括高速钢。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述定位步骤之前还包括：
将所述切削刀具安装在一个安装座上，该安装座包括一具有V形横截面并沿其长度方向延伸的槽，所述安装座具有一用于靠抵所述切削刃一端的挡止装置。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述安装座可围绕一平行于所述长度方向的轴线作角度调节。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述安装座可围绕一穿过所述安装座的轴线作角度调节，所述轴线垂直于所述长度和所述宽度方向。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刀具和所述旋转刷的接触时间是大约10秒到20秒。
15.一种用于在磨削过程中固定切削刀片的安装座，所述安装座包括：
一底座部分，它具有一定长度和宽度，其长度略大于宽度，并具有一沿所述长度方向延伸的V形槽，所述安装座具有一用于抵靠所述切削刀片一端的挡止装置。
16.如权利要求15所述的安装座，其特征在于，它还包括一调节板，用于调节所述安装座围绕一平行于其长度方向延伸的轴线进行的角度取向。
17.如权利要求15所述的安装座，其特征在于，它还包括一调节板，用于调节所述安装座围绕一穿过所述安装座延伸的轴线进行的角度取向，所述轴线垂直于所述长度方向和所述宽度方向。
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