CN1669737A - 制造一个具有可变轴向前角的轮廓排屑面的磨削装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磨削装置以及一个相应的磨削程序，其最好是基于设计成程序或者程序段的模块，该模块借助于预定的边界条件最好自动地确定一个切削工具的角切削刃和角部排屑面的几何尺寸。端面切削刃的轴向前角和圆周切削刃的轴向前角以及一个所期望的有效齿廓都可以用作预定的边界条件。其它边界条件是在端面排屑面、角部排屑面和圆周排屑面之间的平滑过渡。工具获得更长的使用寿命，同时利用这些工具可以实现更好的加工质量。

Description

制造一个具有可变轴向前角的轮廓排屑面的磨削装置和方法
技术领域
本发明涉及一种磨削装置、一个磨削程序、具有一个相应磨削程序的数据存储器以及用于制造一个具有可变轴向前角的轮廓排屑面的方法。
背景技术
不但具有端面切削刃而且具有角切削刃以及圆周切削刃的铣削工具通常在圆周切削刃上设有轴向前角，该前角与端面切削刃的轴向前角不一样。特别当这个轴向前角被证明为是一个大的螺旋升角时、也即一个较低的导程角(螺旋升角和导程角互余)时，这特别适于具有螺旋状圆周排屑槽的铣削工具。如果这种排屑槽一直延伸到端面切削刃，会产生不稳定的易碎棱角。如果在位于端面切削刃和圆周切削刃之间的角切削刃的区域内选取轴向前角(该前角位于端面切削刃和圆周切削刃之间)，角切削刃的形状并不理想。虽然端面切削刃的轴向前角也设置在角部区域，在角切削刃的区域内也可以出现断裂。这一现象是基于通过端面排屑槽以及圆周排屑槽的不同的螺旋升角所得棱角而得到的。
发明内容
因此本发明的任务是给出一种磨削方法、一种磨削装置以及一种磨削程序，从而可以得到改进的铣削装置。
本任务通过按照权利要求1的磨削装置、按照权利要求10的磨削程序以可执行的方式或者在一个按照权利要求21的数据存储器上以及通过按照权利要求22的方法解决。
端面切削刃的排屑槽通过一个端面排屑槽模块生成，该模块控制端面切削室的磨削过程。相应地，圆周排屑槽的磨削过程通过一个圆周排屑槽模块来控制。按照本发明设置了一个角部排屑槽模块，该模块自动控制角部排屑槽的生成。在此，磨削工具沿一个曲线路径被引导。这个路径至少由给定的边界条件生成。例如角切削刃预定的一个有效齿廓、一个平滑的也即无弯折的角切削刃与端部切削刃和/或圆周切削刃的连接和/或一个预定的角部轴向前角或者一个给定的角部轴向前角的分布走向就是其中的边界条件。在最简单的情况下，角部轴向前角的分布走向由端面排屑槽的轴向角和螺旋前角自动生成，方法是确定一个函数，轴向前角(例如所生成的表面具有尽可能小的曲率)利用该函数从端面排屑面推导出圆周排屑面。该函数可以解析地或者以一个表格的形式预定。在后者情况下，对端面排屑槽和轴向前角的具体轴向角、角部半径和工具直径的匹配通过比例缩放来实现。
按照本发明的磨削装置就像磨削程序和磨削方法那样可以制造具有设定的有效轮廓以及设定的端面轴向前角和圆周前角的切削工具(它们也被称为螺旋升角或者圆周轴向前角)。这可以以简单的输入来实现，该输入不会超过任何操作人员的技能。角部排屑槽模块自动生成一个角部排屑面齿廓。该齿廓平滑地连接到相邻的排屑槽上并且在该齿廓上角切削刃与所期望的有效齿廓相匹配，该有效齿廓具有一个输入的并且因此确定的角部半径。排屑面和它们的过渡是平滑的并且无棱面的。切削刃在其从端面切削刃至圆周切削刃的整个分布走向中同样是无弯折的和无棱角的。端面轴向前角和圆周轴向前角可相互独立地确定。角切削刃具有好的稳定性。切屑流通过平滑的排屑槽结构被优化了。
此外，一个相应的磨削装置可以简单地编程并且可以在较短的加工时间内完成。这特别是由于角切削刃、也就是角部切削室在一个路径中被磨削。从不同角度多次横向进给，如其以前有帮助的那样，已经不必要了。在最简单的情况中，端面切削刃、角切削刃和圆周切削刃可以在一个路径中被磨削。但是，最好端面排屑槽、角部排屑槽和圆周排屑槽在单独的砂轮运动中制成，其中单个的轨迹基本上连续相切地相互连接。然后，端面排屑槽、角部排屑槽和圆周排屑槽先后用同一个砂轮生成。以这种方式，可以实现一个特别合理的加工过程。
附图说明
本发明的有利实施方式的其它细节从附图、下文中的说明书或者权利要求中得出。
附图中示出了本发明的一个实施例。图中示出：
图1是一个侧视图，其以简化的断面图的形式示出了利用按照本发明的磨削方法或者磨削装置制成的切削工具，
图2示出图1中切削工具在其角切削刃的范围内的有效齿廓，
图3以立体图的形式从切削工具的端面看去示出图1的切削工具，
图4以断面立体图的形式示出另一个比例关系下基本从径向看去图1和3中的切削工具，
图5以非常简化的方式示出一个磨削装置，
图6以非常简化的方式示出一个切削工具和它的坐标，
图7示出图5中一个用于控制磨削装置的控制装置的方框电路图。
具体实施方式
图1中以一个直角端铣刀的形式示出一个切削工具1。该切削工具也就是来自图3和4中的切削工具。其具有端面切削刃2、3、4、5、6、7，这些切削刃基本上指向径向并且设置在同一个平面中，旋转轴线C(图4)垂直位于在该平面上。在这些端面切削刃上2至7连接端面排屑面，其限定了端面排屑槽8至13。在端面切削刃2至7上前角(轴向前角αss，参见图2)已确定，该前角相对于轴向例如为5度或者10度。通常说来，端面切削刃2至7和端面排屑槽8至13基本上相同或者也可以不同。例如也可以采用两个长的端面齿和四个短的端面齿。结构相同的还有所连接的角切削刃和圆周切削刃。它们在下文中示范性地借助于图4中看到的端面切削刃6、7，与其相连的角切削刃14、15和再次相连的圆周切削刃16、17来说明。
图2示出切削工具1的有效齿廓。第一个本身径向延伸的区段18由端面切削刃2至7产生。然后，有效齿廓具有一个圆弧形的区段19(半径为R1)，该区段由角切削刃14、15以及另外没有专门示出的角切削刃产生。此外，有效齿廓可设置一个区段21，该区段具有一个更大的半径R2并且本身平滑地与圆弧形区段19相连。该区段21过渡到一个区段22，该区段在图2中是线性的并且因此描述了一个气缸轮廓。至少区段19由角切削刃14、15产生，同时区段21、22由圆周切削刃16或者也还可以由角切削刃14、15的多个部分产生。因此，角切削刃延伸至区段21内。如示出的那样，具有圆弧形的有效齿廓或者还有其它有效齿廓的角切削刃14、15例如是椭圆形的或者类似形状。角切削刃14、15与排屑面23、24相邻，这两个面也称为轮廓排屑面。其在图4中用虚线画出的线25、26上过渡到排屑面27、28，该排屑面与端面切削刃6、7相邻并且因此也被称为端面切削面。在理想的情况下，线25、26没有标出任何切削刃并且特别是没有标出任何凸肩。当在线25、26上形成切削刃，那么轮廓排屑面23、24和端面排屑面27、28在这些线上以一个钝角交汇，该钝角位于160度至180度之间。因此，分别在相邻排屑面之间的过渡基本上是平滑的。
圆周切削刃16、17与在图4中在排屑面33、34上用虚线画出的线31、32相邻，该排屑面也被称为圆周排屑面。线31、32又没有描述任何明显的切削刃和特别是没有描述凸肩。相邻的排屑面在此最好连续相切或者呈一个钝角，该钝角尽可能大于160度。
轴向前角在圆周切削刃16、17上对应于图6中看到的螺旋升角S明显大于在端面切削刃6或者7上的轴向前角。螺旋升角S可以例如大于30度。该存在于角部区域内的排屑面23、24从在端面切削刃6、7上小的轴向前角过渡到在圆周切削刃16、17上大的轴向前角。在此，排屑面23、24拱起或者扭曲使得端面切削刃6无弯折地或者无凸缘地过渡到角切削刃14，该切削刃又无弯折地或者无凸缘地过渡到圆周切削刃16。同样的情况适用于图4中示出的在端面切削刃7、角切削刃15和圆周切削刃17以及所有其它切削刃之间的组合。因此，角切削刃14或者15与分别相邻的端面切削刃6、7和分别相邻的圆周切削刃16、17连续相切地接合。同时角切削刃14或者15决定着按照图2的有效齿廓在其区段19上具有一个确定的半径R。另一个在很多情况中有利的、可以被角切削刃14或者15遵守的条件是最小的曲率。根据这些所述条件，角切削刃14或者15的齿廓被明确地限定。因此，至少当考虑把齿廓排屑面23、24平滑地连接相邻的排屑面27、28或者33、34时，它的凸起也被明确地确定。
为了制造出上述的排屑槽和切削刃几何形状，使用一个在图5中示意示出的磨削装置35。该磨削装置具有一个用于容纳切削工具1或者它的毛坯的固定或者夹紧装置36。毛坯或者切削工具1围绕一条轴线C可旋转地固定。对应的转角以A来表示。此外，磨削装置35包括一个磨削工具37、例如一个砂轮，其可以被旋转地驱动。对应的磨削头被一个定位装置38支承，利用定位装置该磨削头和利用磨削头该磨削工具37在半径方向或者说径向R以及在纵向Z上可调节地并且还可以围绕径向可摆动地支承，从而可以调节螺旋升角S。定位装置38被一个控制装置39控制，该控制装置在图5中只是示意画出。控制装置39最好使用程序控制。部分控制程序在图7中示意示出。
控制装置39由一个硬件组件例如一台计算机构成，该组件使用一个合适的存储器以及一个输入和输出装置进行通信并且控制定位装置38。图7示出了部分在控制装置39上运行的程序。该程序包括一个端面排屑槽模块41，其包含着识别端面切削刃的形状(例如线形或者弯曲的形状)的数据和识别所连接端面排屑槽的形状的数据。这些数据可以从一个所存储的表格中提取或者通过一个输入接口42输入。一个典型的输入数据是端面切削刃的轴向前角αss。
此外，控制程序包含一个圆周排屑槽模块43，该模块借助于一个输入或者存储的数据生成用于磨削圆周排屑槽和圆周切削刃所需的控制命令或者信号。典型的、例如通过一个输入接口44输入的数据是螺旋升角S、直径D和/或圆周切削刃的轴向前角αsv。模块41、43提供它的数据给一个坐标模块45，该模块通过一个输出接口46直接或者间接控制定位装置38。
此外，控制程序(软件)包括一个角部排屑槽模块47(该模块也被称为齿廓排屑槽模块)。该模块从端面排屑槽模扩41和圆周排屑槽模块43获得数据。此外，该模块还可以访问一个此处没有进一步示出的存储器，在该存储器中以表格的形式存储了用于设计端面排屑槽和圆周排屑槽之间的过渡或者典型的过渡所需的逻辑规则。角部排屑槽模块47例如由端面切削刃的轴向前角αss和圆周切削刃的轴向前角αsu决定角切削刃所用的轴向前角(14或者15以及其它)的分布走向，并且在此范围内限定的角部排屑面23、24无凸缘地连接到相邻的切削面27、33或者28、34。由此角部排屑槽模块测得控制数据或者信号并且将其按照要求传输到坐标模块45上。
角部排屑槽模块47测得磨削装置35所需的例如以圆柱坐标进行计算的控制数据。在按照图6的圆柱坐标中，圆周轮廓按照图2和4例如通过圆周轮廓R(z)(半径坐标R关于纵坐标z的函数)和径向位置A(z)(偏振角A关于纵坐标z的函数)表示出来。
偏振角的分布走向最好描述为下文中取决于纵坐标z的螺旋升角S(z)：
tan S ( z ) = R ( z ) dA dz
由此对于偏振角：
A ( z ) = ∫ tan S ( z ) R ( z ) dz
由这个等式可以通过螺旋升角和半径或者半径分布走向的预定值计算得出切削刃的分布走向。在此，选择积分常数使得如此设定的切削刃的过渡区域内的端点(最大z坐标)位于圆周排屑槽上。因此实现角切削刃无缝隙地过渡到圆周切削刃上，如同其通过圆周排屑槽确定的那样。通过沿如此设定的切削刃驱动砂轮必然形成轮廓排屑面。在此，砂轮在端面侧接触到角切削刃。可能保留的自由度通过一个芯部齿廓(Kernprofil)以及一个前角的参数在切削刃的每个点上被确定。但是，这种确定如上文提及的那样并且通过所述的形式表示出来，也可以通过把在端面排屑面和圆周排屑面之间的间隙以一个最小曲率面进行插值来实现。
切削刃由排屑槽面和切削表面形成。就此所述的连续地也即无凸缘地并且无弯折地生成切削刃(切削刃本身从端面切削刃6出发经过角切削刃14延伸到圆周切削刃16内)使得在切削工具1上可以简单并且精巧地制造出切削表面，类似于前述方法。端面切削表面在图3中以2a至7a示出。一个相应的角部切削表面在图3中以角部切削表面14a的形式示例性的表示出所有其它的角部切削表面。所有圆周切削表面的示例为在图3和4所示的圆周切削表面16a。属于角部排屑面23的角部切削表面14a无凸缘并且最好也没有棱边地连接到相邻的切削表面6a、16a。圆周切削表面例如利用砂轮的一个圆整后的棱边制成。该表面与切削刃相邻并且制成所期望的后角。连续的切削刃的分布走向为此所需的前提条件由切削刃6、14、16来满足。这特别是在位于角部排屑面和圆周排屑面之间的过渡位置上以及在位于端部排屑面和角部排屑面之间的过渡位置上得以确保。
螺旋升角在端面区域内、也即在端面排屑槽8至13区域内例如是10度。在角切削刃或者排屑面23、24区域内该角度增大至一个值，该值略微小于圆周排屑槽的螺旋升角。螺旋升角如果在圆周排屑槽内是60度，那么螺旋升角在角部排屑槽内例如增大到58度。由此可以一方面实现在端面区域内的稳定性并且另一方面避免在两个由图2所示半径R1、R2的过渡点上分布走向的切削刃的任意棱角。因此，在轮廓排屑面的端部(排屑面23)上，螺旋升角略大于圆周排屑槽的螺旋升角，从而轮廓排屑面(排屑面23)没有侧切圆周排屑槽。
螺旋升角在Z坐标上的分布走向，对于角部排屑面23可以通过表格来描述并且存储。另外一种方案或者附加的是，轮廓切削面(切削面23)的前角通过一个函数定义。它可以以最小的曲率与相邻的排屑面相连。此外，排屑面23的前角可以自由定义。为此例如采用相应的输入工具、例如输入掩码、输入表等，在输入工具中与Z坐标有关的前角手动输入。输入栏可以由具有建议值的相应角部排屑槽模块来填充。
利用所介绍的磨削方法和磨削装置，以至今未知的质量制造铣削工具，该铣削工具特别是在角部区域内没有斜削的排屑面和/或没有斜削的排屑表面。特别是切削刃从端面直到圆周无弯折并且无棱角。此外，这种切削工具由于其优化的角部几何尺寸使用寿命更久。
一个磨削装置以及一个相应的磨削方法基于一个最好设计为程序或者程序段的模块，该模块借助于给定的边界条件最好自动确定一个切削工具的角切削刃和角部排屑面的几何尺寸。给定的边界条件可以是端面切削刃的轴向前角和圆周切削刃的轴向前角以及一个所期望的有效齿廓。另外的边界条件可以是端面排屑面、角部排屑面和圆周排屑面之间的排屑面平滑过渡。工具获得更长的使用寿命，同时利用这些工具可以实现更好的加工质量。

Claims (28)

1.磨削切削工具(1)的磨削装置(35)，
具有至少一个磨削工具(37)，该工具借助于一个定位装置(38)相对于一个用作工件的、待磨削的切削工具(1)是可移动的，从而在切削工具(1)里设计或者加工排屑面(8，23，33)，
具有一个用于控制定位装置(38)的控制装置(39)，其中控制装置包括：
a.一个端面排屑槽模块(41)，引导用于加工预定的端面排屑槽的磨削工具(37)，
b.一个圆周排屑槽模块(43)，引导用于加工预定的圆周排屑槽的磨削工具(37)，以及
c.一个角部排屑槽模块(47)，该模块借助于预定的端面排屑刃(8)和预定的圆周切削刃(16)确定一个角部排屑面(23)，并且定位装置(38)为了借助于磨削工具(37)制造出该角部排屑面相应地进行控制。
2.按权利要求1的磨削装置，其特征在于，角部排屑面(23)平滑地连接端面排屑面。
3.按权利要求1的磨削装置，其特征在于，角部排屑面(23)平滑地连接圆周排屑面(33)。
4.按权利要求1的磨削装置，其特征在于，角部排屑槽模块(43)借助于一个角部切屑刃(14)确定角部排屑面(23)，该角切削刃平滑地连接端部切削刃(8)。
5.按权利要求1的磨削装置，其特征在于，角部排屑槽模块(43)借助于一个角切削刃(14)确定角部排屑面(23)，该角切削刃(14)平滑地连接圆周切削刃(16)。
6.按权利要求4或5的磨削装置，其特征在于，角部排屑槽模块(43)确定角切削刃(14)作为在端部切削刃(8)和圆周切削刃(16)之间曲率最小的连接曲线。
7.按权利要求6的磨削装置，其特征在于，为了确定角切削刃(14)，角部排屑槽模块(43)把一个预定的角切削刃(14)的有效齿廓(R1)作为附加的设定参数。
8.按权利要求6的磨削装置，其特征在于，为了确定角部切削面(23)，角部排屑槽模块(43)把预定的角部前角作为附加的设定参数。
9.按权利要求6的磨削装置，其特征在于，角部排屑槽模块(43)产生用于定位装置(38)的控制信号，定位装置引导磨削工具(37)
以一个正的锐角向着圆周排屑面(33)的导程角(S1)过渡到圆周排屑面(33)上，从而避免产生侧切。
10.用于切削工具(1)磨削的磨削程序，
借助于至少一个磨削工具(37)，该工具借助于一个定位装置(38)相对于一个用作工件的、待磨削的切削工具(1)是可移动的，以便在切削工具(1)里加工排屑面，
可在一个用于控制定位装置(38)的控制装置(39)上执行，其中磨削程序包括：
a.一个端面排屑槽模块(41)，引导用于加工预定的端面排屑槽的磨削工具(37)，
b.一个圆周排屑槽模块(43)，引导用于加工预定的圆周排屑槽的磨削工具(37)，以及
c.一个角部排屑槽模块(47)，该模块借助于预定的端面排屑刃和预定的圆周切削刃确定一个角部排屑面(23)，并且定位装置(39)为了借助于磨削工具(37)制造出该角部排屑面相应地进行控制。
11.按权利要求10的磨削程序，其特征在于，角部排屑面(23)可以平滑地连接端面排屑面。
12.按权利要求10的磨削程序，其特征在于，角部排屑面(23)可以平滑地连接圆周排屑面(33)。
13.按权利要求10的磨削程序，其特征在于，角部排屑槽模块(43)借助于一个角切削刃(14)确定角部排屑面(23)，该切削刃平滑地连接端面切削刃(8)。
14.按权利要求10的磨削程序，其特征在于，角部排屑槽模块(43)借助于一个角切削刃(14)确定角部排屑面(23)，该切削刃平滑地连接圆周切削刃(16)。
15.按权利要求13或者15的磨削程序，其特征在于，角部排屑槽模块(43)确定角切削刃(14)作为在端部切削刃(8)和圆周切削刃(16)之间曲率最小的连接曲线。
16.按权利要求15的磨削程序，其特征在于，为了确定角切削刃(14)，角部排屑槽模块(43)把一个预定的角切削刃(14)的有效齿廓(R1)作为附加的设定参数。
17.按权利要求15的磨削程序，其特征在于，为了确定角部切削面(23)，角部排屑槽模块(43)把预定的角部前角作为附加的设定参数。
18.按权利要求15的磨削程序，其特征在于，角部排屑槽模块(43)产生用于定位装置(38)的控制信号，定位装置引导磨削工具(37)以一个正的锐角向着圆周排屑面(33)的导程角(S1)过渡到圆周排屑面(33)上，从而避免产生侧切。
19.按权利要求10的磨削程序，其特征在于，角部排屑槽模块(43)与一个输入模块相连，利用该模块可以输入角部排屑面(23)的预定参数(前角α)。
20.按权利要求10的磨削程序，其特征在于，角部排屑槽模块(43)与一个输入模块相连，利用该模块可以输入角切削刃(14)的预定参数(R1)。
21.具有一个按权利要求10的磨削程序的数据存储器。
22.用于在一个切削刀具(1)上生成或者加工一个排屑槽几何形状的方法，其中
a.规定用于生成一个端面排屑面的控制数据和，
b.用于生成一个圆周排屑面的控制数据，
c.从这些数据中确定用于生成一个角部排屑面(23)的控制数据，这些数据然后用于磨削工具(37)的定位。
23.按权利要求22的方法，其特征在于，为了确定角部排屑面(23)的形状从角切削刃(14)的分布走向出发。
24.按权利要求23的方法，其特征在于，角切削刃(14)的分布走向按照角切削刃(14)的有效齿廓R(z)的规定和按照螺旋升角S(z)的规定来确定，方法是从中确定所属偏振角A(z)。
25.具有至少一个端面切削刃(6)、一个角切削刃(14)和一个圆周切削刃(16)的切削工具(1)，其中圆周切削刃(16)具有一个轴向前角(αsu)，该轴向前角大于端面切削刃的轴向前角(αss)，其中轴向前角在角切削刃(14)上连续地从端面切削刃的值αss过渡到所述值αsu。
26.按权利要求25的切削工具，其特征在于，端面切削刃(6)平滑地连接角切削刃(14)。
27.按权利要求25的切削工具，其特征在于，角切削刃(14)平滑地连接圆周切削刃(16)。
28.按权利要求25的切削工具，其特征在于，角切削刃(14)连接到端面切削刃(6)时具有一个端面-轴向前角(αsu)并且连接到圆周切削刃(16)时具有一个圆周-轴向前角(αss)，其中后者大于前者。
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