【精品论文】在数控端面外圆磨床上磨削硬质合金可转位刀片周边的可行性分析.pdf

? ? 由于手动螺纹旋紧可传递 10n 以上的压力远 远大于所需压力。 ? 工件与工装的压力对工件变形的影响 40cr 钢材的弹性模量 e 为 206gp, 以 10n 的压 力施于其上, 其变形量 ? l = f/ es 0?05! 10- 6m, 即长度方向变形量为 0?5? m, 对加工精度的影响可 以忽略不计。因此从理论上对工装的验证为合格。 ? ?5? 结语 该工装经实际使用完全满足了零件的加工要 求, 使用方便, 具有很好的推广价值。 参考文献 1赵如福. 金属机械加工工艺人员手册m. 上海科学技术 出版社, 1990. 2成大先. 机械设计手册m. 化学工业出版社, 1997. 3 陈宏均. 实用机械加工工艺手册m. 机械工业出版社, 2003. 作者: 孙建功, 工程师, 许昌烟草机械有限公司工艺室, 461000 河南省许昌市 收稿日期: 2009 年4 月 在数控端面外圆磨床上磨削硬质合金 可转位刀片周边的可行性分析 高宇飞 陕西工业职业技术学院 ? ? 数控技术的发展与应用为传统加工工艺提供了 新的思路和空间, 复杂的工艺及设备得以简化。因 此, 利用常规数控加工设备对于降低成本很有意义。 图1 所示为硬质合金可转位刀片。刀片的切削 刃磨钝后需要转位, 用其他切削刃继续切削。为了 保证切削效果的连续性和加工零件的一致性, 可转 位成型刀片各切削刃( 即周边刃) 应具有相同的几何 尺寸和精度。同时要求刀尖在切削加工时位置可达 性要好, 成型截面几何尺寸精度的一致性要高。刀 片周边尺寸的一致性通常是通过控制刀片周边磨削 精度来保证1。在刀片制造工艺中, 周边磨削包括 周刃磨削和后刀面磨削, 传统工艺是通过多次装夹 分工序完成的, 这样难以保证刀片周边尺寸的一致 性, 对其转位切削效果产生影响。如果能一次装夹 连续磨出直刃和圆弧过渡刃, 就可以避免由于多次 装夹磨削带来的问题。但一次装夹完成周边磨削的 图 1? 硬质合金可转位刀片 专用加工设备结构复杂, 价格昂贵, 长期依赖进口。 因此, 研究利用普通数控外圆磨床通过一次装夹实 现对刀片周边的连续磨削很具现实意义。 ? ?1 ? 刀片直线刃和刀尖圆弧过渡刃连续 磨削的原理分析 ?( 1) 磨削原理 图 2是直刃和刀尖圆弧刃的磨削原理, 其核心 是如何利用一个直线轴( x 轴) 与一个回转轴( c 轴) 通过插补联动方式实现曲线( 包括直线与圆弧) 的磨削 2。为此, 需要通过对非圆曲线或圆与曲线 组合的分析, 解析出直线轴与回转轴的运动方程。 在本文研究的加工中, 用砂轮对刀片进行周边磨削 时, 砂轮的磨削点始终跟随刀片轮廓回转并与轮廓 相切, 砂轮的中心则作直线运动。因此可以采用极 坐标方式求解。这种磨削方式与外圆凸轮磨削和曲 轴跟随磨削工艺相类似。不同的是, 刀片在磨削时 以一定的角度和速度回转, 而直线磨削与圆弧磨削 是连续进行。 ( a) 直刃磨削? ? ? ? ? ? ? ? ? ( b) 刀尖圆弧刃磨削 图 2? 磨削原理示意图 96 工 具 技 术 ( 2) x 轴和c 轴运动方程 由于转位的需要, 可转位刀片的周边一般呈正 方形。设刀片边长为 2a, 刀尖圆弧半径为 r, 砂轮 半径为 r。当刀片后角为 时( 见图 3) , 实际砂轮 半径 r 与工件相切联动时的计算半径应为rcos 。 直线段磨削 如图 2a 所示, !为磨削直边时工件回转中心与 砂轮中心的连线与工件中线的夹角, 根据直线与圆 的相切条件, 可得磨削刀片周边直线段时, x 轴和c 轴的联动极坐标方程为 x= f( !) = rcos + a cos! c= !=tan- 1rcos + a a- r , 180- 2tan- 1rcos + a a- r (1) ? 圆弧段磨削 如图 2b 所示, 为磨削圆弧段时刀尖圆弧中心 与刀片回转中心连线的夹角, 根据圆与圆相切的条 件, 求出磨削刀片过渡圆弧 r 时x 轴和c 轴的联动 极坐标方程。设刀片回转中心为原点, 则 r 圆弧中 心是半径为( a- r) 的圆上的一点, 该点的方程为 x= ( a- r) 2cos y= ( a- r) 2sin 当 r 圆弧与计算半径为 rcos 的圆相切时, 砂 轮中心( x , 0) 满足以下条件: (rcos + r) 2= ( a- r) 2cos- x 2+ 2 ( a- r) sin2 经过求解, 砂轮中心的运动方程为( 取值范围 按正弦定理求得) x= f( )= ( a- r) 2cos- ( rcos + r) 2- 2 ( a- r)sin2 c= = - sin- 1 ( rcos + r)sintan- 1 a- r rcos + a 2( a- r) , sin- 1 ( rcos + r)sintan- 1 a- r rcos + a 2( a- r) (2) ( 3) 回转轴磨削定位 对于数控机床而言, 将刀片在工件头架上定位 夹紧后, 无论从刀片周边何处起磨均可。但是, 为了 避免插补磨削时在磨削起点和终点产生的残留磨刀 痕影响刀片切削性能( 中高档数控系统可利用系统 制造商提供的特殊语句进行处理, 如在直线插补程 序段与圆弧插补程序段之间加入平滑过渡功能) , 应 将砂轮的起始切入位置选择在刀片的非工作区域, 这里选择在刀片直边中点处, 由式( 1) 可知, 此时 c = ! = 90#。 ? ?2 ? 数控端面外圆磨床磨削刀片周边的 适用性分析 ?( 1) 机床布局 工件在机床工作区域内的装夹方式往往决定了 机床的基本布局结构。例如, 在对箱体类零件进行 孔加工时, 当孔的轴线与水平面平行时, 就会选择卧 式结构布局的机床; 而当孔的轴线与水平面垂直时, 则会选择立式布局结构的机床。通过以上对磨削原 理的分析, 刀片的周边磨削属于非圆磨削 2, 而外圆 磨床是非圆磨削布局最基本的机型。但是, 刀片的 周边磨削又有其特殊布局要求, 即在周边连续磨削 的同时, 还必须满足形成刀片后角 的要求。因 此, 端面外圆磨床的布局对刀片周边磨削同样适用。 如图 3 所示, z 轴为直线轴( 工作台移动) , c 轴为 回转轴( 工件回转) , 砂轮架沿 x 轴进给, 砂轮轴在 水平面内回转可调。 1. 砂轮架? 2. 工件头架? 3. 工作台? 4. 刀片? 5. 砂轮 图 3? 机床布局 ( 2) 砂轮 磨削硬质合金刀片时, 工件所受抗力较大, 而外 圆磨床的磨削直径大, 采用金刚石砂轮进行磨削, 可 以进一步提高磨削线速度, 降低磨削力( fn, ft) , 减 小机床系统变形, 有利于提高加工精度和生产效 率 3; 外圆磨床的砂轮半径是 x 轴运动参数之一, 其磨损变化会直接影响刀片轮廓的尺寸精度。砂轮 直径越大, 每转参与磨削的金刚石磨粒就越多, 砂轮 的耐用度相对就会提高, 有利于保持砂轮半径尺寸 和精度, 延长砂轮修整周期, 使加工尺寸易于控制与 补偿。 ( 3) 砂轮架 97 2010 年第 44卷 2 数控端面外圆磨床的砂轮架在水平面内的回转 角度可调, 可以形成可转位刀片的后角 。外圆端 面磨床多为外圆端面一次切入磨削, 其砂轮架有两 种布局形式, 一种是 x 轴采用约 26 #的固定斜角; 另 一种是采用标准 x 轴, 而砂轮架的水平回转角度可 调。理论上, 只要数控端面外圆磨床的砂轮轴与工 件轴形成非零度角, 就可以改变磨削端面的状态, 因 此, 后一种布局形式正好符合磨削刀片后角的要求。 ( 4) 工件头架 与普通数控外圆磨床的工件回转轴不同, 为了 提高回转轴的定位和重复定位精度, 除了采用大减 速比以外, 还应配置与主轴直联的高精度角度编码 器, 以实现全闭环控制, 满足与 x 轴联动的要求。 ( 5) 工件装夹 可转位刀片的体积较小, 生产批量大, 对磨削效 率的要求较高。因此, 工件的装夹必须快速、 方便, 要求定位精度高, 重复性好, 通常采用自动上下料机 构。刀片在夹紧时应能确定磨削起始位置, 否则需 要配备测量装置。 ( 6) 受力 数控端面外圆磨床的砂轮进给轴、 工作台驱动 丝杠均采用大直径、 小导程结构, 导轨采用滚动直线 导轨( 或开式滚柱形式) , 而刀片的边长 a 相对于砂 轮直径r 比较小, 因此, 无论磨削点位于砂轮与工 件连线之上或之下, 磨头、 工件头架的水平径向受力 变化并不明显, 砂轮进给轴、 工作台等的受力基本恒 定, 有利于非圆磨削对精确进给的要求。 ? ?3? 结语 非圆磨削技术是近年来国外发展很快的一种新 工艺, 通过对磨削原理的分析, 采用非圆磨削工艺对 可转位刀片等刀具进行磨削加工是可行的。外圆磨 床的机床布局已广泛应用于凸轮磨削、 曲轴磨削等 非圆磨削, 而对工具磨削、 模具磨削等非圆磨削尚未 得到广泛应用。外圆磨床在磨削加工不同类型的工 件时具有较大的灵活性, 同时具有降低生产成本所 必需的精度与刚性。在数控端面外圆磨床上对硬质 合金可转位刀片进行周边磨削完全可行, 其机床机 构布局可以满足加工要求。 由于非圆磨削是由机床直线轴与回转轴插补磨 削形成非圆曲线( 工件轮廓) , 这对直线轴与回转轴 的运动精度、 动静刚度要求很高, 对磨床控制系统的 配置要求也较高, 这必然会增加机床成本。随着% 零 传动 其次, 投资在基建投资和地产以及 制造业投资带动下维持较高水平; 最后, 消费激励政策将会 延续, 西部富裕农村以及内陆城市消费将会成为新的增长驱 动。就市场关注的流动性话题, 上投摩根判断, 二季度可能 会成为关键的加息时间窗。但即使加息也会采用小步调方 式, 流动性依然保持