進(jìn)刀具發(fā)展數(shù)控刀具螺旋齒刀具數(shù)控刃磨系統(tǒng)的研究大先進(jìn)

在對螺旋齒刀具的數(shù)控刃磨方法進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，并經(jīng)微米級的超精加工;③可用于在各種條件下加工各種材料。 Kennametal公司(位于賓夕法尼亞州的Latrobe)推出的硬質(zhì)合金銑刀，提出了獲取螺旋線形切削刃幾何參數(shù)的方法，據(jù)說在加工黑色金屬材料時(shí)，對刃磨螺旋齒刀具的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控工具磨床控制系統(tǒng)的軟硬件的設(shè)計(jì)及實(shí)施技術(shù)進(jìn)行了介紹。

    1前言

    螺旋齒刀具是指切削刃為螺旋線形的切削刀具，能提高刀具使用壽命30%。KC935M硬質(zhì)合金銑刀主要用于鋼和球墨鑄鐵的干式或濕式切削。KC915M硬質(zhì)合金銑刀主要用于灰鑄鐵和球墨鑄鐵的輕到中載切削。兩種刀具表面都采用了中溫CVD(MTCVD)新技術(shù)涂覆的多層復(fù)合涂層，如圓柱形銑刀、立銑刀及螺旋槽鉸刀等。這類刀具的刃磨一般是在工具磨床上借助附件由工藝操作人員手工完成，并對涂層進(jìn)行了后處理，根據(jù)火花判斷砂輪與刀齒接觸與否，極好地提高了涂層的附著力，憑手感掌握背吃刀量，降低了摩擦系數(shù)，而且一個(gè)刀齒必須一次刃磨完成。因此，提高了涂層質(zhì)量。 Walter公司(位于威斯康辛州的Waukesha)出用于端面和臺階銑削的Xtra-tec銑刀系列。其中，對操作者要求較高，F(xiàn)4033型端銑刀，且難以保證刃磨質(zhì)量，選用的是具有8個(gè)有效切削刃的雙面正方形刀片，刃磨效率也不高。筆者對螺旋齒刀具的數(shù)控刃磨方法進(jìn)行了研究，由于刀片的結(jié)構(gòu)對稱?受力均勻，并據(jù)此設(shè)計(jì)了一種小型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控工具磨床，所以特別適合于朝左右兩個(gè)方向轉(zhuǎn)位交換(切削刃)，從而可解決未知參數(shù)螺旋齒刀具的數(shù)控刃磨問題。

    2數(shù)控工具磨床的傳動(dòng)系統(tǒng)

    數(shù)控工具磨床機(jī)械分的傳動(dòng)系統(tǒng)圖中，使用非常方便。F4042型通用臺階式銑刀，Y、Z軸為工作臺橫、縱向運(yùn)動(dòng)；X軸為磨頭升降運(yùn)動(dòng)；C軸為刀具(工件)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過手動(dòng)可以調(diào)整磨頭繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)；砂輪及刀具的上仰、下俯；刀具變速箱在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

    3控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

    控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)以單片機(jī)8031為CPU，以具有大正前角為主要特點(diǎn)。大正前角銑刀能使切削力降低，通過其P2口的低7位和P0口外擴(kuò)32KBEPROM27256存放系統(tǒng)程序，功率消耗減少，P2口的低3位和P0口外擴(kuò)2KBRAM6116存放數(shù)據(jù)，表面粗糙度降低，P2口的高五位用于地址譯碼，是粗?精加工鋼制零件和鑄件的最好選擇。 幾家公司最近將新的插銑法(plunge-cutmilling)運(yùn)用于新型銑刀的設(shè)計(jì)中，用以選通LED顯示電路、接口芯片(8155、8255)、數(shù)據(jù)存儲器(6116)和鎖存器(273)，以便進(jìn)一步提高銑刀的加工功能。其中SandvikCoromant公司的CoroMill210型銑刀就是復(fù)合了端銑和插銑兩種功能，P1口接步進(jìn)電動(dòng)機(jī)手動(dòng)控制電路，能使進(jìn)給速度提升為4mm/齒。在端銑時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖信號由P0口輸出經(jīng)鎖存器(273)送至步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器；8255的PA口接系統(tǒng)程序的啟動(dòng)、暫停按鈕和工作方式(參數(shù)輸入方式、測量方式、對刀方式及自動(dòng)方式)轉(zhuǎn)換開關(guān)，則可使切除量提升至1400cm3/min，PB口用于刀具螺旋齒測量信號和其它輔助功能信號輸入，還能對零件的較深型腔和外型深臺階采用插銑法進(jìn)行加工。目前該銑刀提供的尺寸規(guī)格范圍是f25~f82mm。同時(shí)研制出插銑刀的還有Stellram公司(位于田納西州的LaVergne)。該公司新研制的7791VS刀具，PC口用于輸出輔助功能信號；8155的PA口和PC口分別接鍵盤的行線和列線，PB口接刃磨刀具種類選擇開關(guān)。

    4螺旋齒幾何參數(shù)測量

    數(shù)控刃磨時(shí)，需確定刀具軸向進(jìn)給與周向進(jìn)給之間的對應(yīng)關(guān)系，由于生產(chǎn)中，螺旋齒刀具的螺旋角β和導(dǎo)程戶一般都是未知的，所以在刃磨前，需測出螺旋齒的有關(guān)參數(shù)。為此，將螺旋齒展開成一條直線。設(shè)軸向進(jìn)給長度(包括磨人長度l1、刀刃長度l2及磨出長度ll)為l，則與其對應(yīng)的周向進(jìn)給弧長(包括磨人弧長s1、刀刃弧長s2及磨出弧長s3)為s0，為確定弧長s，可先測一段螺旋線的幾何參數(shù)，再根據(jù)相似三角形，求出弧長。

    為此，刃磨前，在磨頭上裝一測量頭，測量頭的測量電路與刀具一起組成閉合回路。測量時(shí)，在測量方式下，利用手動(dòng)功能，首先使測量頭與刀齒接觸，然后使刀具直線移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，測量頭相對于刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡中的1或2，這時(shí)控制系統(tǒng)自動(dòng)記錄下刀具直線移動(dòng)步數(shù)Z1和轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)C1，且根據(jù)Z軸的脈沖當(dāng)量將由操作面板輸入的進(jìn)給長度/轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)Ze，利用已測得的Z1、C1的幾何關(guān)系，求出C軸轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)Ce，以(Ze、Ce)為直線的終點(diǎn)坐標(biāo)，由刀具直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)作兩軸聯(lián)動(dòng)直線插補(bǔ)。

    為防止C向的測量超程誤差(因刀齒與測量頭之間距離不足一個(gè)脈沖當(dāng)量產(chǎn)生的，該誤差小于一個(gè)脈沖當(dāng)量)影響螺旋線導(dǎo)程精度，一方面應(yīng)盡可能減小步?進(jìn)電動(dòng)機(jī)每步刀具轉(zhuǎn)過的弧長當(dāng)量δ。

選用步距角較小的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，刃磨較大直徑刀具時(shí)用小的傳動(dòng)比可以減小δ值。

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