淺析成型刀片的用途及使用注意事項(xiàng)

  隨著國(guó)內(nèi)制造業(yè)的高速發(fā)展, 對(duì)于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高地要求,各類零件制造精度越來越高,形狀越來越復(fù)雜.成形刀片的應(yīng)用就越來越廣泛.成型刀片可以定義為非標(biāo)復(fù)雜輪廓刀片,例如:成型車刀片、成型銑刀片、可轉(zhuǎn)位成型刀片、螺紋梳刀片等等.

  成型刀片的應(yīng)用可以簡(jiǎn)化機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軸系,在確保精度的前提下成倍的提高加工效率.例如成形車刀就是加工回轉(zhuǎn)體成形表面的專用工具，它的切削刃形狀是根據(jù)工件的輪廓設(shè)計(jì)的。用成形車刀加工，只要一次切削行程就能切出成形表面，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，成形表面的精度與工人操作水平無關(guān)，主要取決于刀具切削刃的制造精度。它可以保證被加工工件表面形狀和尺寸精度的一致性和互換性，加工精度可達(dá)IT9—IT10，表面粗糙度Ra6.3—Ra3.2。

  目前,成型刀片已經(jīng)在汽車、醫(yī)療、液壓、軌道交通、能源、軸承、航空航天、鐘表制造等行業(yè)內(nèi)得以廣泛應(yīng)用,相信成型刀片的市場(chǎng)將不斷增長(zhǎng).

  就成型車刀片而言,和其它刀具一樣,也應(yīng)有合理的前角和后角.但成型車刀片刃形較復(fù)雜,切削刃各段的主剖面方向不盡相同,所以不可能在切削刃各段的主剖面內(nèi)磨出前角、后角,而是在成型車刀片的縱向剖面內(nèi)將刀具制成一定的角度,這樣成型車刀片的前角和后角規(guī)定在刀具的縱向剖面內(nèi)測(cè)量.

  對(duì)于成型刀片而言其輪廓的精度指標(biāo)是最為重要的.成型刀片輪廓的磨削精度受到磨床的機(jī)械、電氣以及砂輪的磨損等方面的影響.

  磨床的結(jié)構(gòu)尺寸誤差、熱變形均反映為機(jī)械誤差,為了減少機(jī)械誤差,人們對(duì)這些誤差源進(jìn)行測(cè)量和建模,在加工前給予相應(yīng)的補(bǔ)償.磨床的機(jī)械精度包括:磨床的傳動(dòng)部件的精度、工件軸精度、工裝精度、砂輪軸精度等等.

  另外一方面,伺服系統(tǒng)特性中的跟隨誤差也會(huì)對(duì)輪廓精度產(chǎn)生影響,由于數(shù)控磨床是通過多軸聯(lián)動(dòng)來合成運(yùn)動(dòng)軌跡的,因此在多軸聯(lián)動(dòng)進(jìn)行輪廓加工,各個(gè)坐標(biāo)軸自身存在的跟隨誤差會(huì)反映到合成的曲面輪廓上,形成輪廓誤差,特別是在高速加工中,進(jìn)給軸的跟隨誤差是影響多軸合成輪廓誤差的主要因素.因此有效的控制方法,以減少跟隨誤差對(duì)輪廓精度的影響,對(duì)于保證加工精度有著十分重要的意義.

  就機(jī)床的結(jié)構(gòu)而言,傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床使用旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu),將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng).由于受到旋轉(zhuǎn)電機(jī)技術(shù)特征限制,已不能滿足高精度機(jī)床提出的要求.而直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能,不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置.與傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)相比,直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn):(1)省略了中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu),減少了機(jī)械磨損.系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可以保持高增益,實(shí)現(xiàn)精確的進(jìn)給潛虧,對(duì)給定的加工路徑可以用高速進(jìn)行準(zhǔn)確跟蹤,從而保證了機(jī)床的高精度和使用壽命.(2)運(yùn)行時(shí),直線電機(jī)不象旋轉(zhuǎn)電機(jī)那樣會(huì)受到離心力作用.因此其直線速度不受限制.(3)直線驅(qū)動(dòng)的慣性主要存在于滑臺(tái),因此加工時(shí)可以有很高的加速度.(4)直線電機(jī)靠電磁推力驅(qū)動(dòng),故系統(tǒng)噪聲很小,改善了工況環(huán)境.正是由于直線驅(qū)動(dòng)的這些優(yōu)勢(shì),使其非常適用于對(duì)動(dòng)態(tài)特性及精確定位要求很高的場(chǎng)合.

  在磨削過程中,由于砂輪本身的磨損,不斷地改變著砂輪工作面的狀態(tài).隨著磨削時(shí)間的延長(zhǎng),砂輪的切削能力下降,各種磨削缺陷不斷出現(xiàn),使磨削加工不能繼續(xù)進(jìn)行.此時(shí),必須修整砂輪,恢復(fù)正常磨削狀態(tài).砂輪在兩次修整之間的實(shí)際磨削時(shí)間稱為砂輪的壽命.砂輪的壽命是影響磨削加工效果的重要因素,特別是對(duì)于成型磨削尤為重要.

  判定砂輪壽命:一般是根據(jù)砂輪工作面磨損后所產(chǎn)生的各種現(xiàn)象,通過觀察和測(cè)試進(jìn)行的,砂輪磨損后所產(chǎn)生的磨削現(xiàn)象主要有:磨削過程產(chǎn)生自激振動(dòng)、工件表面出現(xiàn)再生振紋;磨削噪音的增大;工件表面出現(xiàn)磨削燒傷;磨削力急劇增大或減小;磨削精度下降;磨削表面粗糙度增大.

  砂輪的磨損及其修整,即砂輪圓周表面的有效輪廓對(duì)加工的影響,這是系統(tǒng)性誤差,尤其在精密磨削時(shí)要精細(xì)地修整砂輪,設(shè)定專門修整程序,以使砂輪能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持精確的輪廓.

砂輪磨損的原因：

  A.磨耗磨損

  當(dāng)磨粒發(fā)生嚴(yán)重磨損，在磨粒頂面出現(xiàn)明顯的磨損平面后，砂輪表面平坦。此時(shí)切刃的磨損總面積增大，摩擦加劇，切刃難以切入工件表面。但砂輪硬度偏高，致使磨粒不能及時(shí)產(chǎn)生破碎和脫落。若繼續(xù)使用，會(huì)使磨削力和磨削熱顯著增達(dá)，并出現(xiàn)明顯的振動(dòng)和噪音，不能有效地切除材料，此時(shí)就必須對(duì)砂輪進(jìn)行修整。這種磨損一般發(fā)生在磨粒硬度偏低,砂輪硬度偏高和磨粒粒度過細(xì)以及工件材料的抗拉強(qiáng)度較高的情況下.這是在普通磨削條件下加工一般鋼材時(shí)砂輪壽命結(jié)束的最常見原因。

  B.氧化磨損

  常見的磨料有氧化物、碳化物和氮化物。氧化物磨料在空氣中穩(wěn)定，其他磨料的表面會(huì)在高溫下發(fā)生氧化作用，十七逐漸消耗。

  C.擴(kuò)散磨損。

  是指磨粒與被磨材料在高溫下接觸時(shí)，金剛石砂輪的元素相互擴(kuò)散造成磨粒表層弱化而產(chǎn)生的磨損。兩種材料間元素的相互擴(kuò)散與材料的化學(xué)成分密切相關(guān)由于金剛石磨料中碳元素?cái)U(kuò)散溶解于鐵的能力 大于氮化硼磨料中元素?cái)U(kuò)散溶解于鐵的能力，故金剛石砂輪不宜磨削鋼料。

  D.熱應(yīng)力破損。

  磨削過程中，磨粒的工作表面瞬間升至高溫，砂輪又在磨削液作用下急冷，其冷熱循環(huán)的頻率與砂輪的轉(zhuǎn)速相同，從而在磨粒的表面上形成很大的交變熱應(yīng)力，使磨粒表面開裂破碎。熱應(yīng)力破損主要取決于磨料的導(dǎo)熱參數(shù)、線膨脹系數(shù)和磨削液的性能.導(dǎo)熱系數(shù)越小,線膨脹系數(shù)越低.線膨脹系數(shù)越大,磨削液冷卻性能越好，則熱應(yīng)力越大，越易使磨粒受熱沖擊而開裂破碎。各種磨料導(dǎo)熱性能好壞的次序?yàn)?，金剛石，立方氮化硼，碳化硅，剛玉?/p>

  E.塑性磨損。

  在磨削高溫作用下，磨粒會(huì)因塑性變形而磨損。塑性磨損主要取決于工件材料的熱硬度。磨削時(shí)，若砂輪的切屑在磨粒前刀面上的熱硬度大于磨粒接觸區(qū)的熱硬度，則磨粒發(fā)生塑性磨損。

  以上幾種造成砂輪磨損的原因.根據(jù)磨料、工件材料及磨削條件的不同，

  造成砂輪磨損的主要原因也會(huì)有所不同。所以,砂輪的合理選擇以及砂輪的修整精度將大大影響工件的輪廓精度.因此,磨削時(shí)需要及時(shí)對(duì)砂輪進(jìn)行修整.此外,砂輪在初始安裝后需要進(jìn)行修整,砂輪修整的 實(shí)質(zhì)就是對(duì)砂輪進(jìn)行整形和修銳.整形是對(duì)砂輪進(jìn)行微量切削,使砂輪達(dá)到所要求的幾何形狀要求,并使磨料尖端細(xì)微破碎,形成鋒利磨刃.而修銳是去除磨粒間的結(jié)合劑,使磨粒間有一定的容屑空間,并使磨粒刃突出結(jié)合劑之外形成切削刃,根據(jù)砂輪的磨料和結(jié)合劑的不同,采取的修整方法也不同.

  超硬磨料砂輪具有優(yōu)良的磨削性能,抗磨損能力強(qiáng),得到了越來越多的應(yīng)用.但超硬磨料砂輪在初始安裝和使用磨鈍后修整比較困難.超硬磨料砂輪的修整通常分為整形和修銳兩個(gè)工序.對(duì)于結(jié)合劑疏松型超硬磨料砂輪(如陶瓷結(jié)合劑)的修整可放在一個(gè)工序中進(jìn)行.對(duì)于結(jié)合劑密實(shí)型超硬磨料砂輪(如樹脂、金屬結(jié)合劑)的修整須分開進(jìn)行.對(duì)樹脂和陶瓷結(jié)合劑砂輪的修整宜采用磨削修整法,用金剛石、剛玉或碳化硅磨具作為修整工具,將磨具固定在磨床工作臺(tái)上,利用編程好的砂輪修整程序進(jìn)行修整.

  輪廓成型刀片的磨削分為:成型磨削和展成法磨削.

  由于復(fù)雜型面精加工的要求,用于成型磨削的砂輪具有各種類型曲線,如:圓弧、直線、樣條曲線、混合曲線等等.成型加工與其他加工形式不同,其特點(diǎn)鮮明,是一種高精度、高效率、節(jié)約成本的加工方式.砂輪被修整成與工件廓形相吻合的形狀,加工時(shí)砂輪的回轉(zhuǎn)曲面與工件螺旋面完全接觸,進(jìn)而磨出特定形狀的整個(gè)廓形.成型砂輪磨削有兩個(gè)難題:一是砂輪質(zhì)量,主要是砂輪必須同時(shí)具有良好的自礪性和形廓保持性,而這兩者往往是矛盾的.二是砂輪修整技術(shù),即高效、經(jīng)濟(jì)地獲得所要求的砂輪形廓和銳度.此外,在磨削難加工材料的過程中極易發(fā)生磨削燒傷現(xiàn)像,而且不適合單件小批量生產(chǎn).

  數(shù)控展成磨削方法是在數(shù)控磨床上利用數(shù)控系統(tǒng)的多軸聯(lián)動(dòng),用蝶形砂輪或斜邊砂輪對(duì)直線成型面進(jìn)行展成磨削.數(shù)控展成磨削的表面成形機(jī)理與平面磨削時(shí)的表面成形機(jī)理不同.首先,縱向磨削,數(shù)控系統(tǒng)在縱向進(jìn)給時(shí),蝶形砂輪切入工件,由于被加工面為曲面,砂輪與工件的接觸為一直線,即為該處曲線的弦,該弦長(zhǎng)直接影響到所加工曲面的輪廓精度,同時(shí)受到砂輪切入厚度的影響,為了提高精度,應(yīng)盡量減少切入厚度,其次是橫向磨削,由于工作臺(tái)做橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng),磨削的表面成形機(jī)理與平面磨削相同,只是磨削時(shí)的接觸寬度僅是砂輪寬度的一部分.

  目前,國(guó)內(nèi)磨削成型刀片主要還是在手動(dòng)工具磨床或者是光學(xué)曲線磨床上進(jìn)行磨削加工.手動(dòng)工具磨床生產(chǎn)效率低下,對(duì)于復(fù)雜的刀片需要很多工裝夾具以及多次裝夾磨削工序才能完成整個(gè)刀片的磨削加工,多次裝夾容易造成定位精度不穩(wěn)定同時(shí)對(duì)于操作技能提出極高的要求,單臺(tái)磨床不可能實(shí)現(xiàn)大批量的生產(chǎn),輪廓精度比較難達(dá)到較高的要求,并且刀片的一致性無法得到有效的保證；對(duì)于光學(xué)曲線磨床來說,加工效率相對(duì)低下,對(duì)短貨期中小批量制造的響應(yīng)能力難以滿足客戶需求。

  工具磨床自1889年開始制造以來,一直發(fā)展緩慢,直至上世紀(jì)70-80年代,為了適應(yīng)全球制造業(yè)的發(fā)展,刀具制作和刃磨受到了極大重視,工具磨床進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展階段,數(shù)控工具磨床被推到刀具制造的前沿.計(jì)算機(jī)技術(shù)開始用于工具磨床大約在上世紀(jì)70年代中后期,當(dāng)前工具磨床的數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是追求特殊專用化，最早見到的系統(tǒng)是德國(guó)西門子8系列數(shù)控系統(tǒng)和法那克數(shù)控系統(tǒng)，這些數(shù)控系統(tǒng)通用性強(qiáng)，而現(xiàn)在國(guó)外很多數(shù)控工具磨床廠家都自行開發(fā)了各種專用數(shù)控磨削系統(tǒng)，轉(zhuǎn)用系統(tǒng)可隨機(jī)床要求的復(fù)雜程度和計(jì)劃完成的復(fù)合靈活變換。由模塊化的組件來增減加工功能，以實(shí)現(xiàn)萬能性和經(jīng)濟(jì)性。工具磨床專用系統(tǒng)的數(shù)控編程技術(shù)結(jié)合了各種數(shù)學(xué)方程表達(dá)式，因而可以實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、漸開線插補(bǔ)、指數(shù)函數(shù)插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)等插補(bǔ)功能，從而解決了復(fù)雜形狀刀具的高精度加工。因?yàn)楦鞣N刀具的特點(diǎn)各有不同，數(shù)控工具磨床衍生出數(shù)控滾刀磨床、數(shù)控拉刀磨床、數(shù)控絲錐磨床、數(shù)控刀片磨床等專用的數(shù)控磨床，使得加工精度和加工效率大大提高。

  針對(duì)復(fù)雜輪廓刀片系列產(chǎn)品,瑞士SCHNEEBERGER公司一直密切關(guān)注該應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合客戶需求和公司在數(shù)控工具磨床方面近100年的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累，應(yīng)用世界領(lǐng)先技術(shù)推出具備強(qiáng)大功能的復(fù)雜輪廓刀片（成型刀片）--SIRIUS 系列。

  （1）產(chǎn)品用途：用于復(fù)雜輪廓成型刀片的磨削。

　（2）性能特點(diǎn)與主要技術(shù)參數(shù)：磨削頭高性能的直驅(qū)主軸使用了內(nèi)冷卻設(shè)計(jì)，HSK80的砂輪法蘭磨削功率可達(dá)9KW,可使用砂輪最大直徑達(dá)300mm,這樣完美的方案可以進(jìn)行快速大磨削量的加工而且極大降低了砂輪的磨損。

  機(jī)床采用獨(dú)立6軸的結(jié)構(gòu)可輕松完成任意角度和復(fù)雜輪廓的精密磨削。機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，兼顧精度、剛性、效率的同時(shí)有更多的人性化設(shè)計(jì)

  （3）軟件

SIRIUS——高效復(fù)雜輪廓刀片的磨床。磨削時(shí)間超短，可輕松地在多種刀片之間進(jìn)行快速更換。

軟件QUNTO DXQ 根據(jù)在CAD上做出的dxf格式的圖形自動(dòng)計(jì)算出磨削數(shù)據(jù)。

軟件將自動(dòng)計(jì)算生成刀具的輪廓、后角、前角和軸向后角等數(shù)值，并自動(dòng)調(diào)節(jié)粗磨和循環(huán)修整環(huán)節(jié)。

  設(shè)置

通過定義磨削圖形大大簡(jiǎn)化了加工程序。圖像可直觀地顯示出幾何形狀和各項(xiàng)參數(shù)列表。

  程序

菜單中包含各種后角類型和角度，多種輪廓磨削的選項(xiàng)，例如使用1A1砂輪進(jìn)行兩軸聯(lián)動(dòng)的震蕩磨削。

  模擬

前角的模擬是通過粗磨、精磨以及重疊磨削進(jìn)行的。

  （4）硬件

SIRIUS的基座由高聚合物質(zhì)整體澆鑄而成，這是高速和高表面質(zhì)量刀具生產(chǎn)所必須的。

　　a.直線電機(jī)

  直線電機(jī)的應(yīng)用使得磨床運(yùn)動(dòng)的加速度、精度和運(yùn)行速度達(dá)到了一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式相比，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)不需要機(jī)械傳動(dòng)部件，這樣就使得磨床精度保持的時(shí)間更長(zhǎng)久而且大大簡(jiǎn)化了維護(hù)的過程。在高速進(jìn)給單元中采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)最重要的優(yōu)點(diǎn)是具有比傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)大得多的加減速度.由于數(shù)控磨床的直線進(jìn)給行程較短,一般不超過大幾百毫米,在很高的進(jìn)給速度下,直線電機(jī)能夠在瞬間達(dá)到設(shè)定的高速狀態(tài)和在高速下瞬時(shí)準(zhǔn)時(shí)停止運(yùn)動(dòng),為實(shí)現(xiàn)曲線或曲面的精密加工,在運(yùn)動(dòng)軌跡的拐彎處也要求較高的加減速度,可達(dá)(1-10)g(g=9.8m/s2),是傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)給方式的10-30倍。另外，加減速過程的縮短可改善工件加工表面的質(zhì)量。

  b.工件更換

根據(jù)您的特殊需求，我們可提供多種多樣的自動(dòng)裝夾系統(tǒng)以供選擇。

  FANUC6軸機(jī)械手具有非常顯著的柔性交換能力，它提供了極其出眾的裝卸循環(huán)功能，并且這種具有雙夾爪的機(jī)器人能夠出色地完成各種十分復(fù)雜的夾持任務(wù)。

  龍門式裝載機(jī)（也配置了雙夾爪）適用于標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。

  自動(dòng)化

c.SCHNEEBERGER磨床擁有一個(gè)刀具自動(dòng)裝載系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于各種不同幾何形狀、直徑和長(zhǎng)度的刀具。

裝備了這種系統(tǒng)可以真正實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)不間斷的生產(chǎn)。

不管是2個(gè)或18個(gè)料盤，全自動(dòng)的SIRIUS系統(tǒng)均能夠滿足客戶的任何需求，每一個(gè)料盤都可根據(jù)輪廓刀具形狀充分應(yīng)用。這種裝載方案和機(jī)床的整體設(shè)計(jì)風(fēng)格連貫地結(jié)合在一起。

這種裝夾的先進(jìn)之處是在于不需要知道工件的確切位置即可進(jìn)行全自動(dòng)的裝夾。配備的光學(xué)照相機(jī)擁有1/3〞CCD鏡頭，像素為480×640.

  d.裝夾系統(tǒng)

穿孔裝夾（TTC）對(duì)于有孔的刀具SCHNEEBERGER磨床可以輕松地對(duì)所有的側(cè)邊和輪廓進(jìn)行磨削。

雙面裝夾（RPC）夾持兩個(gè)參考面進(jìn)行成型刀片的5軸磨削。

彈式裝夾（CTC）用于雙邊刀片的磨削，可更換的彈式裝夾可確保極高的精度。

砧式裝夾（AVC）對(duì)于沒有孔的刀片，是通過兩根芯軸來實(shí)現(xiàn)裝夾的。

  e.激光打標(biāo)

　FANUC機(jī)械手能夠?qū)⒓す獯驑?biāo)設(shè)備整合進(jìn)我們的磨床。在磨削結(jié)束后可以打上公司的商標(biāo)、品名或者其他信息。通過SMARTIST軟件可以的將文字或者圖形整合在QUINTO軟件中。打標(biāo)的過程由裝載軟件來控制。

  f.砂輪修整

可在裝載循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行修整和自動(dòng)成型。

銳化砂輪

砂輪修整石可以自動(dòng)銳化和清理砂輪

  g.檢測(cè)

通過激光自動(dòng)檢測(cè)砂輪的直徑和位置，而且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工循環(huán)操作