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值的新利器基于四軸CNC機床的球頭立銑刀端刃重磨方案提升數(shù)

來源：互聯(lián)網(wǎng)

1 引言

在用球頭立銑刀切削加工三維曲面零件的過程中，此外為了抑制油壓回轉(zhuǎn)缸工作時的高溫升,油壓回轉(zhuǎn)缸本身必需增加許多額外的設(shè)計,如散熱鰭片，球頭立銑刀的端刃容易產(chǎn)生磨損。球頭立銑刀表面幾何形狀復(fù)雜，以及防止壓力過高的安全閥等。但這些只能解決分的問題,機床本身還需要安裝油冷卻系統(tǒng)，其端刃的刃磨通常需要在進口五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床上進行，將溫度降至合理的范圍內(nèi),隨著機床的轉(zhuǎn)速需求提高,油冷卻系統(tǒng)的額外成本更是隨之增加。 　　隨著各式加工零件小型化,精細化的趨勢，由于機床價格昂貴，越來越多的工具機廠商發(fā)現(xiàn)油壓回轉(zhuǎn)缸，造成球頭立銑刀端刃的重磨成本很高，目前最普遍應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)界的夾具驅(qū)動裝置。朝銓實業(yè)針對高轉(zhuǎn)速，因此不少刀具用戶采用手工方式進行球頭立銑刀端刃的重磨，高精度，修磨效率和刀具精度都難以保證，使用彈性筒夾夾持工作物的小型數(shù)控車床，甚至有的球頭立銑刀只能作一次性使用，了一款全新的高速中空氣壓回轉(zhuǎn)缸JAL636-PL。 　　據(jù)了解，造成很大浪費。為了尋求更經(jīng)濟實用的球頭立銑刀端刃修磨方法，應(yīng)用JAL636-PL氣壓回轉(zhuǎn)缸，筆者提出降低聯(lián)動軸數(shù)、在四軸聯(lián)動數(shù)控機床上實現(xiàn)對球頭立銑刀的重新修磨。采用這種方法，能有效降低數(shù)控機床主軸熱溫升造成的精度誤差，既可降低加工成本、減少刀具浪費，并且可以大幅降低機床本身的成本。JAL636-PL的缸徑為162mm，又可提高加工精度與修磨效率，中空孔徑為36mm，還能更好地發(fā)揮現(xiàn)有機床的作用。

圖1 粗磨時Z軸下降高度示意圖

2 端刃重磨時主要參數(shù)的計算

  1. 粗磨時Z軸的下降高度h
    球頭立銑刀端刃磨損后，全長為144mm,，根據(jù)圖1所示坐標系，是一款外形精簡的高性能氣壓回轉(zhuǎn)缸。經(jīng)實際測試，球面應(yīng)沿Z軸向下刃磨一定高度，JAL636-PL氣壓回轉(zhuǎn)缸在6500rpm時的缸體溫升在攝氏8度以內(nèi)，才能實現(xiàn)正確的端刃曲線的重新修磨。圖1中R為球頭立銑刀半徑，能徹底解決傳統(tǒng)油壓回轉(zhuǎn)缸的發(fā)熱問題。來源：工業(yè)報 ，d為球頭立銑刀端刃側(cè)面磨損量，h為應(yīng)沿Z軸向下刃磨的高度，O為粗磨前球心，O'為粗磨后球心。
    • 端刃側(cè)面磨損時：
      由圖1 可知
      OA2 =R2-h2
      OA=R-d
      則有
      R2-h2=R2-2Rd+d2
      即
      h= (1)
      式(1)表明當(dāng)銑刀球頭側(cè)面磨損d后，粗磨時Z軸方向應(yīng)下降的高度為。
    • 當(dāng)球頭頂磨損h高度時，將球面直接向下刃磨h高度即可。
    • 當(dāng)端刃球頂和兩側(cè)之間磨損時，可參照球頭刀刃側(cè)面磨損時的情況進行修磨。

    圖2 粗磨時前刀面偏轉(zhuǎn)角示意圖
  2. 粗磨時端刃前刀面偏轉(zhuǎn)角度q的計算
    由于球頭立銑刀的周刃為螺旋線，在球面沿Z軸向下刃磨一定高度h的同時，前刀面在XOY平面內(nèi)應(yīng)偏轉(zhuǎn)一個角度q，以保證螺旋刃與端刃的正確位置關(guān)系(見圖2)。
    圓柱球頭立銑刀的周刃螺旋線參數(shù)方程為
    X=Rcosq (2)
    Y=Rsinq
    Z= Pz q
    2p
    式中 R――螺旋線所在圓柱面的半徑
    Pz――螺旋線導(dǎo)程
    q―― 參變量
    在圖1、圖2所示坐標系中，有h=z，將式（1）代入式（2）的Z參數(shù)方程中，得
    q= 2p
    Pz
    		(3)
    又因球頭立銑刀圓柱分的周齒螺旋角w有
    tanw= Pz
    2pR
    代入式(3)，則
    q=  
    Rtanw
    		(4)
    或
    q= h
    Rtanw
    		(5)
    由式(4)、式(5)可知，在球頭立銑刀重磨加工時，若端刃向下刃磨一定高度h，端刃前刀面需要偏轉(zhuǎn)相應(yīng)角度q=h/(Rtanw)；或當(dāng)球頭立銑刀的端刃側(cè)面磨損量為d時，端刃前刀面需要偏轉(zhuǎn)相應(yīng)角度q=/(Rtanw)。

圖3 四軸聯(lián)動立式加工中心簡圖

3 基于四軸CNC加工的球頭立銑刀端刃重磨方案

四軸聯(lián)動立式加工中心可實現(xiàn)X、Y、Z、A四軸聯(lián)動：X、Y方向作水平運動；刀具通過刀柄夾持在機床主軸上，主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)，并可作上、下運動形成Z軸；旋轉(zhuǎn)工作臺繞X軸旋轉(zhuǎn)形成A軸（如圖3所示）。
在四軸聯(lián)動立式加工中心上刃磨球頭立銑刀時，由于旋轉(zhuǎn)軸A砂輪旋轉(zhuǎn)軸Z垂直，使磨削工藝受到很大限制。為了解決這個問題，可通過對四軸CNC磨削加工的球頭立銑刀端刃的建模，將球頭立銑刀端刃模型的坐標系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)化，使其與四軸聯(lián)動立式加工中心的坐標系統(tǒng)相對應(yīng)。磨削加工時，將砂輪安裝在主軸上，通過夾具將待重磨的球頭立銑刀裝夾在旋轉(zhuǎn)工作臺上，并使球頭立銑刀軸線與砂輪軸線Z偏轉(zhuǎn)一角度a，使銑刀前刀面與YOZ平面平行，同時使球頭立銑刀球頭中心和端刃曲線圓的中心共線且與A軸的旋轉(zhuǎn)軸線重合，即可實現(xiàn)X軸的旋轉(zhuǎn)運動。

    圖4 球頭立銑刀前刀面磨削示意圖

    圖5 磨削后刀面示意圖
  1. 端刃前刀面的磨削
    圖4為球頭立銑刀前刀面磨削示意圖。前刀面可利用平型砂輪的柱面進行磨削，同時需要一個角運動。由于刀槽底線是一條平面曲線，砂輪的走刀軌跡可根據(jù)前刀面底線利用現(xiàn)有的CAM數(shù)學(xué)工具軟件求解。
  2. 端刃后刀面的磨削
    圖5為球頭立銑刀后刀面磨削示意圖。采用單斜邊砂輪進行后刀面的磨削，利用砂輪斜邊（錐面）進行磨削。由于刀刃曲線為圓的一分，所以當(dāng)球頭立銑刀半徑確定以后，應(yīng)以球頭立銑刀球心為起點、在X方向偏移一定距離X=Rsina，Y方向以旋轉(zhuǎn)工作臺軸線為中心、以Rcosa為半徑，直接利用一個角運動進行旋轉(zhuǎn)磨削加工。

4 結(jié)語

根據(jù)以上討論，利用平型砂輪的柱面磨削球頭立銑刀端刃前刀面或用單斜邊砂輪的錐面磨削球頭立銑刀端刃后刀面時，通過一個角運動參與，在四軸聯(lián)動立式加工中心上可以實現(xiàn)對球頭立銑刀端刃的重新修磨。應(yīng)用該方法，可減少機床聯(lián)動軸數(shù)，提高四軸聯(lián)動機床利用率，顯著降低球頭立銑刀重磨加工成本，提高修磨精度與修磨效率。

    

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