專利名稱：硬質合金滾刀的復合電加工方法及專用設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種硬質合金滾刀的加工方法及所用設備，特別是硬質合金滾刀的復合電加工方法及該方法所采用的設備。
目前國內生產硬質合金滾刀的工具廠其刃磨工藝采用金剛石砂輪鏟磨工藝，該鏟磨工藝的粗鏟磨加工生產率甚低，每一次吃刀深度僅0.005-0.01毫米左右，以6模數滾刀為例，用這種純機械硬碰硬的刃磨加工完成1只滾刀要10個班左右，同時因為是硬碰硬的刃磨，金剛石砂輪消耗大，一只金剛石砂輪僅能磨3至4把滾刀，因而這種傳統(tǒng)的工藝方法存在著生產周期長、勞動強度大、成本低的缺陷。
目前國外已有復合磨削工藝及專用設備，如日本日興公司就生產多種復合磨床，主要品種有NSG515 COMMEC系列和NSG-52ACE，但從現(xiàn)有的使用情況來看，這些磨床及所用工藝只能加工某些形狀規(guī)則的硬質材料，而不能加工硬質合金滾刀。
本發(fā)明的目的在于提供一種硬質合金滾刀的復合電加工方法及該方法的專用設備，用該方法和設備加工硬質合金滾刀，可提高工效、縮短加工時間，并降低砂輪的損耗。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的復合電加工方法包括電火花加工、電解加工和機械磨削，該方法中硬質合金滾刀接脈沖電源正極，砂輪接脈沖電源負極，滾刀和砂輪通過電刷進電，同時滾刀和砂輪之間通過水泵及管道系統(tǒng)不斷沖有復合工作液，該方法所采用的脈沖電源為可控硅復合加工脈沖電源，其電壓值為100-105伏，頻率為10-50千赫，加工電流為2-22安，其中頻率和加工電流均可調。
上述復合電加工方法所采用的復合工作液包括亞硝酸鈉、硝酸鉀、碳酸鈉和水，各成分的含量為每10公斤水中，亞硝酸鈉100-200克、硝酸鉀60-100克、碳酸鈉20-40克。
上述復合電加工方法還可采用另一種復合工作液，該工作液包括磷酸氫二鈉、硝酸鈉、碳酸鈉、亞硝酸鈉、硼砂、檸檬酸三鈉和水，各成分的含量為每10公斤水中，磷酸氫二鈉100-300克、硝酸鈉100-200克、碳酸鈉10-30克、亞硝酸鈉100-150克、硼砂10-30克、檸檬酸三鈉5-15克。
上述硬質合金滾刀的復合電加工方法所用的設備包括主電源箱、砂輪、磨輪架裝置、進電裝置、頂尖心軸部分，以及工作液循環(huán)過濾吸風系統(tǒng)，其特征是所有這些組成部分安裝在C8955鏟齒機床上，同時該設備還取掉了原C8955鏟齒機床的交流電機，而另設一主軸減速裝置。
上述該設備中電源箱電源的主振級采用的是三塊雙列直插式集成電路556組成，功率級采用的是四只高頻可控硅組成。
上述該設備的主軸減速裝置包括直流電機，針輪減速機以及在空程時可自行變換直流電機轉速的自動伺服系統(tǒng)，其中直流電機與針輪減速機通過聯(lián)軸器而連接，自動伺服系統(tǒng)位于主電源箱內。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。


圖1為本發(fā)明專用設備的主視圖。
圖2為圖1的左視圖。
圖3為本發(fā)明中主電源箱電源的脈沖振蕩原理圖。
圖4為本發(fā)明中主電源箱電源功率級的電路原理圖。
圖5為本發(fā)明中主軸減速裝置結構圖。
圖6為本發(fā)明中主軸伺服原理圖。
圖7為本發(fā)明中磨輪架的主視圖。
圖8為本發(fā)明中磨輪架的左視圖。
圖9為圖7的Ⅰ-Ⅰ剖視圖。
圖10為圖9的Ⅱ-Ⅱ剖視圖。
圖11為本發(fā)明中心軸部分的結構圖。
圖12為本發(fā)明中工件進電裝置的結構圖。
圖13為本發(fā)明中工作液循環(huán)過濾吸風系統(tǒng)圖。
圖14為本發(fā)明中金剛石砂輪的結構圖。
圖15為本發(fā)明中另一金剛石砂輪的結構圖。
圖1、圖2給出了用復合電加工方法加工硬質合金滾刀所用設備的結構圖，從圖中可看出，該設備包括主電源箱1、砂輪2、磨輪架3、進電裝置4、頂尖心軸部分5、工作液循環(huán)過濾吸風系統(tǒng)6，主軸減速裝置7，所有這些組成部分安裝在C8955鏟齒機床上。加工時，硬質合金滾刀8裝在心軸5上，砂輪2裝在磨輪架3上，進電裝置4使?jié)L刀8和砂輪2帶電，其中滾刀8為正極，砂輪2為負極，同時工作液通過循環(huán)系統(tǒng)6中的水泵及管道系統(tǒng)不斷地沖向導電砂輪2和滾刀8之間，選擇好各參數并正確操縱各控制手把，即可得到所需的滾刀。
圖3為主電源箱電源的脈沖振蕩原理圖，從圖中可看出，本發(fā)明的主振極是采用三塊556時基集成電路1a來實現(xiàn)振蕩、倒相及波形變換的，最后由脈沖變壓器1b輸出觸發(fā)脈沖，采用該形式主振級可使其整機抗干擾能力強、工作穩(wěn)定可靠。圖4為主電源功率級的電路原理圖，從圖中可看出，該電源功率級是采用四只高頻可控硅1c1、1c2、1c3、1c4組成，本實施例中采用的是四只20A/1000V KG型高頻可控硅，其工作過程是這樣的主振級第一次同時輸出兩個觸發(fā)脈沖分別觸發(fā)1c1、1c4，使其同時導通，電流通過1c1、1c4和間隙對關斷電容1d充電，當其充電電流小于可控硅的維持電流時，1c1和1c4自動關斷，1c1、1c4關斷后，主振級第二次輸出的觸發(fā)脈沖分別觸發(fā)1c2、1c3，使其同時導通，電流通過1c2、1c3和間隙對關斷電容1d進行反向充電，當其充電電流小于可控硅的維持電流時，1c2、1c3自動關斷。當主振級再次輸出觸發(fā)脈沖時，又重復上述過程，這樣輸出的波為連續(xù)的前沿很陡的尖波電壓。為更合理地控制電火花加工和電解加工的最佳比例，使其達到最佳加工狀態(tài)，同時保護導電金剛石砂輪2的自利性和控制導電金剛石砂輪的最低損耗，本發(fā)明中，所選擇的電源主要參數為電源電壓105伏;頻率10-50千赫分級可調;電流強、中、弱三檔可調，最大輸出電流小于或等于22安，實際加工時，根據磨削面積的大小，選好電規(guī)準及加工電流，即可進行該工藝的加工。
圖5為主軸減速裝置結構圖，從圖中可看出，該主軸減速裝置7包括直流的電機7a、速比為1/59的針輪減速機7b以及自動伺服系統(tǒng)，直流電機7a和針輪減速機7b通過聯(lián)軸器7c相連，其針輪減速機7b前端連有主軸箱法蘭7d以及小齒輪7e，自動伺服系統(tǒng)的電路組成位于主電源箱內，它的原理如圖6所示。
原C8955鏟齒機床的主軸轉速為4.5轉/分-96轉/分，遠遠高于復合電加工所需轉速為0.1轉/分-1轉/分的要求，而且刀磨加工時每加工一齒，其工作行程僅占整個行程的五分之一，其余五分之四為空程，所以為了進一步提高生產率，就必須提高空程轉速，為此取掉了原C8955鏟齒機床的交流電機，改裝了該直流電機伺服調速系統(tǒng)，工作行程時用直流電機和速比為1/59的針輪減速機相配合，從而可獲得能滿足復合電加工條件的速度，空程時自動伺服系統(tǒng)將自行升高直流電機轉速，達到加快空程速度的目的。
圖6所示的主軸伺服系統(tǒng)在該設備上設自動伺服進給和手動進給，進給速度分快慢兩檔，兩種速度可均勻自動切換，其中反車速度大于快速進給速度，加工時，將(手動、自動)開關置于自動位置，(快進、可調)開關置于可調位置，進給旋扭調到適當位置，合上進給手柄，即可實行由快速空行程到加工時的自動調整，使加工時始終保持最佳工作狀態(tài)的自適應過程。調整時，只需將快進開關置于快進位置即可實行快速調整，調整時若需調整進給速度，可將(手動、自動)開關置于手動位置，此時進給速度即可受到進給旋鈕的控制，隨意調整速度。
圖7、圖8、圖9、圖10給出了磨輪架3的主要結構圖。磨輪架3的作用是支撐砂輪體2，原C8955鏟齒機床上沒有該部分結構，新設計的磨輪架3裝在原鏟齒機床的小刀架上，它主要包括磨輪架座3a、導向塊3b、磨輪軸3c、電刷部分3d、大絕緣板3e、小絕緣板3f、以及絕緣墊圈3g和絕緣管3h，大絕緣板3e、小絕緣板3f、以及絕緣墊圈3g和絕緣管3h的作用是使加工機床不帶電。為適應不同規(guī)格的滾刀加工，該磨輪架3還可使砂輪2在其架上作上、下調整運動。
圖11為心軸部分5的結構圖，圖中心軸5a頂在長頂尖5b和短頂尖5c，長頂尖5b與主軸之間，長頂尖5b與主軸絕緣，短頂尖5c與尾座絕緣，所需加工的滾刀8裝在心軸5a上，心軸5a靠裝在主軸長頂尖5b上的撥叉5d帶動旋轉。
圖12為工件進電裝置4的結構圖，為保證導電良好，接觸電阻小，引線方便，本發(fā)明采用了電刷進電，該裝置主要包括電刷4a、上電刷盒4b、下電刷盒4c、支承架4d、以及絕緣板4e。使用時該裝置裝在主軸頂尖5b與砂輪架3上，通過其上的恒壓電刷4a對滾刀8和砂輪2充電。
圖13為工作液循環(huán)、過濾、吸風系統(tǒng)圖，在復合加工中工作液既是介質也是電解質和冷卻液，它通過水泵及管道系統(tǒng)不斷地沖向導電砂2輪和滾刀8之間，起著導電、排屑、冷卻的作用，高速旋轉的砂輪2會使磨削工作液形成霧狀四處散射，所以必須加以防護和收集，使其循環(huán)使用，為此，本發(fā)明設計了磨削工作液循環(huán)、過濾、吸風系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括電解滾箱6a、抽風機6b、三相電泵6c、抽風管6d、電解液進管6e、回管6f、抽風罩6g、活動噴射咀6h、回收箱6i、以及水閥體6j。使用時電解液通過電泵6c、進管6e、活動咀6h不斷地沖向導電砂輪2和滾刀8之間，使用過的電解液通過抽風機6b、抽風管6d、回管6f回收到箱6i內，經過濾又可重復使用。
圖14、15給出了金剛石砂輪2的結構圖。本發(fā)明中所采用的是銅基金剛石砂輪，這是由于銅基金剛石砂輪在整個復合電加工過程中，在復合工作液的配合下，它既可保證高效率，又能使它本身基本無損耗。圖14給出的是加工滾刀側面用砂輪的軸向剖面圖，從圖中可看出，它的斷面呈梯形，其梯形面與右頂面的夾角為17°;圖15給出的是加工滾刀后角用砂輪的軸向剖面圖，從圖中可看出，它的斷面呈矩形。
最后詳細說明一下復合工作液。復合工作液是實現(xiàn)復合電加工的關鍵之一，本發(fā)明中為保證加工精度，提供了兩種復合液配方，第一種配方包括亞硝酸鈉、硝酸鉀、碳酸鈉，各成分的含量為每10公斤水中，亞硝酸鈉100-200克、硝酸鉀60-100克、碳酸鈉20-40克;提供的第二種配方包括磷酸氫二鈉、硝酸鈉、碳酸鈉、亞硝酸鈉、硼砂、檸檬酸三鈉，各成分的含量為每10公斤水中，磷酸氫二鈉100-300克、硝酸鈉100-200克、碳酸鈉10-30克、亞硝酸鈉120-150克、硼砂10-30克、檸檬酸三鈉5-15克，用這兩種配方的工作液加工出的滾刀，其刀具刃口圓弧半徑都較小，表面粗糙度也較低，從成本上講，第一種配方所用成分種類少，價格相對要低些。
上述專用設備的主要技術指標如下1、刃磨滾刀的范圍M2-M162、精度符合ISO4468-82B級3、粗糙度Ra2.5-1.25微米(一次進刀0.4mm時)4、刃磨效率以硬質合金滾刀M4-M5為標準，平均每四小時加工一件。
本發(fā)明與原純機械磨削加工相比具有如下優(yōu)點<1>、提高了工效，以加工一把6模數的滾刀為例，可提高工效8-10倍;<2>、降低了滾刀表面粗糙度，采用該方法及設備，Ra可達0.31，比原方法降低了一級以上，同時消除了原方法產生的刃口燒傷現(xiàn)象;<3>、提高了金剛石砂輪的耐用性，降低了生產費用，原機械方法每只砂輪(價格1600元以上)僅能刃磨3-4把滾刀就報廢了，而采用此方法連續(xù)磨削6把滾刀砂輪基本無損耗，從而平攤在每只滾刀上的生產費用就降低了;<4>、降低了設備投資，該方法所使用的設備是在原C8955鏟齒機床上改進而成的，在設備投資上，只需花費改裝費用，因而價格較低;5、減輕了勞動強度，改善了生產環(huán)境。
權利要求
1.一種硬質合金滾刀的復合電加工方法，其特征在于它包括電火花加工，電解加工和機械磨削，該方法中硬質合金滾刀接脈沖電源正極，砂輪接脈沖電源負極，滾刀和砂輪通過電刷進電同時滾刀和砂輪之間通過水泵及管道系統(tǒng)不斷沖有復合工作液，該方法所采用的脈沖電源為可控硅復合加工脈沖電源，其電壓值為100-105伏，頻率為10-50千赫，加工電流為2-22安，其中頻率和加工電流均可調。
2.根據權利要求1所述的硬質合金滾刀的復合電加工方法，其特征有于所采用的復合工作液包括亞硝酸鈉、硝酸鉀、碳酸鈉和水，各成份的含量為每10公斤水中，亞硝酸鈉100-200克、硝酸鉀60-100克、碳酸鈉20-40克。
3.根據權利要求1所述的硬質合金滾刀的復合電加工方法，其特征在于所采用的復合工作液包括磷酸氫二鈉、硝酸鈉、碳酸鈉、亞硝酸鈉、硼砂、檸檬酸三鈉和水，各成分的含量為每10公水中，磷酸氫二鈉100-300克、硝酸鈉100-200克、碳酸鈉10-30克、亞硝酸鈉120-150克、硼砂10-30克、檸檬酸三鈉5-15克。
4.根據權利要求1或2或3所述的硬質合金滾刀的復合電加工方法，其特征在于所采用的砂輪為銅基金剛石砂輪。
5.一種上述權利要求中所述的硬質合金滾刀復合電加工方法的專用設備，該設備包括主電源箱、砂輪、磨輪架裝置、進電裝置、頂尖心軸部分以及工作液循環(huán)過濾吸風系統(tǒng)，其特征在于上述所有組成部分安裝在C8955鏟齒機床上，此外該設備還取掉了原C8955鏟齒機床的交流電機，而另設一主軸減速裝置。
6.根據權利要求5所述的硬質合金滾刀復合電加工方法的專用設備，其特征在于該電源箱電源的主振級采用的是三塊雙列直插式集成電路556組成，功率級采用的是四只高頻可控硅組成。
7.根據權利要求5或6所述的硬質合金滾刀復合電加工方法的專用設備，其特征在于該主軸減速裝置包括直流電機、針輪減速機以及在空程時可自行變換直流電機轉速的自動伺服系統(tǒng)，其中直流電機與針輪減速機通過聯(lián)軸器而連接，自動伺服系統(tǒng)位于主電源箱內。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硬質合金滾刀的復合電加工方法及專用設備，該方法為電火花加工、電解加工、機械磨削三者的復合，所采用的設備為改進后的C8955鏟齒機床。用該方法和設備加工硬質合金滾刀，可提高工效、縮短加工時間、降低砂輪損耗并減輕勞動強度，同時加工出的滾刀表面粗糙度低，刃口無燒傷現(xiàn)象。
文檔編號B23P15/28GK1070857SQ9210828
公開日1993年4月14日 申請日期1992年9月18日 優(yōu)先權日1992年9月18日
發(fā)明者黃?；? 李玉聲, 姬良才, 羅康立, 王秉善, 陳錫康, 張波, 江昕 申請人:四川省電加工技術服務中心