1 高精度焊接式PCD刀具技術要求

2 高精度PCD刀具磨床

1. 機床特點


2. 分度工作頭


3. 變徑套


4. 刀具在線測量裝置


FC-500D型PCD&CBN刀具磨床的砂輪行程為500mm，可滿足長度為150mm刀具的磨削行程要求。利用機床的旋轉工作臺及其轉角顯示功能，可實現(xiàn)刀具刃口1:1000～1:1500的倒錐磨削要求。砂輪座和工作臺導軌均采用瑞士Schnee Berger高精度滾柱線性導軌。工作臺進給方式為氣壓柔性進給，手柄每格進給量為1µm(顯示器顯示)。刃磨時砂輪與刀具的接觸壓力可調。磨頭高度位置可調，可磨削大直徑PCD鋸片銑刀。磨床上配置了高精度攝像系統(tǒng)(CCD)，可通過屏幕清晰顯示刀具刃磨加工情況(放大倍率15～120倍)，同時可通過顯示器屏幕檢測刀具刃口圓弧(可測最小圓弧R0.05mm)。
為實現(xiàn)高精度PCD刀具的精密刃磨，磨床上設計了可微調角度的分度工作頭。該工作頭采用SK40主軸內孔和蝸輪蝸桿副傳動的主軸微調機構。當蝸桿與蝸輪脫開時，主軸可實現(xiàn)快速轉動。24等分的分度盤與主軸可空套或聯(lián)鎖。固定在夾具體上的插銷可插入分度盤缺口內，使分度盤與主軸在圓周上定位固定(此時分度盤與主軸處于聯(lián)鎖狀態(tài))。24等分分度盤適用于加工2、3、4、6、8等分的刀具，如需加工5、7等分的刀具，則需改用20等分或28等分的分度盤。







1,2.緊定螺釘 3.小平面(×4) 4.內六角螺釘(×4) 圖1 可調中心變徑套結構示意圖


由于分度工作頭采用SK40主軸內孔，因此加工HSK柄部的刀具時，必須利用變徑套才能將刀具固定在工作頭主軸內孔中(加工直柄刀具時，也可先將刀具裝在HSK柄的液壓直柄夾具中，然后通過變徑套裝入工作頭主軸內孔中)。由于主軸內孔和變徑套均存在同軸度誤差，因此為滿足刀具加工的同軸度要求(0.003mm)，采用了國外開發(fā)的可調中心變徑套新技術。該變徑套結構(見圖1)由兩部分組成，左邊為SK40部分，可安裝到分度工作頭主軸內孔中；右邊為HSK部分，可與刀具的HSK柄部聯(lián)接。左、右兩部分之間采用軸、孔定位聯(lián)接，由四個內六角螺釘4固定。軸與孔之間為間隙配合，配合間隙即為中心調整范圍。軸上有四個小平面3。左、右兩部分軸線的同軸度偏差由正對小平面3的內六角緊定螺釘1調整，軸線的平行度由緊定螺釘2調整。變徑套調整好后，應在SK40柄部和與之配合的分度工作頭SK40內孔的圓周上作出標記，以確定變徑套安裝位置，避免重新安裝變徑套時重復調整同軸度。
筆者與有關單位合作研制的高精度PCD刀具在線測量裝置的結構見圖2。測量裝置安裝在機床工作臺的側面并可隨工作臺一起移動，它與安裝在工作臺上分度工作頭中的刀具相對位置保持不變。測量裝置的立柱1可上、下移動，將測量頭部件4調整至與刀具中心等高。立柱1還可作180°回轉，當測量裝置不工作時，可使測量頭部件遠離刀具。立柱1的頂部裝有十字拖板2，測量不同長度刀具時，縱向小拖板可沿刀具軸線方向移動(行程可達150mm)；橫向小拖板可沿刀具徑向移動(行程可達50mm)。測量不同直徑刀具時，測量頭部件4的徑向位置可調。測量臂3安裝在十字拖板2上，測量頭部件4安裝在測量臂3上。測量刀具直徑時，測量頭部件的軸線必須與刀具軸線垂直，否則測量結果將大于刀具實際直徑，為此，在測量頭部件上方安裝了可沿垂直軸線回轉的微調裝置5，以保證測量頭軸線與刀具軸線垂直。







1.立柱 2.十字拖板 3.測量臂 4.測量頭部件 5.微調機構 6. 支架 7.弓形臂 8.固定測量頭 9.光柵尺 10.移動測量頭 11.刀具 12.工作臺 13.回轉工作臺 14.分度工作頭 15.變徑套 圖2 PCD刀具在線測量裝置結構示意圖


如圖2所示，測量頭部件4由支架6、弓形臂7、固定測量頭8、光柵尺9和移動測量頭10組成。固定測量頭安裝在弓形臂上，移動測量頭安裝在光柵尺9上，光柵尺9可在支架上移動。固定測量頭和移動測量頭采用行程為3～5mm的測量光柵，光柵尺9的測量行程則為50mm，光柵測量精度均為1µm。
該測量裝置可測量PCD刀具的直徑和圓跳動，測量力小于150mN。測量時，首先移動光柵尺9使移動測量頭10與固定測量頭8接觸并置零，然后打開移動測量頭10(以不接觸刀具為準)；轉動分度工作頭使刀具刃口略低于水平面，調整軸向小拖板使被測刃口部位處于兩個測量頭之間，鎖緊軸向小拖板；調整徑向小拖板使固定測量頭8與刀具接觸約1mm(可通過顯示器觀察)；移動光柵尺9使移動測量頭10與刀具接觸，鎖緊徑向小拖板，調整微調機構5直至顯示器顯示的直徑尺寸最小(即測量頭軸線與刀具軸線垂直)；緩慢轉動刀具，使刀刃與固定測量頭接觸，當測量頭觸測到刀具容屑槽時，測量裝置記錄到的最大值即為刀具直徑尺寸，此時顯示器顯示出刀具直徑值和固定測量頭的最大讀數(shù)值。然后將刀具轉過180°，按相同方法再測量一次(此時可退出移動測量頭)，固定測量頭又可測得一個最大值，兩次測量值之差即為刀具刃口圓跳動量。測量刀具刃口圓跳動時，整個測量系統(tǒng)在兩次測量過程中不應發(fā)生位移或振動，否則將影響測量結果的準確性。如測量系統(tǒng)剛度不夠，測量值波動較大，也可采用另一方法測量圓跳動，即將測量頭固定在磁性表座上，磁性表座安裝在機床床身上，分別測量刀具的兩個刃口，也可測出刀具的圓跳動量。

1. 裝刀


2. 調整安裝同軸度


3. 調整刀具刃口位置


4. 刃磨端面后角


5. 刃磨刀具圓周刃口


將待加工刀具裝入變徑套，然后裝入可微調角度的分度工作頭中。注意：刀柄、變徑套和分度工作頭內孔必須擦拭干凈，否則難以保證安裝同軸度。
將千分表置于刀具的調整環(huán)A和B上(見圖3)，調整緊定螺釘2(見圖1)，使刀具軸線與工作頭主軸軸線平行；調整緊定螺釘1(見圖1)，使刀具軸線與工作頭主軸軸線重合。調整后的安裝同軸度誤差應小于1µm。
轉動刀具使刃口處于水平面上(比水平面略低)，調整好砂輪后角，在刀具兩個刀刃的后角處磨出刃口。用測量裝置的兩個測量頭與刀具后面接觸，然后緩慢移動刀具，使刀具刃口與測量頭接觸，當顯示的測量數(shù)據(jù)為最大值時，刀具位置前角為0°。將分度工作頭插銷插入等分盤缺口內，并使等分盤與工作頭主軸聯(lián)鎖。
脫開測量裝置，將回轉工作臺轉過90°，將砂輪調整到端面后角，刃磨端面兩個刃口；然后將刀具從變徑套中拆下，用光學對刀儀測量刃口的等高性和180°頂角，并通過回轉工作臺進行調整，直至達到加工要求；然后測量HSK基準面到刃口的距離，通過刃磨達到112±0.03mm的尺寸要求(如果是階梯刀具，則按照圖紙磨削出階梯長度和階梯角)。
將回轉工作臺按順時針方向轉過90.086°，經(jīng)調整后磨出的刀具有1.5×10-3的倒錐；將砂輪角度調整為刀具圓周后角，分別刃磨出兩個刃口的后角。按前述測量方法測出刀具直徑D和圓跳動d，并判別兩個刃口的半徑大小。設刀具的大邊半徑為R₂，小邊半徑為R₁，則有D=R₁+R₂，d=R₂-R₁；R₂=(D+d)/2，R₁=(D-d)/2。設刀具公稱半徑為R₀，則大邊修磨余量為R₂-R₀，小邊修磨余量為R₁-R₀。根據(jù)測量計算結果，對兩個刃口邊刃磨邊測量，直至刀具的直徑尺寸和同軸度均符合加工要求為止。

5 PCD刀具的動平衡

6 加工環(huán)境要求