刀具檢測和刃磨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的創(chuàng)新

摘 要：當(dāng)代的機(jī)械制造和數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，以及大量的CAD/CAM介入，機(jī)床的剛性得到了很大的提升，以往的刀具已經(jīng)不能再適應(yīng)現(xiàn)在的加工方式。隨著科技及生產(chǎn)加工方式的進(jìn)步，更快速的加工出成品對(duì)刀具提出了更高的可靠度、精度、壽命等要求。所以刀具的發(fā)展必定要與數(shù)控設(shè)備機(jī)密切的聯(lián)系在一起，借鑒國外新興的技術(shù)對(duì)于國內(nèi)制造業(yè)的發(fā)展是一條捷徑。21世紀(jì)，數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)興起，如何衡量一個(gè)國家的制造業(yè)水平是否先進(jìn)，完全取決于其數(shù)控設(shè)備的先進(jìn)程度及數(shù)控設(shè)備的占有量。不久的將來數(shù)控加工技術(shù)將全面取代傳統(tǒng)的機(jī)械制造業(yè)。所以對(duì)刀具測量與刃磨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的創(chuàng)新就尤為重要。

關(guān)鍵詞：MC403；刀具測量；刀具刃磨

1 研究的目的

隨著數(shù)字技術(shù)和CAD/CAM的快速發(fā)展，設(shè)計(jì)創(chuàng)新一套適于機(jī)械領(lǐng)域與航空領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)迫在眉睫。該設(shè)備基于數(shù)控技術(shù)將刀具幾何角度的檢測和刃磨無縫銜接，能實(shí)現(xiàn)通過數(shù)字技術(shù)來設(shè)計(jì)刀具角度的同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)刀具的刃磨。因此該設(shè)備既可用于刀具角度的研究，也可用于數(shù)控技術(shù)的使用。而刀具幾何角度的刃磨和測量單元能夠?qū)ζ胀ㄜ嚨逗豌@頭的刃磨及角度測量。數(shù)控單元?jiǎng)t根據(jù)數(shù)控指令實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺(tái)的單動(dòng)及聯(lián)動(dòng)。不但能實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制，還可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

目前，國內(nèi)外刀具生產(chǎn)企業(yè)多如牛毛，刀具的角度及材料趨于完善，但其主攻的制造行業(yè)，價(jià)格高昂，不適合工廠里的初級(jí)工人，而且對(duì)于航空材料的加工，刀具角度及材料更是保密。為此，將刀具刃磨與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合從而設(shè)計(jì)刀具幾何角度并且刃磨實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫，將非常適合國內(nèi)發(fā)展，特別是新興的航空產(chǎn)業(yè)。

本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，不同模塊之間的銜接有很高的操控度和自由度，同時(shí)意向性和目標(biāo)性很強(qiáng)。

2 研究的意義

在當(dāng)今的機(jī)械制造行業(yè)中，數(shù)控技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)的制造手段，成為最主流的生產(chǎn)方式。特別是國家放開低空領(lǐng)域促進(jìn)航空工業(yè)園區(qū)的建立，低空小型飛行器的設(shè)計(jì)和制造將激發(fā)制造業(yè)更上一個(gè)臺(tái)階，針對(duì)于航空飛行器的材料加工，盡管不是空白，但是只有少數(shù)企業(yè)掌握。所以開發(fā)刀具幾何角度刃磨和檢測的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以根據(jù)低空飛行器材料來設(shè)計(jì)刀具角度，通過加工過程中的數(shù)據(jù)采集，來更好的完善刀具的角度及切削用量。而采集的數(shù)據(jù)則可以用來擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫。這對(duì)于以后的低空飛行器制造和維修有著重要的意義。同時(shí)通過研究刀具的角度也能促使刀具生產(chǎn)企業(yè)更好的調(diào)整企業(yè)的經(jīng)營方向。

3 刀具刃磨和檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)

為了保證被加工的零件所要求的質(zhì)量，大多數(shù)企業(yè)采用機(jī)械夾緊式的轉(zhuǎn)為刀具，縮短換刀時(shí)間。但是由于刀片角度固定，因此固定了切削參數(shù)。為了達(dá)到理想狀態(tài)，通常要反復(fù)檢測和確定刀具切削部分的最佳幾何形狀。這些公司需要更精密和多用途、能夠用不同大小和式樣的刀具進(jìn)行加工的機(jī)床。

3.1 刀具刃磨是機(jī)械加工過程中對(duì)切削刀具進(jìn)行修磨時(shí)必不可少

隨著機(jī)械制造業(yè)的極速發(fā)展，特別是數(shù)控加工技術(shù)、柔性化生產(chǎn)以及數(shù)字車間的越來越廣泛應(yīng)用和普及，對(duì)于能在切削過程中保持足夠的穩(wěn)定性要求越來越高，因此切削刀具的制造和幾何角度的刃磨精度提出了更高的要求。數(shù)控工具磨床特別是柔性的數(shù)控工具磨床，歐美等發(fā)達(dá)國家的金屬切削刀具刃磨器材進(jìn)入了成熟階段，但我國由于剛剛接觸此類設(shè)備，目前仍然在爬坡期。

3.2 刀具幾何角度檢測技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

近些年來工業(yè)上常用的刀具角度測量方法大致可分為：機(jī)械式角度測量、電磁式角度測量和光學(xué)式角度測量。機(jī)械式和電磁式因?yàn)檠芯吭纾壳耙呀?jīng)非常成熟，其最大的特點(diǎn)就是簡單、低成本，但是測量過程中延時(shí)較長，伴隨著場地環(huán)境的變化影響了測量的精度，而對(duì)于不能接觸的物品更是無能為力。

使用光學(xué)設(shè)備對(duì)角度進(jìn)行檢測相較于傳統(tǒng)的檢測手段有更多的特點(diǎn)，例如不用接觸工件、檢測精度高等。光學(xué)設(shè)備的微型化，將會(huì)越來越多的代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)備。

同樣光學(xué)測量法也因?yàn)槠潴w積相對(duì)于機(jī)械式和電磁式設(shè)備龐大，同時(shí)在惡劣的環(huán)境下，當(dāng)前的光學(xué)測量技術(shù)不能滿足測量的要求。所以目前仍然在做改進(jìn)和研究。隨著對(duì)測量技術(shù)的要求越來越高，將來會(huì)設(shè)計(jì)出更便攜、構(gòu)造簡單、抗干擾能力強(qiáng)、非接觸、高精度的角度測量儀。

4 研究內(nèi)容

明確了目前刀具檢測和刃磨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的嚴(yán)重匱乏，并對(duì)設(shè)計(jì)創(chuàng)新該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的可行性及總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證，確定了最終的系統(tǒng)方案和模塊結(jié)構(gòu)。

對(duì)金屬切削刀具的幾何角度的刃磨和檢測進(jìn)行了分析，通過對(duì)刀具的角度和靜止參考系從而能確定刀具空間平面，刀具角度的刃磨可以通過手動(dòng)方式和數(shù)控方式進(jìn)行刃磨，提高效率，降低入門條件非常實(shí)用。

對(duì)刀具幾何角度的確定和空間的確定之后，首先明確了布局結(jié)構(gòu)的可行性，然后按照設(shè)計(jì)的五大部分進(jìn)行分別研究和方案的指定，最終將PC和數(shù)控伺服系統(tǒng)兩大模塊確定為系統(tǒng)的機(jī)械本體和控制本體的結(jié)構(gòu)。

對(duì)刀具幾何角度刃磨和檢測的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了機(jī)械模塊的總體布局和研究，闡述了各個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)，以及運(yùn)行方法。從A軸的軸向移動(dòng)平臺(tái)的布局運(yùn)行，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要作用。到C軸的軸向移動(dòng)平臺(tái)的角度轉(zhuǎn)位，通過光柵尺來測定及刻度值的使用，能使使用者直觀的觀察到。再到測量平臺(tái)的機(jī)構(gòu)和Y軸的軸向移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)設(shè)計(jì)。最后對(duì)砂輪機(jī)模塊的設(shè)計(jì)，退刀進(jìn)刀的X軸設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)應(yīng)用。

對(duì)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電控系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的開發(fā)和鉆研。主要對(duì)信號(hào)收發(fā)模塊的原理、數(shù)控伺服電機(jī)的工作與控制、刀具角度測量平臺(tái)的角度檢測的工作原理、光電編碼器的選擇和參數(shù)以及砂輪機(jī)變頻轉(zhuǎn)速的方法與布線進(jìn)行了詳細(xì)的闡述與論證。

刀具測量與刃磨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開發(fā)及實(shí)現(xiàn)方式。由電能到機(jī)械能，由電機(jī)到加工平臺(tái)，由車刀的刃磨到車刀幾何角度的測量，循序漸進(jìn)，由淺入深的將電腦上的用戶界面與數(shù)控指令有效的結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的特性和成效。

5 結(jié)束語

在所有的金屬切削加工中，金屬切削刀具起著決定因素，常言道“七分刀、三分活”可見刀具在切削中的作用，隨著數(shù)控技術(shù)及電機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，普通的手工刃磨刀具的剛性需求太高，如何能讓更多的普通的操作通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并通過數(shù)控技術(shù)進(jìn)行刃磨及檢測刀具將會(huì)非常關(guān)鍵。因?yàn)檫@樣能降低操作的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)提高加工速度，并且對(duì)刀具刃磨的精度有所提高。所以，開發(fā)并逐步創(chuàng)新刀具檢測與刃磨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有非常廣闊的前景。

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