一种用于PCD/CBN刀具的磨削装置

摘要

本发明涉及一种用于PCD/CBN刀具的磨削装置，包括刀架、砂轮、砂轮固定装置以及音频传感器，砂轮通过法兰盘固定在砂轮固定装置的左端，被磨削的刀具设置在刀架上，刀架设置在所述砂轮固定装置的左侧且与所述砂轮相对应，砂轮固定装置包括主轴、同步永磁转子、同步定子绕组、主轴前端盖以及主轴后端盖，同步永磁转子套设在主轴上，同步定子绕组套设在同步永磁转子上，主轴前端盖设置在主轴的左端，还包括传感器信号放大器，音频传感器通过传感器信号放大器与外部的数控系统相连接。本发明的有益效果在于，提供一种用于PCD/CBN刀具的磨削装置，能够长时间地保证磨削精度、且磨削效率高、具有防碰撞等安全措施。

权利要求

1.一种用于PCD/CBN刀具的磨削装置，其特征在于：包括刀架、砂轮、砂轮固定装置以及音频传感器，所述砂轮通过法兰盘固定在所述砂轮固定装置的左端，被磨削的刀具设置在刀架上，所述刀架设置在所述砂轮固定装置的左侧且与所述砂轮相对应，所述砂轮固定装置包括主轴、同步永磁转子、同步定子绕组、主轴前端盖以及主轴后端盖，所述同步永磁转子套设在所述主轴上，所述同步定子绕组套设在所述同步永磁转子上，所述主轴前端盖设置在所述主轴的左端，所述主轴后端盖设置在所述主轴的右端，所述同步定子绕组上套设有主轴冷却水套，所述主轴冷却水套的一侧开设有冷却水进口，另一侧开设有与所述冷却水进口相连通的冷却水出口，所述主轴的左端套设有前轴承组，所述主轴的右端套设有后轴承组，所述主轴左端前轴承组的外部套设有前轴承组刚性支撑，所述前轴承组刚性支撑外部套设有前轴承组冷却水套，所述主轴右端后轴承组的外部套设有后轴承组柔性支撑，且位于所述主轴冷却水套内部，所述音频传感器设置在所述主轴的右端面，还包括传感器信号放大器，所述音频传感器通过所述传感器信号放大器与外部的数控系统相连接。

2.根据权利要求1所述的用于PCD/CBN刀具的磨削装置，其特征在于，所述主轴的左端套设有密封圈，所述密封圈设置在所述主轴前端盖与所述前轴承组刚性支撑之间，且位于所述前轴承组冷却水套内部。

3.根据权利要求1所述的用于PCD/CBN刀具的磨削装置，其特征在于，所述主轴冷却水套内部设置有第一冷却水循环通道，所述前轴承组冷却水套内部设置有与所述第一冷却水循环通道相连通的第二冷却水循环通道。

4.根据权利要求3所述的用于PCD/CBN刀具的磨削装置，其特征在于，所述第一冷却水循环通道分别与所述冷却水入进口和冷却水出口相连通。

5.根据权利要求1所述的用于PCD/CBN刀具的磨削装置，其特征在于，所述主轴上套设有第一平衡子和第二平衡子，所述第一平衡子设置在同步永磁转子的两端，所述第二平衡子设置在所述同步定子绕组的两端。

6.根据权利要求1所述的用于PCD/CBN刀具的磨削装置，其特征在于，所述砂轮与所述法兰盘通过多个紧固螺栓进行固定连接。

7.根据权利要求1所述的用于PCD/CBN刀具的磨削装置，其特征在于，所述主轴前端盖内侧与所述主轴左端之间设置有前端密封圈。

8.根据权利要求1所述的用于PCD/CBN刀具的磨削装置，其特征在于，所述前轴承组和后轴承组中均包括两个轴承。

说明书

一种用于PCD/CBN刀具的磨削装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于PCD/CBN刀具的磨削装置。

背景技术

[0002] 目前，PCD/CBN刀具由于超硬材料刀具材质非常坚硬，从应用层面看可以极大提高刀具的寿命，扩大了被加工零件的材质范围，并极大的提高了被加工表面的质量，是反映现代机械加工业发展方向的先进刀具。但是在磨制PCD/CBN刀具的过程中，硬度高这一特性同时又对刀具磨削的工艺因素(如砂轮的尺寸和磨粒的状态等)产生了众多不确定因素，对磨削过程造成了极大困难。

[0003] 现有PCD/CBN刀具切削刃的形状和表面大部分通过磨制实现，其工作机理介于磨削与研磨之间，刀具切削刃的质量(基本等同于刀具质量)基于磨制过程；因此在磨制过程中对砂轮表面形状和锋利程度，磨削量的控制，磨削速度等要素都有严格的要求。

[0004] PCD/CBN刀具磨削的现有工艺，基本上都建立在操作工的手工经验上，以控制磨削过程中的各个要素；而数控机床也仅仅是在手工经验的基础上事先编制程序，以规划磨削过程中的各个要素(如：机床工作进给距离等)，相较于手动操作缺乏随机性和灵活性。因此在刀具磨制过程中很难获得理想的刀具刃口质量和磨制效率。

发明内容

[0005] 鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷，本发明提供一种用于PCD/CBN刀具的磨削装置，该磨削装置具有安全可靠、磨削精度高且效率高的特点，同时可提供该磨削装置的使用寿命长。

[0006] 本发明提供了一种用于PCD/CBN刀具的磨削装置，包括刀架、砂轮、砂轮固定装置以及音频传感器，所述砂轮通过法兰盘固定在所述砂轮固定装置的左端，被磨削的刀具设置在刀架上，所述刀架设置在所述砂轮固定装置的左侧且与所述砂轮相对应，所述砂轮固定装置包括主轴、同步永磁转子、同步定子绕组、主轴前端盖以及主轴后端盖，所述同步永磁转子套设在所述主轴上，所述同步定子绕组套设在所述同步永磁转子上，所述主轴前端盖设置在所述主轴的左端，所述主轴后端盖设置在所述主轴的右端，所述同步定子绕组上套设有主轴冷却水套，所述主轴冷却水套的一侧开设有冷却水进口，另一侧开设有与所述冷却水进口相连通的冷却水出口，所述主轴的左端套设有前轴承组，所述主轴的右端套设有后轴承组，所述主轴左端前轴承组的外部套设有前轴承组刚性支撑，所述前轴承组刚性支撑外部套设有前轴承组冷却水套，所述主轴右端后轴承组的外部套设有后轴承组柔性支撑，且位于所述主轴冷却水套内部，所述音频传感器设置在所述主轴的右端面，还包括传感器信号放大器，所述音频传感器通过所述传感器信号放大器与外部的数控系统相连接。

[0007] 可选的，所述主轴的左端套设有密封圈，所述密封圈设置在所述主轴前端盖与所述前轴承组刚性支撑之间，且位于所述前轴承组冷却水套内部。

[0008] 可选的，所述主轴冷却水套内部设置有第一冷却水循环通道，所述前轴承组冷却水套内部设置有与所述第一冷却水循环通道相连通的第二冷却水循环通道。

[0009] 可选的，所述第一冷却水循环通道分别与所述冷却水入进口和冷却水出口相连通。

[0010] 可选的，所述主轴上套设有第一平衡子和第二平衡子，所述第一平衡子设置在同步永磁转子的两端，所述第二平衡子设置在所述同步定子绕组的两端。

[0011] 可选的，所述砂轮与所述法兰盘通过多个紧固螺栓进行固定连接。

[0012] 可选的，所述主轴前端盖内侧与所述主轴左端之间设置有前端密封圈。

[0013] 可选的，所述前轴承组和后轴承组中均包括两个轴承。

[0014] 本发明具有以下优点和有益效果：本发明提供一种用于PCD/CBN刀具的磨削装置，通过安装在砂轮主轴上的音频传感器，在刀具与砂轮接触的瞬间起，即可实时监控磨削状态，并根据传感器的数据变化实时控制整个磨制过程中的各个要素；同时实时监控砂轮状态，通过砂轮现实状态决定砂轮的修整或锐化，可大幅提高砂轮的寿命和磨削效率；同时通过安装的音频传感器，实现了磨制过程的智能化，可以极大提高磨制效率和稳定的磨制质量。

附图说明

[0015] 图1为本发明的用于PCD/CBN刀具的磨削装置的结构示意图；

[0016] 图2为本发明实施例1中磨削点的位置变化示意图；

[0017] 图3为本发明实施例1中对刀磨法的流程图；

具体实施方式

[0018] 下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

[0019] 如图1所示：本发明实施例的一种用于PCD/CBN刀具的磨削装置，包括刀架1、砂轮3、砂轮固定装置以及音频传感器15，所述砂轮3通过法兰盘4固定在所述砂轮固定装置的左端，被磨削的刀具2设置在刀架1上，所述刀架1设置在所述砂轮固定装置的左侧且与所述砂轮3相对应，所述砂轮固定装置包括主轴9、同步永磁转子20、同步定子绕组21、主轴前端盖5以及主轴后端盖13，所述同步永磁转子20套设在所述主轴9上，所述同步定子绕组21套设在所述同步永磁转子20上，所述主轴前端盖5设置在所述主轴9的左端，所述主轴后端盖13设置在所述主轴9的右端，所述同步定子绕组21上套设有主轴冷却水套7，所述主轴冷却水套7的一侧开设有冷却水进口18，另一侧开设有与所述冷却水进口18相连通的冷却水出口14，所述主轴9的左端套设有前轴承组6，所述主轴9的右端套设有后轴承组11，所述主轴9左端前轴承组6的外部套设有前轴承组刚性支撑22，所述前轴承组刚性支撑22外部套设有前轴承组冷却水套23，所述主轴右端后轴承组11的外部套设有后轴承组柔性支撑12，且位于所述主轴冷却水套7内部，所述音频传感器15设置在所述主轴9的右端面，还包括传感器信号放大器16，所述音频传感器15通过所述传感器信号放大器16与外部的数控系统17相连接；
通过安装在砂轮主轴上的音频传感器，在刀具与砂轮接触的瞬间起，即可实时监控磨削状态，并根据传感器的数据变化实时控制整个磨制过程中的各个要素；同时实时监控砂轮状态，通过砂轮现实状态决定砂轮的修整或锐化，可大幅提高砂轮的寿命和磨削效率；同时通过安装的音频传感器，实现了磨制过程的智能化，可以极大提高磨制效率和稳定的磨制质量。

[0020] 作为上述实施例的优选实施方式，所述主轴9的左端套设有密封圈24，所述密封圈24设置在所述主轴前端盖5与所述前轴承组刚性支撑22之间，且位于所述前轴承组冷却水套23内部，用于对主轴以及前轴承组进行密封，提高了该磨削装置的密封性能。

[0021] 作为上述实施例的优选实施方式，所述主轴冷却水套7内部设置有第一冷却水循环通道，所述前轴承组冷却水套23内部设置有与所述第一冷却水循环通道相连通的第二冷却水循环通道，可对主轴进行实时的冷却，提高了主轴的工作效率以及使用寿命。

[0022] 作为上述实施例的优选实施方式，所述第一冷却水循环通道分别与所述冷却水入进口18和冷却水出口14相连通，外部通入的冷却水经冷却水进口进入到所述第一冷却循环通道，继而进入到第二冷却水循环通道，经冷却水出口流出，达到对主轴进行冷却的效果。

[0023] 作为上述实施例的优选实施方式，所述主轴9上套设有第一平衡子10和第二平衡子8，所述第一平衡子10设置在同步永磁转子20的两端，所述第二平衡子8设置在所述同步定子绕组21的两端，进而提高了所述同步永磁转子和所述同步定子绕组运行的平衡性，从而保证了主轴的精确性。

[0024] 作为上述实施例的优选实施方式，所述砂轮3与所述法兰盘4通过多个紧固螺栓进行固定连接。

[0025] 作为上述实施例的优选实施方式，所述主轴前端盖5内侧与所述主轴9左端之间设置有前端密封圈25，进一步提供该主轴的密封性能。

[0026] 作为上述实施例的优选实施方式，所述前轴承组和后轴承组中均包括两个轴承。

[0027] 本发明还提供一种用于PCD/CBN刀具的磨削方法，砂轮通过法兰盘固定在所述砂轮磨削主轴的左端，被磨削的刀具设置在刀架上，所述刀架设置在所述砂轮磨削主轴的左侧且与所述砂轮相对应，在刀具与砂轮接触的瞬间起，设置在砂轮主轴上的音频传感器接收磨削加工中产生的音频振动信号并将其传输给数控系统，数控系统根据音频传感器传送的音频振动信号来实时调整磨削过程中的加工参数，以达到持久地保持磨削精度，提高磨削效率，保证磨削的安全。主要有以下两方面，其一，所述音频传感器可用于砂轮端面位置的检测、以动态监测其磨损，并及时修正磨削程序以保证刀具磨削的尺寸精度。其二，系统通过音频信号，实时监控砂轮状态，以决定砂轮是否需要修整。其三，根据音频信号，来判断砂轮与刀具是否接触、磨削余量是否去除，以消除磨削空行程，及时调整进给速度，并适时结束磨削循环。其四，在砂轮和刀具产生非正常接触的瞬间，根据音频信号及时处置，确保磨削的安全。

[0028] 实施例1

[0029] 本发明提供的一种用于PCD/CBN刀具的磨削装置，该磨削装置采用的磨削方法为对刀磨法，例如，金刚石刀具精磨的主要任务是：准确而稳定地控制磨削的最终尺寸精度。但是在金刚石刀具的磨削过程中，砂轮倾角变化引起的砂轮位置变化，砂轮端面的磨损，和刀片厚度的变化，都会引起刃尖磨削点的变化，而最终导致加工误差。这些因素与机床的运动精度无关，而是有关什么时候开始磨(即对刀点)，磨到什么程度结束等问题。“对刀磨法”就是用音频传感器准确监测磨削点的位置，以达到精确控制加工尺寸的技术，尽管砂轮磨损量难以测量，刀片高度(其影响磨削点位置)在一定范围内也是难以测量的，刀片上的第一第二后角要求砂轮倾角改变，如图2所示，其中：A为砂轮磨损，B为刀具厚度变化，C为倾角误差，D为磨削点，E为砂轮，F为刀具。带有声控装置的控制系统总能轻易地记录下刀尖和砂轮面接触瞬间的准确位置。以此作为起点，进行相对进给就能准确地控制尺寸精度，我们把这叫“对刀磨法”。当然，“对刀磨法”的前提条件是上道工序有准确的基准，或能对磨削前的尺寸进行准确测量。假如磨削前刀尖R的半径为R1，而最终尺寸为R2，那么在磨削点处开始的工作进给距离就为R2-R1；图3为“对刀磨法”的流程图；在行业内用手动机床磨刀，PCD刀具的第一后角(也就修光刃)的磨削工艺为：在粗磨的尺寸基础上再往下磨0.02～0.03mm，以形成0.05～0.1mm的刃带。这和“对刀磨法”也是不谋而合的。

[0030] 实施例2

[0031] 在磨削自适应控制中的应用：粗磨金刚石的主要任务是：提高磨削效率，也就是尽量少地设定安全距离，减少“磨削”空气的时间；在机床刚性能承受的范围内，尽快地去除磨削余量；尽早地发现磨削余量已经去除(标志是磨削抗力减少到最小)；砂轮与金刚石刀具摩擦产生剧烈的声波在工艺装备上传播，对声波的监控能准确地反映出磨削状况，如刀具与砂轮是否接触，刀具与砂轮之间的压力(即磨削抗力)是否消除等。如果控制系统能实时采集这些信息并进行分析，使机床控制系统与之相适应，这无异于给机床安装上了一只灵敏的耳朵，使机床控制器成为一个更为智能的自适应系统。事实上，该系统的研发也是受现场工人磨刀的启发；正常磨削的时候，有两种情况声波频率是有明显特征，一是刀具和砂轮接触的瞬间，其音频信号从无到有；二是磨削达到最终尺寸(磨削抗力下降为最小)时，其音频信号中逐步下降到稳定不变；这很容易理解。前者可以作为快速进给结束，开始磨削进给的分界线；后者则可以作为磨削完成的标志。另外，对于第一种情况，数控系统能实时(动态)地检测到砂轮的磨损量，以便修改下一次进给的安全距离，使磨削空气的时间几乎降低为零；即便是在刀具与砂轮“紧密接触”的过程中，声波频率的变化也能反映出刀具与砂轮之间的抗力，将这“信息”反馈给机床控制器，调整伺服的进给速度，使磨削在相对“恒定”的抗力下完成，对于提高磨削效率，延长机床寿命具有很大的意义；在控制系统的采集周期很短的情况下，对异常音频(对灵敏度的评价)的检测，可以及时发现机床上刀具与砂轮的碰撞，使控制系统及时做出反应，避免昂贵的砂轮撞坏的可能。

[0032] 最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。