刀具檢測和刃磨實驗平臺的創新

摘 要：當代的機械制造和數控技術的應用，以及大量的CAD/CAM介入，機床的剛性得到了很大的提升，以往的刀具已經不能再適應現在的加工方式。隨著科技及生產加工方式的進步，更快速的加工出成品對刀具提出了更高的可靠度、精度、壽命等要求。所以刀具的發展必定要與數控設備機密切的聯系在一起，借鑒國外新興的技術對于國內制造業的發展是一條捷徑。21世紀，數控加工技術在機械制造行業興起，如何衡量一個國家的制造業水平是否先進，完全取決于其數控設備的先進程度及數控設備的占有量。不久的將來數控加工技術將全面取代傳統的機械制造業。所以對刀具測量與刃磨實驗平臺的創新就尤為重要。

關鍵詞：MC403；刀具測量；刀具刃磨

1 研究的目的

隨著數字技術和CAD/CAM的快速發展，設計創新一套適于機械領域與航空領域的實驗平臺迫在眉睫。該設備基于數控技術將刀具幾何角度的檢測和刃磨無縫銜接，能實現通過數字技術來設計刀具角度的同時還能實現刀具的刃磨。因此該設備既可用于刀具角度的研究，也可用于數控技術的使用。而刀具幾何角度的刃磨和測量單元能夠對普通車刀和鉆頭的刃磨及角度測量。數控單元則根據數控指令實現試驗臺的單動及聯動。不但能實現半閉環控制，還可以實現閉環控制。

目前，國內外刀具生產企業多如牛毛，刀具的角度及材料趨于完善，但其主攻的制造行業，價格高昂，不適合工廠里的初級工人，而且對于航空材料的加工，刀具角度及材料更是保密。為此，將刀具刃磨與數控技術相結合從而設計刀具幾何角度并且刃磨實驗系統并擴充數據庫，將非常適合國內發展，特別是新興的航空產業。

本實驗平臺采用模塊化設計，不同模塊之間的銜接有很高的操控度和自由度，同時意向性和目標性很強。

2 研究的意義

在當今的機械制造行業中，數控技術逐步取代傳統的制造手段，成為最主流的生產方式。特別是國家放開低空領域促進航空工業園區的建立，低空小型飛行器的設計和制造將激發制造業更上一個臺階，針對于航空飛行器的材料加工，盡管不是空白，但是只有少數企業掌握。所以開發刀具幾何角度刃磨和檢測的實驗平臺，可以根據低空飛行器材料來設計刀具角度，通過加工過程中的數據采集，來更好的完善刀具的角度及切削用量。而采集的數據則可以用來擴充數據庫。這對于以后的低空飛行器制造和維修有著重要的意義。同時通過研究刀具的角度也能促使刀具生產企業更好的調整企業的經營方向。

3 刀具刃磨和檢測實驗平臺的發展狀態

為了保證被加工的零件所要求的質量，大多數企業采用機械夾緊式的轉為刀具，縮短換刀時間。但是由于刀片角度固定，因此固定了切削參數。為了達到理想狀態，通常要反復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行加工的機床。

3.1 刀具刃磨是機械加工過程中對切削刀具進行修磨時必不可少

隨著機械制造業的極速發展，特別是數控加工技術、柔性化生產以及數字車間的越來越廣泛應用和普及，對于能在切削過程中保持足夠的穩定性要求越來越高，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。數控工具磨床特別是柔性的數控工具磨床，歐美等發達國家的金屬切削刀具刃磨器材進入了成熟階段，但我國由于剛剛接觸此類設備，目前仍然在爬坡期。

3.2 刀具幾何角度檢測技術的發展狀況

近些年來工業上常用的刀具角度測量方法大致可分為：機械式角度測量、電磁式角度測量和光學式角度測量。機械式和電磁式因為研究早，目前已經非常成熟，其最大的特點就是簡單、低成本，但是測量過程中延時較長，伴隨著場地環境的變化影響了測量的精度，而對于不能接觸的物品更是無能為力。

使用光學設備對角度進行檢測相較于傳統的檢測手段有更多的特點，例如不用接觸工件、檢測精度高等。光學設備的微型化，將會越來越多的代替傳統設備。

同樣光學測量法也因為其體積相對于機械式和電磁式設備龐大，同時在惡劣的環境下，當前的光學測量技術不能滿足測量的要求。所以目前仍然在做改進和研究。隨著對測量技術的要求越來越高，將來會設計出更便攜、構造簡單、抗干擾能力強、非接觸、高精度的角度測量儀。

4 研究內容

明確了目前刀具檢測和刃磨實驗平臺的嚴重匱乏，并對設計創新該實驗平臺的可行性及總體設計方案進行論證，確定了最終的系統方案和模塊結構。

對金屬切削刀具的幾何角度的刃磨和檢測進行了分析，通過對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方式和數控方式進行刃磨，提高效率，降低入門條件非常實用。

對刀具幾何角度的確定和空間的確定之后，首先明確了布局結構的可行性，然后按照設計的五大部分進行分別研究和方案的指定，最終將PC和數控伺服系統兩大模塊確定為系統的機械本體和控制本體的結構。

對刀具幾何角度刃磨和檢測的實驗系統進行了機械模塊的總體布局和研究，闡述了各個模塊的結構和細節，以及運行方法。從A軸的軸向移動平臺的布局運行，結構特點，主要作用。到C軸的軸向移動平臺的角度轉位，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。再到測量平臺的機構和Y軸的軸向移動平臺的移動設計。最后對砂輪機模塊的設計，退刀進刀的X軸設計及結構應用。

對該實驗平臺的電控系統進行了詳細的開發和鉆研。主要對信號收發模塊的原理、數控伺服電機的工作與控制、刀具角度測量平臺的角度檢測的工作原理、光電編碼器的選擇和參數以及砂輪機變頻轉速的方法與布線進行了詳細的闡述與論證。

刀具測量與刃磨實驗平臺的基本實驗項目的設計與開發及實現方式。由電能到機械能，由電機到加工平臺，由車刀的刃磨到車刀幾何角度的測量，循序漸進，由淺入深的將電腦上的用戶界面與數控指令有效的結合起來，實現該實驗平臺的特性和成效。

5 結束語

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，隨著數控技術及電機信息技術的發展，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據庫進行檢索，并通過數控技術進行刃磨及檢測刀具將會非常關鍵。因為這樣能降低操作的技術標準，同時提高加工速度，并且對刀具刃磨的精度有所提高。所以，開發并逐步創新刀具檢測與刃磨實驗平臺具有非常廣闊的前景。

參考文獻

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