專利名稱：一種球頭立銑刀及其磨削加工四軸聯動設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種銑削工具及其加工設備，特別是一種用于數控機床加工的球頭立銑刀及 其磨削加工四軸聯動設備。
技術背景球頭立銑刀是數控機床加工復雜曲面的一種常用新型結構刀具，在模具制造、汽車制造 、航天航空、電子通訊產品制造等行業(yè)有著廣泛的應用。目前所見的整體式球頭立銑刀的前刀面一般采用四軸聯動以下簡單的磨削加工設備進行 磨削加工形成，其球刃為平面切削刃，球刃前刀面為負前角或部分負前角，且球刃(即球頭 部分切削刃)前刀面和周刃(即圓周部分切削刃，圓柱形球頭立銑刀的圓周部分為圓柱，圓 錐形球頭立銑刀的圓周部分為圓錐)前刀面不是光滑連接，該類前刀面球頭立銑刀在加工過 程中，易產生振動、切削不平穩(wěn)、排屑不暢等現象，用其加工的產品精度和質量較差，使用 場合受到限制。另一類磨削加工方法采用五軸聯動磨削加工機床進行刃磨。該類磨削加工機 床的五軸聯動采用兩個轉動軸和三個移動軸之間聯動，設備設計復雜，設備制造精度要求高 ，制造難度加大，造成設備價格高。購買該類設備的投資大，造成球頭立銑刀的生產和刃磨 成本高。發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種在加工過程中不易產生振動、切削過程平穩(wěn)、排 屑順暢的球頭立銑刀，同時提供一種結構較簡單，投資較小，價格適中，經濟性好的球頭立 銑刀的磨削加工四軸聯動設備。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下 一種球頭立銑刀。其構成包括球頭 部分和圓柱部分(或者圓錐部分)，在所述的球頭部分有通過球心的S形球刃、球刃前刀面 、球刃后刀面和球刃螺旋槽；在所述的圓柱部分(或者圓錐部分)有螺旋形周刃、周刃前刀 面、周刃后刀面和周刃螺旋槽；所述的S形球刃與螺旋形周刃連接，球刃前刀面與周刃前刀 面光滑連接，球刃后刀面與周刃后刀面連接，球刃螺旋槽與周刃螺旋槽連接；所述的球刃前 刀面的前角為較大正前角，從內到外呈小大小分布，即靠近頂部較小，中部較大，靠近圓周 部分較小。上述的球頭立銑刀中，在所述的球刃前刀面靠近刃口部分有一個很窄的刃帶，形成倒棱，該倒棱的寬度隨磨削參數的變化而變化，從內到外呈小大小分布，即靠近頂部較小，中部 較大，在靠近圓周部分較小。一種球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備。包括床身和安裝在床身上的水平縱向X軸直 線運動平臺、水平橫向Y軸直線運動平臺、垂直方向Z軸直線運動平臺、工件旋轉軸和前刀面 磨頭、后刀面磨頭，水平縱向X軸直線運動平臺與水平橫向Y軸直線運動平臺相互垂直；工件 旋轉軸安裝在水平縱向X軸直線運動平臺上，并可分別隨水平縱向X軸直線運動平臺和水平橫 向Y軸直線運動平臺沿X軸、Y軸方向移動；垂直方向Z軸直線運動平臺與水平縱向X軸直線運 動平臺和水平橫向Y軸直線運動平臺搭接或與前刀面磨頭和后刀面磨頭搭接。上述的球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備中，前刀面磨頭和后刀面磨頭相對安裝在機 床的兩側。前述的球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備中，前刀面磨頭和后刀面磨頭也可沿Z軸方 向保持一定間距依次重疊安裝。前述的球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備中，前刀面磨頭和后刀面磨頭也可相距串裝 在同一砂輪軸上，但在磨削前刀面和后刀面時，需調整分度，轉動一個安裝角。前述的球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備中，前刀面磨頭可繞垂直于水平面的軸線在 水平面內360度分度轉動。前述的球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備中，前刀面磨頭可繞垂直于X軸和垂直于Y軸 的軸線轉動。前述的球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備中，水平縱向X軸直線運動平臺、水平橫向 Y軸直線運動平臺、垂直方向Z軸直線運動平臺均采用滾珠絲桿傳動。與現有技術相比，本發(fā)明的球刃具有良好的S形，刃形幅度較大，有利于刀具切削過程 的平穩(wěn)；其球刃前刀面的前角均為較大正前角，從內到外呈小大小分布，即靠近頂部較小， 中部較大，在靠近圓周部分較小，而且在球刃前刀面靠近刃口部分有一個很窄的刃口帶，形 成倒棱，刃磨參數不同倒棱的寬度不同，從內到外寬度呈小大小分布，即靠近頂部較小，中 部較大，在靠近圓周部分較小，這樣使得用其加工的產品精度和質量較高，使用場合比較廣 。本發(fā)明的球頭部分槽底曲線和圓周槽底曲線在球頭與圓周交接附近光滑連接以實現球刃前 刀面與周刃前刀面能在球頭與圓柱(或圓錐)交接部分較好連接，有利于順利排屑，球頭部 分槽底曲線為回轉曲面變導程螺旋線，圓柱形球頭立銑刀圓柱部分槽底曲線為護軸線螺旋線 ，圓錐形球頭立銑刀圓錐部分槽底曲線為圓錐螺旋線。本發(fā)明的球頭立銑刀的磨削加工四軸 聯動設備采用X、 Y、 Z三個相互垂直的直線運動平臺和繞工件(球頭立銑刀)軸線轉動的旋轉軸，比五軸聯動加工中心減少了一根轉動軸，從而使機床結構更加簡單，運動部件間精度 易保證，有效的降低了設備成本。本發(fā)明的前刀面磨頭和后刀面磨頭可以實現一次裝夾工件 磨削加工出前后刀面，減少了磨削加工的調整誤差和安裝誤差，保證了球頭立銑刀的制造精 度，對球頭立銑刀生產單位和用戶具有重要的經濟意義。


圖1為本發(fā)明的球頭立銑刀的結構示意圖；圖2為本發(fā)明的球頭立銑刀的S形球刃的結構示意圖；圖3為本發(fā)明的球頭立銑刀的球頭部分端剖面的結構特征示意圖；圖4為本發(fā)明的球頭立銑刀的前刀面刃口帶的變化示意圖；圖5為本發(fā)明的圓柱形球頭立銑刀的球刃前刀面與周刃前刀面的連接示意圖；圖6為本發(fā)明的球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備的結構示意圖；圖7是圖6的左向側視圖。
具體實施方式
本發(fā)明的實施例l:如附圖1所示，球頭立銑刀的構成包括球頭部分和圓柱部分，在球頭 部分有通過球心的S形球刃1、球刃前刀面2、球刃后刀面3和球刃螺旋槽4;在圓柱部分有螺旋形周刃5、周刃前刀面6、周刃后刀面7和周刃螺旋槽8; S形球刃l(wèi)與螺旋形周刃5連接，球 刃前刀面2與周刃前刀面6光滑連接，球刃后刀面3與周刃后刀面7連接，球刃螺旋槽4與周刃 螺旋槽8連接，球刃前刀面2的前角為較大正前角，從內到外呈小大小分布，即靠近頂部較小 ，中部較大，靠近圓周部分較小；在球刃前刀面2靠近刃口部分有一個很窄的刃帶9，形成倒 棱(見附圖4)，該倒棱的寬度隨磨削參數的變化而變化，從內到外呈小大小分布，即靠近 頂部較小，中部較大，在靠近圓周部分較小。球頭部分槽底曲線和圓柱的圓周槽底曲線在球 頭與圓周交接附近光滑連接以實現球刃前刀面2與周刃前刀面6能在球頭與圓柱交接部分較好 連接(見附圖5)，有利于順利排屑，球頭部分槽底曲線為回轉曲面變導程螺旋線，圓柱形 球頭立銑刀圓柱部分槽底曲線為護軸線螺旋線。球頭立銑刀的后刀面和通常所見一樣，其按 照任一時刻切削刃(球刃、周刃)上的一點與砂輪的圓周面相切的原理磨削而成。本發(fā)明球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備如附圖6所示，其構成包括床身10和安裝在 床身10上的水平縱向X軸直線運動平臺11、水平橫向Y軸直線運動平臺12、垂直方向Z軸直線 運動平臺13、工件旋轉軸14、前刀面磨頭15和后刀面磨頭16。還包括液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系 統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、數控系統(tǒng)、砂輪修磨裝置和伺服運動控制系統(tǒng)等其他輔助裝置。床身10采用 咸陽機床廠生產的MYA6025型萬能工具磨床，伺服運動控制系統(tǒng)由安川(YASKAWA)的2—I1系列SGDM型伺服驅動器(型號為SGDM-08ADA 、 SGDM-15ADA)、伺服電機和PMAC運動控制卡 組成。Y軸直線運動平臺12與工具磨床工作臺的縱向移動方向平行，磨削過程中工具磨床的 縱向、橫向進給機構和砂輪升降機構鎖死。前刀面磨頭15用于加工前刀面，后刀面磨頭16用 于加工后刀面，前刀面磨頭15和后刀面磨頭16相對安裝在床身10的兩側，分別磨削加工出球 頭立銑刀前后刀面。前刀面磨頭15和后刀面磨頭16也可相距串裝在同一砂輪軸上，但在磨削 前刀面和后刀面時，需調整分度，轉動一個安裝角。前刀面磨頭15可繞垂直于水平面的軸線 在水平面內360度分度轉動^ ，以調整砂輪軸與工件軸的夾角。也可繞垂直于X軸和垂直于Y 軸的軸線轉動^，以調整砂輪的姿態(tài)(通常^J')。后刀面磨頭16的砂輪軸與水平縱向X 軸直線運動平臺ll的軸線垂直。水平縱向X軸直線運動平臺11與水平橫向Y軸直線運動平臺12 相互垂直；工件旋轉軸14安裝在水平縱向X軸直線運動平臺11上，可隨水平縱向X軸直線運動 平臺11沿X軸方向移動和隨水平橫向Y軸直線運動平臺12沿Y軸方向移動；垂直方向Z軸直線運 動平臺13與水平縱向X軸直線運動平臺11和水平橫向Y軸直線運動平臺12搭接，以實現工件( 球頭立銑刀)之間在垂直方向的相對運動。水平縱向X軸直線運動平臺ll、水平橫向Y軸直線 運動平臺12、垂直方向Z軸直線運動平臺13均采用滾珠絲桿傳動。本發(fā)明的實施例2:包括球頭部分和圓錐部分，在球頭部分有通過球心的S形球刃1、球 刃前刀面2、球刃后刀面3和球刃螺旋槽4;在圓錐部分有螺旋形周刃5、周刃前刀面6、周刃 后刀面7和周刃螺旋槽8; S形球刃l(wèi)與螺旋形周刃5連接，球刃前刀面2與周刃前刀面6光滑連 接，球刃后刀面3與周刃后刀面7連接，球刃螺旋槽4與周刃螺旋槽8連接，球刃前刀面2的前 角為正前角，從內到外呈小大小分布，即靠近頂部較小，中部較大，靠近圓周部分較??；在 球刃前刀面2靠近刃口部分有一個很窄的刃帶9，形成倒棱，該倒棱的寬度隨磨削參數的變化 而變化，從內到外呈小大小分布，即靠近頂部較小，中部較大，在靠近圓周部分較小。球頭 部分槽底曲線和圓錐的圓周槽底曲線在球頭與圓周交接附近光滑連接以實現球刃前刀面2與 周刃前刀面6能在球頭與圓錐交接部分較好連接，有利于順利排屑，球頭部分槽底曲線為回 轉曲面變導程螺旋線，圓錐形球頭立銑刀圓錐部分槽底曲線為圓錐螺旋線。球頭立銑刀的后 刀面和通常所見一樣，其按照任一時刻切削刃(球刃、周刃)上的一點與砂輪的圓周面相切 的原理磨削而成。本發(fā)明球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備的構成包括床身10和安裝在床身10上的水平 縱向X軸直線運動平臺ll、水平橫向Y軸直線運動平臺12、垂直方向Z軸直線運動平臺13、工 件旋轉軸14、前刀面磨頭15和后刀面磨頭16。還包括液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、 數控系統(tǒng)、砂輪修磨裝置和伺服運動控制系統(tǒng)等其他輔助裝置。床身10采用咸陽機床廠生產的MYA6025型萬能工具磨床，伺服運動控制系統(tǒng)由安川(YASKAWA)的2—II系列SGDM型伺服 驅動器(型號為SGDM-08ADA 、 SGDM-15ADA)、伺服電機和PMAC運動控制卡組成。Y軸直線運 動平臺12與工具磨床工作臺的縱向移動方向平行，磨削過程中工具磨床的縱向、橫向進給機 構和砂輪升降機構鎖死。前刀面磨頭15用于加工前刀面，后刀面磨頭16用于加工后刀面，前 刀面磨頭15和后刀面磨頭16沿Z軸方向重疊安裝，但在Z軸方向上保持必要的間距，以保證球 頭立銑刀磨削加工中合理的空間位置。前刀面磨頭15可繞垂直于水平面的軸線在水平面內 360度分度轉動^，以調整砂輪軸與工件軸的夾角。也可繞垂直于X軸和垂直于Y軸的軸線轉 動^，以調整砂輪的姿態(tài)(通常^J')。后刀面磨頭16的砂輪軸與水平縱向X軸直線運動 平臺ll的軸線垂直。水平縱向X軸直線運動平臺11與水平橫向Y軸直線運動平臺12相互垂直； 工件旋轉軸14安裝在水平縱向X軸直線運動平臺11上，可隨水平縱向X軸直線運動平臺11沿X 軸方向移動和隨水平橫向Y軸直線運動平臺12沿Y軸方向移動；垂直方向Z軸直線運動平臺13 與前刀面磨頭15和后刀面磨頭16搭接。
權利要求
1. 一種球頭立銑刀，其構成包括球頭部分和圓柱/圓錐部分，其特征在于在所述的球頭部分有通過球心的S形球刃(1)、球刃前刀面(2)、球刃后刀面(3)和球刃螺旋槽(4)；在所述的圓柱/圓錐部分有螺旋形周刃(5)、周刃前刀面(6)、周刃后刀面(7)和周刃螺旋槽(8)；所述的S形球刃(1)與螺旋形周刃(5)連接，球刃前刀面(2)與周刃前刀面(6)光滑連接，球刃后刀面(3)與周刃后刀面(7)連接，球刃螺旋槽(4)與周刃螺旋槽(8)連接；所述的球刃前刀面(2)的前角為較大正前角，從內到外呈小大小分布，即靠近頂部較小，中部較大，靠近圓周部分較小。
2、根據權利要求l所述的球頭立銑刀，其特征在于在所述的球刃前 刀面(2)靠近刃口部分有一個很窄的刃帶(9)，形成倒棱，該倒棱的寬度隨磨削參數的變 化而變化，從內到外呈小大小分布，即靠近頂部較小，中部較大，在靠近圓周部分較小。
3、一種球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備，包括床身(10)和安 裝在床身(10)上的水平縱向X軸直線運動平臺(11)、水平橫向Y軸直線運動平臺(12)、 垂直方向Z軸直線運動平臺(13)、工件旋轉軸(14)和前刀面磨頭(15)、后刀面磨頭( 16)，其特征在于水平縱向X軸直線運動平臺(11)與水平橫向Y軸直線運動平臺(12)相 互垂直；工件旋轉軸(14)安裝在水平縱向X軸直線運動平臺(11)上，并可分別隨水平縱 向X軸直線運動平臺(11)和水平橫向Y軸直線運動平臺(12)沿X軸、Y軸方向移動；垂直方 向Z軸直線運動平臺(13)與水平縱向X軸直線運動平臺(11)和水平橫向Y軸直線運動平臺 (12)搭接或與前刀面磨頭(15)和后刀面磨頭(16)搭接。
4、根據權利要求3所述的球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備，其特 征在于前刀面磨頭(15)和后刀面磨頭(16)相對安裝在床身(10)兩側。
5、根據權利要求3所述的球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備，其特 征在于前刀面磨頭(15)和后刀面磨頭(16)沿Z軸方向保持一定間距依次重疊安裝。
6、根據權利要求3所述的球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備，其特 征在于前刀面磨頭(15)和后刀面磨頭(16)相距串裝在同一砂輪軸上。
7. 根據權利要求3所述的球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備，其特 征在于前刀面磨頭(15)可繞垂直于水平面的軸線在水平面內360度分度轉動。
8. 根據權利要求3或6所述的球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備， 其特征在于前刀面磨頭(15)可繞垂直于X軸和垂直于Y軸的軸線轉動。
9. 根據權利要求3所述的球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備，其特 征在于水平縱向X軸直線運動平臺(11)、水平橫向Y軸直線運動平臺(12)、垂直方向Z 軸直線運動平臺(13)均采用滾珠絲桿傳動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種球頭立銑刀及其磨削加工四軸聯動設備，該球頭立銑刀的S形球刃(1)與螺旋形周刃(5)連接，球刃前刀面(2)與周刃前刀面(6)光滑連接，球刃后刀面(3)與周刃后刀面(7)連接，球刃螺旋槽(4)與周刃螺旋槽(8)連接；球刃前刀面(2)的前角為較大正前角，從內到外呈小大小分布；球頭立銑刀的磨削加工四軸聯動設備包括床身(10)和安裝在床身(10)上的水平縱向X軸直線運動平臺(11)、水平橫向Y軸直線運動平臺(12)、垂直方向Z軸直線運動平臺(13)、工件旋轉軸(14)和前刀面磨頭(15)、后刀面磨頭(16)。本發(fā)明具有切削平穩(wěn)、排屑順暢、結構簡單、成本低、價格適中，經濟性好等特點。
文檔編號B24B3/06GK101239406SQ20081030051
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月11日 優(yōu)先權日2008年3月11日
發(fā)明者彪 何, 林 何, 管琪明, 蔡家斌, 趙先鋒, 勤 黃 申請人:貴州大學