CN120347311A - 一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备及方法，包括高精度数控机床、电火花脉冲电源模块以及机械磨削驱动模块；高精度数控机床包括机床主体、工作台及机床主轴，通过工作台对铣刀坯料进行夹持固定，机床主轴下端配备双向磨头，两侧磨头分别安装有紫铜砂轮和金刚石砂轮；电火花脉冲电源模块与双向磨头上的紫铜砂轮电连接；机械磨削驱动模块与双向磨头上的砂轮连接；该加工制造方法包括工件装夹定位、放电磨削粗加工、砂轮切换与精加工定位以及机械精加工。本发明通过有效结合放电加工和磨削加工的优势，提高铣刀的加工精度和生产效率，满足现代制造业对铣刀高质量、高精度的需求。

Description

一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备及方法

技术领域

本发明涉及刀具制造技术领域，具体为一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备及方法。

背景技术

在现代制造业蓬勃发展的当下，铣刀作为机械加工中极为关键的切削工具，其制造质量和生产效率直接影响着整个机械加工行业的发展水平。随着制造业不断向高端化、精密化方向迈进，对铣刀的精度、耐磨性和切削性能等方面提出了越来越高的要求。

目前，铣刀的制造方法众多，其中放电加工和磨削加工是较为常见的工艺。放电加工能够加工复杂形状和高硬度的材料，在铣刀制造中可用于初步成型和粗加工。磨削加工则能够获得较高的尺寸精度和良好的表面质量，常用于铣刀的精加工。然而，现有的铣刀制造技术存在明显不足。

一方面，单独使用放电加工时，虽然能快速去除大量材料，但加工精度难以保证，铣刀的表面质量也会有影响，影响铣刀的切削性能和使用寿命。例如，在加工高精度模具铣刀时，放电加工后的铣刀表面粗糙度和尺寸精度无法满足后续模具制造的要求，需要进行大量的后续处理，增加了生产成本和加工周期。

另一方面，若仅采用磨削加工，对于高硬度材料铣刀的加工效率极低，砂轮磨损严重。如在制造航空航天领域使用的特种铣刀时，传统磨削加工难以满足生产效率和加工精度的双重需求。

因此，研发一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备及方法，对推动机械加工行业的发展具有重要意义。

发明内容

为解决背景技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备及方法，结合放电与磨削加工优势，可提高铣刀加工精度与效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备，包括高精度数控机床、电火花脉冲电源模块以及机械磨削驱动模块；

所述高精度数控机床包括机床主体、工作台及机床主轴，所述工作台位于所述机床主体一侧上端，通过所述工作台对铣刀坯料进行夹持固定，所述工作台具备X、Y、Z三轴联动功能，所述机床主轴位于所述机床主体另一侧上端，所述机床主轴下端配备双向磨头，两侧磨头分别安装有紫铜砂轮和金刚石砂轮，且两侧砂轮安装在同一主轴上，通过磨头旋转即C轴旋转实现砂轮切换，且重复定位精度小于0.005mm；

所述电火花脉冲电源模块与双向磨头上的紫铜砂轮电连接，进而输出粗加工所需的高能量脉冲，其中电压、脉宽参数根据加工需求进行灵活调整设定，满足不同材质铣刀坯料的放电磨削粗加工要求；

所述机械磨削驱动模块与双向磨头上的砂轮连接，提供恒转速控制及微量进给功能，转速控制精度在±1r/min以内，进给精度达到±0.01mm，确保机械磨削精加工的精度和稳定性。

优选的，所述高精度数控机床设有绝对式光栅尺和高精度的伺服控制系统，通过绝对式光栅尺精确记录机床各轴的实时位置信息，分辨率达到0.001mm，确保位置反馈的准确性和唯一性；通过高精度的伺服控制系统根据光栅尺反馈的数据，对机床各轴及磨头的运动轨迹和位置进行实时精确控制，确保加工精度。

优选的，所述高精度数控机床的双向磨头采用高精度轴承和传动机构，保证磨头旋转的平稳性和定位精度；磨头旋转角度精度控制在±0.01°以内，确保砂轮切换后准确到达加工位置。

本发明还提供了一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备的加工制造方法，包括以下步骤：

步骤S1：工件装夹定位：将铣刀坯料稳固固定于加工机床的工作台上，确保定位精度满足加工要求；在机床主轴上的双向磨头上分别安装紫铜砂轮和金刚石砂轮，调整双向磨头位置，使紫铜砂轮与铣刀坯料处于初始加工位置；

步骤S2：放电磨削粗加工：启动电火花脉冲电源，采用紫铜砂轮对铣刀坯料进行放电磨削粗加工；

步骤S3：砂轮切换与精加工定位：放电磨削粗加工完成后，旋转双向磨头，使金刚石砂轮切换至工作位置，调整磨头位置，让金刚石砂轮与铣刀坯料到达精加工起始点；

步骤S4：机械精加工：采用金刚石砂轮对铣刀坯料进行机械磨削精加工，一次成型。

优选的，所述步骤S1装夹定位时，使用高精度装夹工装，确保铣刀坯料定位准确且稳固，定位精度范围控制在±0.01mm以内。

优选的，所述步骤S2中，根据铣刀坯料的材质和硬度，动态调整放电磨削粗加工的参数；设定粗加工参数以提升加工效率，包括较高的加工电压、较大的电流、较长的脉冲宽度及较大的进给深度，对于硬度较高的坯料，适当提高加工电压和电流，延长脉冲宽度；对于硬度较低的坯料，则相应降低这些参数，以优化加工效率和加工质量。

优选的，所述步骤S4中，根据铣刀的设计要求和粗加工后的表面状况；设定精加工参数以保障尺寸精度与表面质量，精加工参数主要包括控制金刚石砂轮的线速度、进给速度和磨削深度，对于精度要求高的部位，降低进给速度和磨削深度，提高线速度；对于一般精度要求的部位，通过调整参数以提高加工效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过铣刀放电磨削组合加工制造方法和装备能够有效结合放电加工和磨削加工的优势，提高铣刀的加工精度和生产效率，满足现代制造业对铣刀高质量、高精度的需求。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明的铣刀的放电磨削组合加工制造装备简图；

图2是本发明的铣刀的放电磨削组合加工制造方法流程图；

图3是本发明提供的紫铜砂轮与金刚石砂轮初步加工铣刀坯料直槽示意图，其中，a为紫铜砂轮与金刚石砂轮初步对刀示意图，b为紫铜砂轮放电粗加工示意图，c为转换砂轮示意图，d为金刚石砂轮精加工后示意图；

图中标号：1、工作台；2、铣刀坯料；3、紫铜砂轮；4、机床主轴；5、金刚石砂轮；6、电火花脉冲电源；7、机床主体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备，包括高精度数控机床、电火花脉冲电源6模块以及机械磨削驱动模块。

高精度数控机床包括机床主体7、工作台1及机床主轴4，所述工作台1位于所述机床主体7一侧上端，通过所述工作台1对铣刀坯料2进行夹持固定，所述工作台1具备X、Y、Z三轴联动功能，所述机床主轴4位于所述机床主体7另一侧上端，所述机床主轴4下端配备双向磨头，两侧磨头分别安装有紫铜砂轮3和金刚石砂轮5，且两侧砂轮安装在同一主轴上，通过磨头旋转即C轴旋转实现砂轮切换，且重复定位精度小于0.005mm；机床控制系统精确控制磨头的运动轨迹和位置，确保加工精度；其中，所述高精度数控机床设有绝对式光栅尺和高精度的伺服控制系统，通过绝对式光栅尺精确记录机床各轴的实时位置信息，分辨率达到0.001mm，确保位置反馈的准确性和唯一性；通过高精度的伺服控制系统根据光栅尺反馈的数据，对机床各轴的运动进行实时精确控制，其中，所述高精度数控机床的双向磨头采用高精度轴承和传动机构，保证磨头旋转的平稳性和定位精度；磨头旋转角度精度控制在±0.01°以内，确保砂轮切换后准确到达加工位置。

其中，电火花脉冲电源6模块与双向磨头上的紫铜砂轮3电连接，进而输出粗加工所需的高能量脉冲，其中电压、脉宽参数根据加工需求进行灵活调整，满足不同材质铣刀坯料2的放电磨削粗加工要求。

其中，机械磨削驱动模块与双向磨头上的砂轮连接，提供恒转速控制及微量进给功能，转速控制精度在±1r/min以内，进给精度达到±0.01mm，确保机械磨削精加工的精度和稳定性。

如图2所示，本发明还提供了一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备的加工制造方法，包括以下步骤：

步骤S1：工件装夹定位：将铣刀坯料2稳固固定于加工机床的工作台1上，确保定位精度满足加工要求；在机床主轴4上的双向磨头上分别安装紫铜砂轮3和金刚石砂轮5，调整双向磨头位置，使紫铜砂轮3与铣刀坯料2处于初始加工位置；在装夹定位时，使用高精度装夹工装，确保铣刀坯料2定位准确且稳固，定位精度范围控制在±0.01mm以内。

步骤S2：放电磨削粗加工：启动电火花脉冲电源6，采用紫铜砂轮3对铣刀坯料2进行放电磨削粗加工；其中，根据铣刀坯料2的材质和硬度，动态调整放电磨削粗加工的参数；设定粗加工参数以提升加工效率，包括较高的加工电压、较大的电流、较长的脉冲宽度及较大的进给深度，对于硬度较高的坯料，适当提高加工电压和电流，延长脉冲宽度；对于硬度较低的坯料，则相应降低这些参数，以优化加工效率和加工质量；建立分层次加工参数匹配策略包括：

当坯料硬度高于第一硬度阈值时，采用第一预设电压范围和第一预设电流值，匹配第一级脉冲宽度与第一进给深度参数；

当坯料硬度低于第二硬度阈值时，对应采用第二预设电压范围和第二预设电流值，配置第二级脉冲宽度与第二进给深度参数。

通过阶梯式参数匹配机制，在确保加工稳定性的前提下，实现材料去除率与加工表面质量的平衡优化。

步骤S3：砂轮切换与精加工定位：放电磨削粗加工完成后，旋转双向磨头，使金刚石砂轮5切换至工作位置，调整磨头位置，让金刚石砂轮5与铣刀坯料2到达精加工起始点。

步骤S4：机械精加工：采用金刚石砂轮5对铣刀坯料2进行机械磨削精加工，一次成型；其中，根据铣刀的设计要求和粗加工后的表面状况；设定精加工参数以保障尺寸精度与表面质量，精加工参数主要包括控制金刚石砂轮5的线速度、进给速度和磨削深度，对于精度要求高的部位，降低进给速度和磨削深度，提高线速度；对于一般精度要求的部位，则通过调高参数以提高加工效率。

本实施例以初步加工一个铣刀坯料直槽为例，具体加工过程如下：

首先是工件装夹定位(对应步骤S1)，如图3(a)所示，将铣刀坯料2稳固地固定于高精度数控机床的工作台1上，确保铣刀坯料2定位准确且稳固，定位精度控制在±0.01mm以内。在机床的双向磨头上分别安装紫铜砂轮3和金刚石砂轮5，通过机床控制系统调整双向磨头位置，使紫铜砂轮3和金刚石砂轮5都与铣刀坯料2进行对刀操作，确认好各自的初始位置，为后续加工做准备。

然后是放电磨削粗加工(对应步骤S2)，如图3(b)所示，启动电火花脉冲电源模块6，使其与双向磨头上的紫铜砂轮3连通，采用紫铜砂轮3对铣刀坯料2进行放电磨削粗加工。根据铣刀坯料2的材质和硬度，动态设定粗加工参数以提升加工效率，参数具体包括：随材料硬度增加而相应提升的加工电压设定值、与材料硬度成正相关的峰值电流密度参数、基于硬度特性扩展的脉冲持续时间参数以及适配硬度变化的递进式分层进给深度策略。当采用高硬度材料时：调高电压设定值、增大电流大小、延长每次放电的持续时间、加大刀具每次下切的深度；当采用低硬度材料时：适当降低上述参数值，既能提升加工效率，又能保证加工质量稳定。

在放电磨削粗加工过程中，通过电压与电流传感器实时监测放电状态并采集数据。一旦检测到异常放电或短路情况，则暂停加工，由机床控制系统调整砂轮位置后继续加工。

之后是砂轮切换与精加工定位(对应步骤S3)，如图3(c)所示，当放电磨削粗加工完成后，机床的双向磨头通过C轴旋转，使金刚石砂轮5切换至工作位置。随后，机床控制系统再次调整磨头位置，让金刚石砂轮5与铣刀坯料2到达精加工起始点，确保精加工的准确位置。

最后是机械精加工(对应步骤S4)，如图3(d)所示，采用金刚石砂轮5对铣刀坯料2进行机械磨削精加工，一次成型。根据铣刀的设计要求和粗加工后的表面状况，精确设定金刚石砂轮5的线速度、进给速度和磨削深度。对于精度要求高的部位，降低进给速度和磨削深度，提高线速度；对于一般精度要求的部位，则适当调整参数以提高加工效率。

在机械精加工过程中，实时监测金刚石砂轮5的磨削状态，确保加工的稳定性。当完成对铣刀坯料2的所有加工工序后，加工结束。

通过以上具体实施方式，本发明的铣刀放电磨削组合加工制造方法和装备能够有效结合放电加工和磨削加工的优势，提高铣刀的加工精度和生产效率，满足现代制造业对铣刀高质量、高精度的需求。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备，其特征在于：包括高精度数控机床、电火花脉冲电源模块以及机械磨削驱动模块；

所述高精度数控机床包括机床主体、工作台及机床主轴，所述工作台位于所述机床主体一侧上端，通过所述工作台对铣刀坯料进行夹持固定，所述工作台具备X、Y、Z三轴联动功能，所述机床主轴位于所述机床主体另一侧上端，所述机床主轴下端配备双向磨头，两侧磨头分别安装有紫铜砂轮和金刚石砂轮，且两侧砂轮安装在同一主轴上，通过磨头旋转即C轴旋转实现砂轮切换；

所述电火花脉冲电源模块与双向磨头上的紫铜砂轮电连接，进而输出粗加工所需的高能量脉冲，其中电压、脉宽参数根据加工需求条件进行设定，满足不同材质铣刀坯料的放电磨削粗加工要求；

所述机械磨削驱动模块与双向磨头上的砂轮连接，用于提供恒转速控制及微量进给功能。

2.根据权利要求1所述的一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备，其特征在于：所述高精度数控机床设有绝对式光栅尺和伺服控制系统，通过绝对式光栅尺精确记录机床各轴的实时位置信息；通过伺服控制系统根据光栅尺反馈的数据，对机床各轴及磨头的运动轨迹和位置进行实时精确控制。

3.根据权利要求1所述的一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备，其特征在于：所述高精度数控机床的双向磨头采用高精度轴承和传动机构，且磨头旋转角度精度控制在±0.01°以内，保证砂轮切换后到达加工位置。

4.基于权利要求1-3中任一项所述的一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备的加工制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：工件装夹定位：将铣刀坯料固定于工作台上；在机床主轴上的双向磨头上分别安装紫铜砂轮和金刚石砂轮，调整双向磨头位置，使紫铜砂轮与铣刀坯料处于初始加工位置；

步骤S2：放电磨削粗加工：启动电火花脉冲电源，采用紫铜砂轮对铣刀坯料进行放电磨削粗加工；

步骤S3：砂轮切换与精加工定位：放电磨削粗加工完成后，旋转双向磨头，使金刚石砂轮切换至工作位置，调整磨头位置，让金刚石砂轮与铣刀坯料到达精加工起始点；

步骤S4：机械精加工：采用金刚石砂轮对铣刀坯料进行机械磨削精加工，一次成型。

5.根据权利要求4所述的一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备，其特征在于：所述步骤S1装夹定位时，使用装夹工装，定位精度范围控制在±0.01mm以内。

6.根据权利要求4所述的一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备，其特征在于：所述步骤S2中，根据铣刀坯料的材质和硬度，动态调整放电磨削粗加工的参数；设定粗加工参数，包括加工电压、电流、脉冲宽度及进给深度。

7.根据权利要求4所述的一种铣刀的放电磨削组合加工制造装备，其特征在于：所述步骤S4中，根据铣刀的设计要求和粗加工后的表面状况；设定精加工参数，精加工参数主要包括控制金刚石砂轮的线速度、进给速度和磨削深度。