专利名称：切削刀片刃磨的方法
技术领域：
本发明涉及切削刀片，例如被用于加工齿轮等的切削刀片的刃磨。
发明技术背景具有被刃磨表面的切削刀片的刀盘在生产齿轮，尤其是螺旋伞齿轮和摆线齿轮等的加工中已使用许多年。
铲齿刃磨表面型表面铣削刀盘包括多个从刀盘头一侧沿轴向方向延伸的切削刀片，切削刀片通常绕刀盘头排列并等距离分开。刀盘头本身适合于固定在由机床传动的旋转刀盘主轴上。每一个切削刀片包括一个前面和一个由前面与切削刀片顶面和侧面相交形成的切削刃。间隙刃也出现在前面上，通过一特殊倾角使间隙刃从切削刃上消除。
通常可松开地固定于切削刀盘头上的切削刀片可以是那种对工作齿轮轮齿凹面侧进行切削的所谓外刀片，或者是那种可以对工作齿轮轮齿凸面侧进行切削的所谓内刀片。怀特莫尔(Whitmore)的美国专利3,192,604揭示了一些有外侧刀片的表面铣削刀盘及有内侧刀片的表面铣削刀盘的例子。此外，切削刀片和刀盘头可以是由如高速钢这样的固体材料制成的单独结构。
布莱克斯赖依(Blakesleg)等人的美国专利3,268,980揭示了另一种形式的表面铣削刀盘，在这种铣削刀盘中粗加工刀盘和精加工刀盘的内、外侧刀片围绕着刀盘头交替地布置。由于内、外侧每一对刀片形成相邻轮齿的相对侧，这种型式的刀盘便加工出在工作齿轮相邻轮齿间整个齿槽。
当使用任何刀盘时，铲齿型表面铣削刀盘的连续使用会使刀片变钝，因而刀片必须定期刃磨。因此就必须通过从每一刀片的前面去掉一定数量的材料从而去掉已磨损的切削刃并在新形成的刀片前面和顶面以及侧面相交处上形成新刃磨的刀刃。用在铲齿形表面铣削刀盘内的切削刀片的侧面和端面是螺旋状的。当为刃磨目的而去除前面表面时，新的前面轮廓的形状和相对刀盘轴线的径向位置与先前轮廓形状相同；但是，新的前面轮廓朝刀盘背面轴向移置。然而就安装在一刀盘头上的一组刀片而言，它们必须全部等距离间分开并且修磨平面必须全部具有相等的间距。
台帕雷兹(Deprez)的美国专利3,136,093揭示了一种刃磨铲齿形切削刀片的方法，在这种方法中磨轮从一侧到另一侧横跨切削刀片切削面的宽度。
卡尔生(Carlsen)等人的美国专利2,828,583揭示了另一种众所周知的用于被刃磨表面的切削刀片的刃磨方法，在这种刃磨方法中磨轮横向摆动通过切削刀片的切削面，通过每个磨削行程遵循与前行程不同的路程。所述的这种方法的目的是要减少或消除切削刃的毛剌。
又一种众所周知的用于表面被刃磨的切削刀片的刃磨方法包括从切削刀片的顶部到刀片表面的底部沿着刀片表面的高以直线方式进给磨轮。以一种相反的方式，可以使磨轮在刀片表面的底部切入切削刀片的表面，然后沿着表面的高度方向横切至刀片的顶部。
上述这些方法中，在刃磨后切削刃上普遍存在着毛剌。这些毛剌通常都紧紧地粘附在切削刃上。甚至在去毛剌操作后(通常包括用一软钢或黄铜棒轻轻地磨擦切削刃口)，残余的毛剌仍保留着。可以肯定，由于由磨削操作产生的过多热量聚集而广泛地在切削刃上发生的熔焊作用会产生紧紧粘附的毛剌。
本发明的目的是提供一种用于刃磨表面被刃磨切削刀片的方法，以这种方法可使任何在切削刃上形成的毛剌减少，而使存在的那些毛剌松散地粘附于切削刃并且通过随后的去毛剌操作工序容易地予以去除。
发明概述本发明是指一种刃磨这样形式的表面被刃磨切削刀片的方法，这种型式的刀片有一切削面、两侧面和具有一切削刃的顶面，切削刃是由所述切削面与侧面之一相交而形成。
方法包括以一种使磨轮沿着一磨削路程横跨切削面的方式使一旋转着的磨轮与切削刀片啮合，其中至少一部分的磨削路程是由一通常向切削刃、相对磨轮的旋转轴线的进刀矢量所形成。进刀矢量由一位于刃磨平面上并基本上垂直于切削面的顶部延伸的第一轴线和一在刃磨平面上的第二轴线这二个分量组成，第二轴线基本上垂直于第一轴线。最好进刀矢量的方向垂直于切削刃。
本发明的刃磨方法导致在切削刃上形成较小的毛剌，以致所形成的毛剌比在已有技术的刃磨工序之后所存在的毛剌更容易地去除。
附图简要说明
图1说明一种表面被刃磨的切削刀片；图2为一种用于实现本发明方法的机器的示意图；图3a和3b为用在本发明刃磨方法中的盘形磨轮；图4表示已知的已有技术的刃磨方法；图5说明本发明创造性的进刀矢量T；图6说明本发明的一个较佳实例，它说明方向垂直于切削刃的进刀矢量T。
较佳实施例的详细说明下面将参照附图来讨论本发明。
一种表面被刃磨的切削刀片见图1，图1说明一种外侧切削刀片，它包括位于前面或刃磨面12与切削侧面(未图示)的交界处的切削刃10。刀削刃10从前面12的底部14向顶刃18延伸。每个刀片还包括一不切削刃或间隙刃16、一间隙侧面20及一背面22。
切削刀片的柄部通常呈T字形，它包括支座24和25及一杆26构成的臂。支座24和25分别包括表面27和29，它们在切削刀片嵌入在刀盘头内的槽中时靠在刀盘头的前面。每个刀片通过以一定角度穿过刀杆26的开孔28伸入并与刀盘头螺纹结合的一个螺钉固定在刀盘头上。
一种用于实现本发明方法的刃磨机或磨床的示意图见图2。一种用于实现本发明方法的较理想的机器是一种具有计算机数字控制(CMC)的机床，下面对其一个例子予以说明。这类机床在技术上是大家熟悉的，并且很容易获得。
这种机床包括一个底座30，一刀具拖板32通过滑块或导轨(未图示)安装在该底座上。刀具拖板32可在Y方向(Y轴线)上沿着机床底座30在滑座上移动。设在拖板32上的是一刀具立柱34，刀具滑座36通过导轨或滑座(未图示)安装在立柱上，用于在与刀具拖板32的Y轴运动方向垂直的Z方向(Z轴线)运动。一床头38固定在刀具滑座36上，而一种合适存放的可退出的工具，例如一磨轮40安装在床头38上用于转动。磨轮40可绕着轴线B旋转并由一个电动机50通过合适的减速皮带52作用而被驱动。
通过滑块或导轨(未图示)安装在机座30上的还有可在垂直于X轴线和Z轴线两个运动的X方向(X轴线)沿机座30运动的第一工件拖板60。第二工件拖板62可枢转地安装在第一工件拖板60上并可绕轴线C枢转。固定在第二工件拖板62上的是工件立柱64，一主轴(未图示)通过轴颈支承在工作立柱上以便围绕轴线A转动并由一电动机驱动(未图法)。一刀盘70可松卸地安装在主轴上以使绕A轴线旋转。
磨削刀具40与刀盘70各沿着相互垂直的X、Y和Z轴线的相对运动是由相应驱动电动机通过减速机构和重复循环的滚珠丝杆驱动装置(未图示)传动的。第二工件拖板62绕C轴线转动是由驱动电动机(未图示)通过与可转动的工件拖板62所带的与蜗轮相啮合的一根蜗杆起作用而传动的。各个驱动电动机，除磨削刀具的驱动电动机50外，与作为CNC(数控)系统一部分的任一种线性或旋转式的编码器相联结，CNC系统根据输入计算机的输入指令控制着驱动电动机的操作。编码器将与各可移动的机床轴的实际位置有关的反馈信息提供给计算机。用于控制多根机床轴沿规定路程运动的CNC系统现在是常用的。这种最新技术水平的系统被结合进本发明中以控制选定轴沿选定路程的运动，以便按本发明的方法将铲齿型表面铣削刀盘刃磨刀片。
图3a说明适用于按本发明方法刃磨被刃磨表面切削刀片的通常为盘形磨轮40的剖视图。磨轮40有旋转轴线41，钢体42和设在磨轮的周边和部分表面上的由粘结材料，例如树脂粘结的立方氮化硼(CBN)制成的边缘磨片44。
图3b表示边缘磨片44经放大的剖视图，从中可以看到边缘磨片44部分是以与轴线41垂直的直线约成6°的倾角R设置在砂轮的表面上。虽然根据刃磨加工的特点，例如，机器零部件的间隙公差或切削刀片的尺寸可以使用任何直径的磨轮，但磨轮40的直径一般约为12英寸(305毫米)。
图4说明具有切削刃10、顶18、底14和间隙刃16的切削刀片的切削面12。切削面12位于一刃磨的平面内，而在此例中刃磨的平面是纸的平面。只是为了讨论和参考的目的，切削刀片被显示在纸的上边的一个直立位置内，Y向和Z向相互垂直并已被指定表示相对于切削刀片的方向。Y轴线在刃磨平面内基本上垂直于切削面12的顶部18。也为了参考的目的，切削刀片的高度是指顶至底的尺寸，而切削刀片的宽度是指切削刃至间隙刃的尺寸。要理解本发明不受具体图示说明的切削刀片位置或方向的名称的限制。
在前面讨论的已有技术的刃磨方法中，一种方法是使磨轮从顶部18开始沿朝底部14的高度前进或将磨轮插入底部14附近并在向顶部18的方向横越刀片的高度以沿Y轴线横越过切削刀片的表面12。在任一个例子中，磨轮的进给都在Y方向上。
在上面讨论的美国专利号2,828,583和3,136,093中，当磨轮横越切削刀片表面12的宽度时刃磨过程是沿Z轴线进行。
这两种方法都导致在切削刃10上形成毛剌，而这些毛剌基本上都熔焊到切削刃上。具有这样一种粘合力的毛剌要去除很困难，即使在去除毛剌工序之后，毛剌残余仍留在切削刃10上。由于校准设备要测量从刀盘轴线至刀片切削刃的距离，毛剌残余将影响校准设备在刃磨之后使用于径向地对准安装在刀盘头上的切削刀片。由于毛剌的存在，切削刃的实际位置不能被精确地测定，因此刀盘不能被精确地校准。
可以确信，特别是在使用油基润滑剂和冷却剂的情形时，无论沿着Y还是Z轴线刃磨都会产生大量的聚集在切削刀片切削刃上的热量。当磨轮沿着Z轴线横向进给切削面时，首先是在底部14附近的切削面12的较宽部分上发生接触并产生向上朝顶部18流动的热量，这便使热量集中在切削刀片包括切削刃10的较窄的上部。将磨轮插入底部14附近的切削面12，然后横越顶部18的面，由于更多的热量被引向切削刀片的顶部而具有甚至更为显著的形成毛剌的效应。
当磨轮在从顶部18向底部14方向横越过切削面时，由于切削刀片下部尺寸较宽，所产生的热量便移入一较大的热量减弱。然而，当磨轮从顶部18朝切削面的底部14移动时，仍有令人不可忽视的热量聚集在切削刃10上。
油基润滑剂和冷却剂一般不如水基物质那样快地吸收和传输热量，因而当使用这种油基润滑剂和冷却剂时，不可忽视的熔焊作用特别明显。
图5说明本发明的刃磨过程。发明人发现通过使磨轮沿含Y和Z两轴线分量的一个路程横向切削刀片的切削面12进给，可使刃磨后留剩的任何毛剌尺寸减小到最低限度并且这些留剩毛剌通过去毛剌操作可容易地基本上全部被去除掉。
具体说，至少是磨轮进给路程的一部分，较理想是其全部，以一个相对磨轮的轴线，一般对着切削刀片的切削刃10的进给矢量T所组成。矢量T由Y和Z轴线两个分量组成。因此，进给矢量T可被看作是位于轴线Y和Z之间。较理想是，进给矢量T的方向是基本垂直于切削刃10。
图6说明了本发明的一个较佳实例，其中进给矢量T的方向垂直于切削刃10。磨轮沿由基本垂直于切削刃10方向的进给矢量T确定的一个路程从一初始接触位置W1到最终位置WF进给。当然，应予理解的是进给矢量T在未改变其方向的情况下可以定位在刃磨平面的任何位置上。这样的位置变化可能是由于，例如磨轮直径或所需要的与刀片的初始接触位置。最好，如图6中标号75所示，磨轮的位置要是这样，即磨轮与切削面12的初始接触发生在切削刃10与顶部18的结合处并且磨轮是沿由进给矢量T所确定的路程横向切削刀片的切削面12进给。
本发明方法最好通过将安装有一个或多个表面经刃磨的切削刀片的刀盘安装到如图2所示的一台CNC刃磨机床的工作主轴上实现。然后响应于输进机器的被供给的参数对初始建立的位置计算并且使计算机控制的轴线向建立的位置移动以使磨轮和切削刀片彼此相对地初始定位。然后响应于被输入机器的工作参数计算工作位置并使机器轴线向这些工作位置移动以使磨轮沿一磨削路程横越切削刀片的切削面，磨削路程至少一部分由具有Y和Z分量(图5和6)的进刀矢量T组成。计算工作位置的步骤和使计算机控制的轴线向这些位置移动重复进行多次。重复的次数与完成刃磨加工所需的次数同样多。然后可使刀盘调向一未被刃磨的切削刀片并重复进行加工。
用油基冷却剂采用这种方法刃磨的切削刀片沿基本垂直于切削刃10的进给矢量T，在其刃磨后存在于切削刃上的毛剌高度为0.000875英寸(0.022225毫米)。在去除毛剌包括一软钢棒沿切削刃10摩擦的操作之后，就不剩留可测量到的毛剌。
对比已有技术用油基冷却剂加工包括使磨轮进给到底部14的切削刀片表面内，并沿切削面12至顶部18的高度(Y轴线进给)横越通过的过程，以此刃磨的一刀片在刃磨后的切削刃上要产生0.0012英寸(0.03048毫米)高的毛剌。在去毛剌步骤后，如上所述，仅保留0.000175英寸(0.004445毫米)的毛剌。
本发明使切削刃保持较冷以致使熔焊到切削刃上的毛剌大大减少或被消除。由于多种原因对此可以是确信的。第一个理由是在刃磨加工的较早部分上在磨轮与切削面之间的接触面积小，因而产生较少热量。接触面积固定在完全接触阶段，并由此产生最多的热量，这种情况仅存在于当磨轮位于WF位置时即刃磨周期的结束时。
对于由本发明实现的好处的另一个理由是矢量方法在一般与切削刃10相垂直的方向上可有效地驱散热量。此外，转一角度的进给路程与转一角度的切削刃10相配合可产生毛剌断裂作用，从而在一些毛剌一旦形成时即将它们去除掉。
本发明可以使光滑的切削刃在刃磨后，最多只要简单的去毛剌操作，从而可以取消成本高而又费时的刃磨后的一系列精磨。本发明的刃磨方法可使刀盘根据刀片的实际切削刃校准并且由于刀盘改善的加工(run-out)特性而可以获得较好的零件。
虽然本发明已通过显示用于左边刀盘的外侧刀片(或用于右边刀盘的内侧刀片)予以说明，但本发明的方法等同地可适用于具有图中所示刀片相对侧切削刃的那些刀片，即用于左边刀盘的内侧刀片和用于右边刀盘的外侧刀片。进给矢量T指向切削刃，不管切削刃的位置，而由Y和Z两轴线的分量所组成。本发明还包括沿着指向切削刃，最好一般与其相垂直的进给矢量T进给磨轮，而初始接触是在切削刀片的间隙刃侧面上并且磨轮的运动是向切削刃。
尽管已参照较佳实例对本发明予以说明，但应理解本发明并不限于它们的具体细节。本发明旨在包括对于熟悉本技术的人来说是显而易见的、其技术主题都在所附权利要求的精神和范围内的一些修改。
权利要求
1.一种刃磨表面被刃磨的切削刀片的方法，所述切削刀片有一切削面、两侧表面和一顶面，切削刃由所述切削面与所述侧表面之一相交形成，而间隙刃由所述切削面与另一个所述侧表面相交形成；所述方法包括提供一磨轮，所述磨轮具有一旋转轴线；提供一切削刀片，刀片有一切削面，所述切削面形成一刃磨平面；使所述磨轮转动；以一种据以使磨轮沿一磨削路程横越过所述切削面的方式使旋转磨轮与所述切削刀片相啮合；其特征在于，至少所述磨削路程的一部分是由相对于所述旋转轴线、通常指向所述切削刃的一进给矢量确定，所述进给矢量包括分量(1)位于所述刃磨平面内并基本与所述切削面的顶部相垂直地延伸的第一轴线和(2)位于所述刃磨平面内的第二轴线，所述第二轴线与所述第一轴线基本相垂直。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的进给矢量基本上垂直于所述切削刃。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨轮首先与在所述切削刃和所述顶部相交处附近的切削面相接触。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨轮是一个基本呈杯形的磨轮。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的刃磨加工是用一种油基冷却剂完成的。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，整个磨削路程是由所述进给矢量确定的。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磨轮首先与在所述间隙刃上的所述切削面相接触。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的进给矢量一般大致垂直地指向所述的切削刃。
9.一种刃磨表面被刃磨切削刀片的方法，所述切削刀片具有一切削面、两侧表面和一顶面，，切削刃由所述切削面与所述侧表面之一相交形成，而间隙刃由所述切削面与另一个侧表面相交形成；所述方法包括提供一磨轮，所述磨轮具有一旋转轴线；提供一切削刀片，所述刀片具有一切削面，所述切削面形成一刃磨平面；使所述磨轮旋转；以一种据以使磨轮沿一磨削路程横越过所述切削面的方式使旋转磨轮与所述切削刀片相啮合；其特征在于，至少所述磨削路程的一部分是由相对于所述旋转轴线、基本垂直地指向所述切削刃的一进给矢量确定，所述进给矢量包括分量(1)位于所述刃磨平面内并基本与所述切削面的顶部相垂直地延伸的第一轴线和(2)位于所述刃磨平面内的第二轴线，所述第二轴线与所述第一轴线基本相垂直。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述磨轮首先与在所述切削刃和所述顶部相交处附近的切削刀片相接触。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，整个磨削路程是由所述进给矢量确定的。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述磨轮首先与在所述间隙刃上的切削面相接触。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述进给矢量一般大致垂直于所述切削刃。
14.一种用一台计算机控制的机床刃磨表面被刃磨切削刀片的方法，机床具有多根用于彼此相对地定位并可操作地啮合刀具和工件的计算机控制轴线，所述刀具由一磨轮组成，而所述工作由至少安装有一把切削刀片的一刀盘组成，所述各刀片具有一形成刃磨平面的切削面、两侧表面和一顶面，切削刃由所述切削面与所述侧表面之一相交而形成，所述间隙刃是由所述切削面与另一个侧表面相交形成，所述的方法包括响应于输入所述机床的确定参数计算初始固定位置；使所述计算机控制轴线向所述固定位置移动至初步使磨轮和刀片彼此相对地定位；响应于输入机床的操作参数计算工作位置；使所述机床轴线移向所述工作位置以使所述磨轮沿一磨削路程横越过所述切削面，所述磨削路程的至少一部分包括由下列分量组成的一个进给矢量(1)位于所述刃磨平面内并基本上与所述切削面的顶部相垂直地延伸的第一轴线，(2)位于所述刃磨平面内的第二轴线，所述第二轴线基本上垂直于所述第一轴线；重复计算工作位置的步骤和使计算机控制轴线移向操作位置以便完成刃磨加工。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，它进一步包括使刀盘向未刃磨的切削刀片并重复刃磨的方法。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的进给矢量基本垂直于所述切削刃。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述磨轮首先与在所述切削刃与所述顶部相交处附近的切削刀片相接触。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，整个磨削路程是由所述进给矢量确定。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的磨轮首先与在所述间隙刃的所述切削面相接触。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述的进给矢量一般大致垂直于所述的切削刃。
全文摘要
一种刃磨表面被刃磨的用于齿轮或类似齿轮的切削刀片的方法，包括以一以使磨轮(40)沿一磨削路程对其旋转轴线(41)横向进刀通过切削表面(12)的方式，使旋转磨轮与切削刀片相啮合，其中磨削路程至少一部分是由一般指向切削刃(10)的一个进给矢量(T)所确定的。所述的进给矢量(T)由下面的分量组成位于刃磨平面内并基本上与切削面(12)的顶部(18)相垂直地延伸的第一轴线(Y)和位于刃磨平面内的第二轴线(Z)，所述第二轴线基本上垂直于第一轴线(Y)。所述进给矢量最好垂直对准切削刃(10)。
文档编号B24B3/00GK1126453SQ9419259
公开日1996年7月10日 申请日期1994年6月10日 优先权日1993年6月30日
发明者乔治·蒙哥马利·斯威特 申请人:格里森工场