专利名称：金属短纤维的加工设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种经过改进的可将生产金属短纤维的设备，尤其涉及一种能够微量进给振动切削加工金属短纤维的机床。
背景技术：
金属纤维是七十年代后期出现于国外工业发达国家的高附加值产品。它具有高的弹性、耐磨性、导电性、以及好的烧结性，是一种用于制造复合材料，具有多种用途的新型工程材料，可应用于无石棉半金属摩擦片、导电塑料、复合陶瓷、橡胶等。常用加工金属短纤维的材料有铁铬铝、铸铁、铜及不锈钢等，所述的金属短纤维难加工。金属短纤维良好的导电导热性能其可用于防静电、磁辐射及屏蔽等领域，铁铬铝短纤维的耐高温性能又可以作为原材料通过无纺成网状结构而后烧结的纤维毡、在燃烧工业其用来调节控制火焰温度，均匀度和助气燃烧的载体；以及用于石油化工领域的过滤载体、纤维的质量直接影响烧结毡的性能，其质量包括直径、长度、均匀度、横截面大小、形状和表面形貌，纤维的质量又取决于加工过程的各设备工艺参数。
目前金属纤维的制造生产方法主要有融丝法、拉伸法、切削法三钟。现有技术生产金属短纤维的设备及工艺集束或单丝拉伸后剪断，熔融旋出等，其设备结构复杂，投资成本高，而且有影响环保的工业排出物。切削制造法因成本低廉，设备简单而近年来备受关注。
早在90年代初，国内一些科研机构和几所高校采用高频切削的方法生产出一些金属短纤维，但只是侧重于切削理论的研究，而且仅能生产很少量的样品，无法实现批量的稳定生产，其多采用前面单刀进给切削，每隔20分钟左右就需更换刀具位置；效率低下，每小时不超过0.5kg左右。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本实用新型的目的是提供一种金属短纤维的加工设备，设备生产的铁铬铝金属短纤维质量稳定，效果佳；能源消耗低；设备投资少，占地面积少；无工业三废，制造成本仅为集束拉伸后剪断的50％，具有极强的市场竞争力。
本实用新型的目的是这样实现的一种金属短纤维的加工设备，所述设备为一种可加工金属短纤维的机床，所述机床包括有控制装置、机床架、机床主轴、主轴的驱动和传动装置、固定工件的卡盘和顶针、机床侧挂轮箱、传动长丝杆，所述机床还包括有挂轮减速系统、进给系统和切削系统；所述机床架包括有操作台以及位于操作台下方的支撑架，所述机床主轴、主轴的驱动和传动装置、机床侧挂轮箱、以及卡盘和顶针、传动长丝杆均安装在机床架上；其中，所述挂轮减速系统位于所述机床头部，所述挂轮减速系统为一种多级齿轮减速传动系统；所述进给系统包括两套分别位于机床主轴的中心线两侧的并可相对微量移动的前、后进给部件；所述切削系统固定在所述进给系统上，所述切削系统包括两套位于机床主轴的中心线两侧的前、后切削部件，所述前、后切削部件设置了前刀片和后刀片，所述前刀片和后刀片为一种具有倾角的多齿状刃刀具。
采用本实用新型的一种金属短纤维的加工设备，避免现有工艺的不足；采用固定的横向小进给量，通过特殊的弹性刀杆，配备适宜型号的硬质合金刀具在一定的主轴转速内实现精准切削；并采用前后同时进刀，多刀具同时工作；生产出当量直径为0.020～0.060mm，长度为2～20mm，横截面为三角形的铁铬铝短纤维。小时生产能力为5～7Kg。其质量标准达到美国公司，韩国公司，泰国的公司，印度公司的认可。与现有技术相比具有如下优点(1)使用倾角多齿状刃型刀具，实现了一刀多纤加工，生产效率提高5～12倍；在切削深度和进给量不变的条件下，可以减少纤维的当量直径，有利于小直径的纤维加工；由于齿状刃的分纤作用，可以减少纤维的当量直径，有利于直径的纤维加工；由于齿状刃的分纤作用，削弱切削层金属的位错滑移作用，使切削变形减少，切削力下降，并进而减少了纤维的卷曲曲率，提高了纤维的抗拉强度，对加工过程稳定性和产品质量的提高有利；减少积屑瘤的生成，是纤维产品均匀，提高纤维质量。
(2)需要的设备简单，可在普通机床改装使用，也可设计专机生产。在刀具的前刀面磨出倾角，在整个刀面割出一条条一定间隔的槽，形成多齿刃，易实施。
(3)缩短加工时间，提高生产效率，同时结构简单合理，可降低加工成本。
附图1为本实用新型金属短纤维的加工设备的整体结构示意图；附图2为本实用新型金属短纤维的加工设备的挂轮减速系统的结构示意图；附图3为本实用新型金属短纤维的加工设备的挂轮减速系统的支架结构示意图；附图4为本实用新型金属短纤维的加工设备的进给系统结构示意图；附图5为本实用新型金属短纤维的加工设备的切削系统安装结构示意图；附图6为本实用新型金属短纤维的加工设备的切削系统结构示意图；附图7为本实用新型金属短纤维的加工设备的切削系统的刀杆结构示意图；附图8为本实用新型金属短纤维的加工设备的切削系统的刀片结构示意图；
附图9为本实用新型金属短纤维的加工设备的切削系统的刀片倾角结构示意图；附图10为本实用新型金属短纤维的加工设备的切削系统的塞块结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的一种金属短纤维的加工设备，可在普通机床的基础上改进而成，也可进行全新设计和开发。
如图1所示，一种金属短纤维的加工设备，所述设备为一种可加工金属短纤维的机床，所述机床包括有控制装置、机床架4、机床主轴6、主轴的驱动和传动装置、固定工件8的卡盘和顶针9、传动长丝杆10，所述机床还包括有挂轮减速系统1、进给系统3和切削系统2；所述机床架4包括有操作台以及位于操作台下方的支撑架，所述机床主轴6、主轴的驱动和传动装置、机床侧挂轮箱5、以及卡盘和顶针9、传动长丝杆10均安装在机床架4上；其中，所述挂轮减速系统1位于所述机床头部，所述挂轮减速系统1为一种多级齿轮传动系统；所述进给系统3包括两套分别位于机床主轴6的中心线两侧的并可相对微量移动的前、后进给部件；所述切削系统2固定在所述进给系统3上，所述切削系统2包括两套位于机床主轴6的中心线两侧的前、后切削部件，所述前、后切削部件设置了前刀片和后刀片，所述前刀片和后刀片为一种具有倾角的多齿状刃刀具。
所述机床还包括有机床马鞍7，可支撑所述进给系统3，同时，机床马鞍7内安装有传动长丝杆10的驱动机构，所述驱动机构包括有马鞍齿轮。
当主轴6转动时，带动工件8转动，同时带动挂轮减速系统1转动，通过机床侧齿轮箱5，带动进给系统3进行平移。
如图2所示，所述挂轮减速系统1包括有支架19、五只单齿轮和三只双联齿轮，轴承和齿轮轴。所述齿轮包括主动齿轮11、双联齿12、双联齿13、双联齿14、单齿15、单齿16、单齿17、单齿18；其中，双联齿12和双联齿14围绕转轴101转动，双联齿13、单齿15、单齿16围绕轴105转动，单齿17的转轴为轴102，单齿15、单齿16通过键104、103与轴105连接；其中，主动齿轮11与双联齿12的大直径轮啮合，双联齿12的小直径轮与双联齿13的大直径轮啮合，双联齿13的小直径轮与双联齿14的大直径轮啮合，双联齿14的小直径轮与单齿15啮合，单齿15与单齿16共轴105连动，单齿16与单齿17啮合，单齿17与单齿18啮合。
首先主动齿轮11传动到双联齿12，双联齿12传动双联齿13，双联齿13传动双联齿14，双联齿14传动单齿15，单齿15通过轴105传动单齿16，单齿16传动17单齿，单齿17传动单齿18；然后单齿18通过轴传动到机床侧挂轮箱5，再通过床侧挂轮箱5传动到机床长丝杆10；再后由长丝杆10传动马鞍齿轮，驱动进给系统3微量进给。
如图3所示，为挂轮减速系统的支架19的结构示意图。
如图4所示，所述进给系统3位于机床操作台上方，所述进给系统3包括有前、后进给部件，具体为前拖板31、后拖板32、前丝杆33、后丝杆34以及前后丝杆之间的连接螺母35、36。所述前丝杆33、后丝杆34与马鞍齿轮连接，所述马鞍齿轮驱动所述前丝杆33、后丝杆34一同转动，所述前丝杆33、后丝杆34的螺旋旋向相反，所述前丝杆33、后丝杆34分别通过固定在前拖板31、后拖板32上的可调螺母与前拖板31、后拖板32连接，当所述前丝杆33、后丝杆34转动时，前拖板31、后拖板32即相向或相对平移，机床马鞍上前、后拖板同时从前后两面进给。
普通机床的主要参数为
a)主轴转速50Hz，11～1600r/min；b)横向进给量0.05～0.79mm/r。即机床主轴每转动一周，中拖板上的车刀最小横向进给0.05mm。
改进后的金属短纤维的加工设备，主要参数为横向进给量0.00125～0.0035mm/r本实用新型通过重新设计制造床头箱的挂轮系统，得到大的减速比；由原来的1∶1速比提高到1∶89；从而实现主轴每转一周，刀台装置跟随中拖板微量进给达到0.00125mm/r。
如图5、6、7、8、9、10所示，切削系统2包括有前、后切削部件，具体为固定在前拖板31、后拖板32上的固定支撑的前刀台21和后刀台22，安装在刀台上的前副刀架291和后副刀架292，固定在副刀架上的前刀杆25和后刀杆26，前刀23和后刀24，固定前刀23和后刀24的前塞块27和后塞块28，所述前塞块27和后塞块28将前刀23和后刀24分别卡紧在前刀杆25和后刀杆26上。
本实用新型所选用的刀杆材料为55CrMnA弹簧钢，其形状及尺寸如图7所示，具有弹性的刀杆处设计有圆弧形结构，刀杆圆弧部分的直径及深度尺寸跟随变化，通过控制圆弧半径R的尺寸保证其振动切削的弹性系数；刀杆25上设置有三个安装孔252，凹槽251为安装刀片和塞块的部位；刀片的材料为的TH8硬质合金，其耐磨性能好，抗冲击，抗弯性能都到达目标效果。每次磨刃后可使用8小时多，刀片的切削角度α为6～8°，所述前刀23和后刀24为多齿状刃刀具，齿宽231为2～20mm，齿间隔与齿宽相等，前刀23和后刀24相互错开与齿宽相等的距离，这样，前刀23和后刀24可同时切削工件8。
本实用新型通过重新设计制造刀台装置，由前后两个刀台，副刀架，刀杆，刀片组成。其中，刀杆材料的选定，尺寸形状的设计；以及刀片的材料和切削角度尤为关键。稳定固有弹性模量的材料，合理的形状尺寸刀杆，耐摩抗弯抗冲击载荷的硬质合金刀片选取最佳的切削角度；在马鞍上前、后中拖板同时从前后两面进微量进给时，刀片在切削力的作用下实现有规律的振动，从而连续稳定地生产出合格的短纤维。
刀片的切削角度可使刀具锋利，减少切削力和切削变形，多齿刃可使被切削层金属分成多条纤维切出，实现一刀多纤加工，对纤维进行拉伸亦可以减少切削力和切削变形。一刀多纤加工的生产效率比普通车削法提高几倍到十几倍，并可以加工出均匀性和连续性较好的纤维，纤维产品变形小，强度高，且可以生成粗糙的异型结构界面，有利于复合材料产品的质量。
生产金属短纤维主要取决于刀具系统的固有频率，切削速度，进给量；对于定型的弹性刀杆，其固有频率一定，而进给量范围也固定；切削速度只能在一定的范围内成功切削出合格的纤维。本实用新型采取的切削速度为90～120m/min。在成功切削纤维的范围，切削速度为100m/mi n，进给量为0.002mm；对机械信号进行频谱分析，其频率在0.99～1.56KHz之间。
当工件8在机床卡盘的夹锁紧和尾座顶针的支撑下，在160～380r/min范围内，主轴齿轮驱动挂轮减速系统，传动至机床侧挂轮箱，后经过机床长丝杆传动机床马鞍齿轮，然后驱动拖板处的前后丝杆；从而驱动刀台系统。当前、后刀片接触工件时，切削力的作用下刀杆产生规律性的振动，这样短细纤维便连续形成，并从刀口处分开。
上述所列具体实现方式为非限制性的，对本领域的技术熟练人员来说，在不偏离本实用新型范围内，可以进行各种改进和变化。
权利要求1.一种金属短纤维的加工设备，所述设备为一种可加工金属短纤维的机床，所述机床包括有控制装置、机床架、机床主轴、主轴的驱动和传动装置、固定工件的卡盘和顶针、机床侧挂轮箱、传动长丝杆，所述机床还包括有挂轮减速系统、进给系统和切削系统；所述机床架包括有操作台以及位于操作台下方的支撑架，所述机床主轴、主轴的驱动和传动装置、机床侧挂轮箱、以及卡盘和顶针、传动长丝杆均安装在机床架上；其特征在于，所述挂轮减速系统位于所述机床头部，所述挂轮减速系统为一种多级齿轮传动减速系统；所述进给系统包括两套分别位于机床主轴的中心线两侧的并可相对微量移动的前、后进给部件；所述切削系统固定在所述进给系统上，所述切削系统包括两套位于机床主轴的中心线两侧的前、后切削部件，所述前、后切削部件设置了前刀片和后刀片，所述前刀片和后刀片为一种具有倾角的多齿状刃刀具。
2.根据权利要求1所述的金属短纤维的加工设备，其特征在于，所述机床还包括有可支撑所述进给系统(3)的机床马鞍(7)，所述机床马鞍(7)内安装有传动长丝杆(10)的驱动机构，所述驱动机构包括有马鞍齿轮。
3.根据权利要求1或2所述的金属短纤维的加工设备，其特征在于，所述挂轮减速系统(1)包括有支架(19)、五只单齿轮和三只双联齿轮，轴承和齿轮轴。
4.根据权利要求3所述的金属短纤维的加工设备，其特征在于，所述五只单齿轮和三只双联齿轮为主动齿轮(11)、双联齿(12)、双联齿(13)、双联齿(14)、单齿(15)、单齿(16)、单齿(17)、单齿(18)；双联齿(12)和双联齿(14)围绕转轴(101)转动，双联齿(13)、单齿(15)、单齿(16)围绕轴(105)转动，单齿(17)的转轴为轴(102)，单齿(15)、单齿(16)通过键(104)、(103)与轴(105)连接；主动齿轮(11)与双联齿(12)的大直径轮啮合，双联齿(12)的小直径轮与双联齿(13)的大直径轮啮合，双联齿(13)的小直径轮与双联齿(14)的大直径轮啮合，双联齿(14)的小直径轮与单齿(15)啮合，单齿(15)与单齿(16)共轴(105)连动，单齿(16)与单齿(17)啮合，单齿(17)与单齿(18)啮合。
5.根据权利要求3所述的金属短纤维的加工设备，其特征在于，所述进给系统(3)位于机床操作台上方，所述进给系统(3)包括有前、后进给部件，具体为前拖板(31)、后拖板(32)、前丝杆(33)、后丝杆(34)以及前后丝杆之间的连接螺母(35)、(36)。
6.根据权利要求5所述的金属短纤维的加工设备，其特征在于，所述前丝杆(33)、后丝杆(34)与马鞍齿轮连接，所述马鞍齿轮驱动所述前丝杆(33)、后丝杆(34)一同转动，所述前丝杆(33)、后丝杆(34)的螺旋旋向相反，所述前丝杆(33)、后丝杆(34)分别通过固定在前拖板(31)、后拖板(32)上的可调螺母与前拖板(31)、后拖板(32)连接，当所述前丝杆(33)、后丝杆(34)转动时，前拖板(31)、后拖板(32)即相向或相对平移，机床马鞍上前、后拖板同时从前后两面进给。
7.根据权利要求3所述的金属短纤维的加工设备，其特征在于，所述切削系统(2)包括有前、后切削部件，具体为固定在前拖板(31)、后拖板(32)上的固定支撑的前刀台(21)和后刀台(22)，安装在刀台上的前副刀架(291)和后副刀架(292)，固定在副刀架上的前刀杆(25)和后刀杆(26)，前刀(23)和后刀(24)，固定前刀(23)和后刀(24)的前塞块(27)和后塞块(28)，所述前塞块(27)和后塞块(28)将所述前刀(23)和后刀(24)分别卡紧在前刀杆(25)和后刀杆(26)上。
8.根据权利要求7所述的金属短纤维的加工设备，其特征在于，具有弹性的刀杆处设计有圆弧形结构，刀杆(25)上设置有三个安装孔(252)，凹槽(251)为安装刀片和塞块的部位。
9.根据权利要求7所述的金属短纤维的加工设备，其特征在于，前刀(23)和后刀(24)的切削角度α为6-8°，所述前刀(23)和后刀(24)为多齿状刃刀具，齿宽(231)为2-20mm，齿间隔与齿宽相等，前刀(23)和后刀(24)相互错开与齿宽相等的距离。
专利摘要本实用新型涉及一种金属短纤维的加工设备，生产的铁铬铝金属短纤维质量稳定，效果佳；能源消耗低；设备投资少，占地面积少；无工业三废，制造成本仅为集束拉伸后剪断的50％，具有极强的市场竞争力。所述加工设备包括有挂轮减速系统、进给系统和切削系统；所述挂轮减速系统位于所述机床头部，所述挂轮减速系统为一种多级齿轮传动系统；所述进给系统包括两套分别位于机床主轴的中心线两侧的并可相对微量移动的前、后进给部件；所述切削系统固定在所述进给系统上，所述切削系统包括两套位于机床主轴的中心线两侧的前、后切削部件，所述前、后切削部件设置了前刀片和后刀片，所述前刀片和后刀片为一种具有倾角的多齿状刃刀具。
文档编号B23Q5/34GK2889560SQ200520120128
公开日2007年4月18日 申请日期2005年12月9日 优先权日2005年12月9日
发明者徐诚伟, 吴晓剑, 吴少威, 马百川 申请人:珠海和氏自动化设备有限公司