专利名称：断屑及断屑长度控制装置和方法
技术领域：
本发明与铁及铁合金材料切削加工过程中的断屑及断屑长度控制有关，具体地说，本发明是一种利用电磁原理的断屑及断屑长度控制装置和方法。
铁及铁合金材料由于具有良好的机械性质和可切削性，被广泛地用作通过切削加工而制成机械零件或结构的材料。但是除了铸铁之外(因为铸铁被切削时，切屑为碎片状)，铁材切削加工时所产生的很长的连续式的切屑，将会与刀具、工件、机件纠缠在一起，造成操作时的困扰。甚至于造成切削操作中断，必须停机检查并处理纠缠在一起的切屑，因而影响了切削加工的效率。同时，对于切削加工操作者而言，也很有危险性。若其情况控制得不适当，还将会导致切削刀具刃口的碎裂，或损伤工件及机器。此外，对于大量很长的连续式切削，由于其切屑容积比(bulkratio)太高，亦造成切屑的被处理性不佳，更造成断屑运送上的困扰和不符合经济性要求。目前，切削加工趋向大量的金属移除率、及切削自动化和无人化的高可靠度切削制程。若切屑无法被适当地作切断控制，那么，大量的金属移除率的切削、切削自动化和无人化，将因切屑所造成的困扰而无法被执行。
公知的车削切屑断屑方法，是通过车刀上具有切屑破断构造来达成，其车刀构造大致可分为两种如
图1所示，A、B为槽沟式(groowetype)车刀，该公知的切屑断屑方式是在刀具的刀面上预先假定的切屑运动路径的适当位置处，设有槽沟或适当形状的阻断片，并选择符合断屑装置形状的适用的切削条件，例如切削深度与切削速度，于车削期间，迫使流经刀具刀面上的切屑弯曲至临界切屑破断曲率半径，而使切屑承受高的弯曲应力，达到切削破断控制的功效。或者，通过断屑构造的作用，在切削期间引导切屑撞击切削过渡面S1，或撞击刀具的刀腹面S2，从而撞断切屑，如图2A、2B所示。
切屑的破断所牵涉的因素很多包括刀具的几何形状，切削条件(例如切削深度、进给、切削速度等)、工件的材料以及切削时的状况(例如切屑的飘动、切屑卷曲方向的差异、切屑卷曲后所造成的弯曲应力的充足与否)等。这些因素都能影响切削时切屑破断的确实性。公知的刀具断屑装置，在刀具刀面上适当位置处制造一沟槽或夹持适当形状的阻断片，以设定该刀具刀面上的几何形状，并选择符合该断屑构造形状的适用切削条件，从而达到切屑断屑效果。然而，在所有会影响切屑破断的因素都无法完全控制的条件下，仅藉通过控制其中一部分的因素为其手段，是无法达到完善的断屑效果的。因此，目前公知的断屑方法，仅在某些特定的限制条件下才具有切屑断屑效果。况且，刀具刀面的几何形状一经设定后，亦无法随着切削时的各种情况或条件随时配合改变，也就是说，一把切削刀具仅能具有一种刀具几何形状，因而更限制了切屑断屑效果。因此，目前所采用的断屑方法，只能说是一种特例的应用而已，很显然地是无法满足生产上的要求。
本发明的主要目的在于提供一种断屑及断屑长度控制装置和方法，使铁及铁合金材料被切削加工时，可能影响切屑断屑效果的因素都被有效地控制，而达到切屑能够完全确实地被破断，以及切屑破断长度能够完全被切削操作者任意设定与控制。
本发明的另一目的在于提供一种断屑及断屑长度控制装置和方法，其安装、控制及设定切屑破断长度均十分容易。
本发明的断屑及断屑长度控制装置和方法的一个主要特征是将切削刀具装设于一电磁刀具座上，将该电磁刀具座通电，使切削刀具具有磁性，且利用铁及铁合金材料具有高的导磁系数，因而易被磁化感应的现象，在切削期间使连续流经刀具刀面上的切屑受力具磁场的作用而成为有吸引力的状态，改变原本处于稳定平衡运动状态的切屑，造成切屑间的自行互相推挤与剪切，在切屑剪切区产生过度的剪切变形，从而达到切屑效果。
本发明的切屑断屑长度的控制装置和方法的另一个主要特征在于，是将电磁装置与一可调整电压与频率大小的振荡器相连接，通过调整振荡器的频率，以设定切削刀具的磁化和消磁周期，磁化时切削刀具具有磁场，流经刀具刀面上的切屑瞬间受刀具磁场的吸附作用断屑，消磁时切削刀具磁场消失，切屑自由流过刀具刀面上，因此，可依照切削速度V乘以磁化-消磁周期t等于切屑长度L的关系式(vt＝L)，而达到任意设定与控制的切屑断屑长度。
下面，列举一具体实施例并配合附图，将本发明的构造、功用与特点详细地进行说明。
图1为先有技术的车刀的示意图。
图2为先有技术的车刀进行工件切削操作的情况的示意图。
图3为本发明的一个实施例的断屑及断屑长度控制装置的立体图。
图4为图3的4-4剖视图。
图5为本发明的一个实施例的振荡控制电路图。
图6为本发明的断屑及断屑长度控制装置在不同切削条件下的断屑长度试验表。
图7为本发明与先有技术切削方式的切削时间与刀腹磨损的关系曲线图。
图8为本发明与先有技术的切削方式的进给率与平均粗糙度值的关系曲线图。
如图3和4所示为本发明的断屑及断屑长度控制装置应用于一传统车床上的实施例，，其中在车床的车刀架(10)上设有一电磁刀具座(20)，该车刀架(10)包括有一座底板(12)及一滑动板(14)，两者间通过一手轮(16)的转动而可相对移动，该滑动板(14)上装设有一回转块(18)，此部分为公知车床的构造;该电磁刀具座(20)系装设在该滑动板(14)的回转块(18)上，它包含有一定位块(21)，其上固设有一前夹块(22)、一后夹块(23)及一电磁线圈(24)，该前后夹块(22)、(23)各具有一通孔(221)、(231)可供一车刀(30)穿过，再各以螺丝(25)、(26)由上往下销入而压紧车刀(30);该电磁线圈(24)系盘绕成方筒状或圆筒状，中央具有一贯通孔(241)可供车刀(30)穿过，其电源输入线a、b连至振荡电路(40)的a、b节点(见图5)。
该振荡控制电路(40)，如图5所示，包括有一NE555振荡器IC1，其各接脚分别连接三电容C1、C2、C3及三电阻R1、R2、R3以及一可变电阻VR1，且由该可变电阻VR1可调整振荡器IC1第3脚的输出振荡信号的频率，该振荡信号经过电阻R4而用于推动一晶体管Q1;两个电阻R5、R6系与晶体管Q1串联，其导通信号再由二晶体管Q2、Q3放大后，使串接在发射极电路中的线圈(24)的直流电路导通，该线圈(24)另并联有一高速二极管D1，其串接的直流电源CDC系由一直流电压调整电路(50)供应，该电压调整电路包括一自耦变压器PT2，可用以改变输入电压大小，输入电压经二极管桥式整流器D2整流及电容器C4滤波后，用以供应线圈(24)的直流电流，通过由变压器PT2改变电源电压，亦即改变电磁线圈(24)的磁力大小。
上述该断屑及断屑长度控制装置的工作过程及效果说明如下当该振荡控制电路(40)通电，振荡器IC1产生的预定频率的信号推动晶体管Q1、Q2、Q3以相同频率导通，其信号经放大而使电磁线圈(24)中的电流亦以相同频率交替导通，其作动频率系由可变电阻VR1调整控制;而电磁线圈(24)通电电压大小则由变压器PT2所控制，从而改变线圈的磁力大小。当电磁线圈(24)通电，使切削刀具(30)两端形成二磁极，而于切刃处因而具有一磁场，切削时流过刀具刀面上的切屑因磁力感应的作用而被吸附于刀具刀面上，致使切屑流动受阻力，切削时切屑继续不断地被产生，切屑流动速度可视为与切削速度相近似。由于刚切削产生的切屑其流动速度显然远大于先前受刀具磁场吸附作用的切屑的流动速度，因此，使得稍后产生的切屑由于被吸附于刀具刀面上流动速度较慢的切屑的阻挡，无法自由地从刀具刀面上流过，结果只有迫使稍后产生的切屑对被吸附于刀具刀面上的切屑产生推挤作用。同时，被切削工件或切削刀具的旋转作用，对切屑而言形成一种剪切的作用，使切屑因被推挤和剪切作用的缘故而达到断屑目的。
进一步而言，本发明的该电磁刀具座(24)与可调整电压与频率大小的振荡控制电路(40)配合使用，只要调整设定振荡器IC1的输出频率大小，将使电磁线圈(24)内的切削刀具(30)产生磁化和消磁的作用。当消磁时切削刀具(30)由于无磁场产生而无磁性，使得切屑自由地流过刀具刀面上，并能维持切屑形态的完整性。当磁化时切削刀产生磁场而具有磁性，故切屑因磁化感应的作用瞬间被吸附于切削刀具刀面上，而被挤断与剪断。如此周期性的磁化与消磁作用，将产生一模一样的切屑形状与长度，利用磁化与消磁周期t为频率f的倒数的关系式(t＝l/f)，将可轻易地经由设定振荡器IC1的频率大小，而得到磁化和消磁周期的长短。再依切削速度V乘以磁化和消磁周期t则等于切屑长度L的关系(vt＝L)，故可设定产生所预期的切屑断屑长度。
此外，本发明的断屑及断屑长度控制装置及方法可通过设定较大的直流磁化电压使线圈(24)产生较大的磁力，来满足各种不同导磁系数的工件材料和切削条件，因此切削时的不稳定飘动和卷曲，也皆被控制在刀具磁场作用力可及的范围内。
根据上述说明可知，本发明的断屑及断屑长度控制装置和方法应用时与刀具几何形状无关，所有可能影响切削破断的因素皆被克服，因此，在切削加工中切屑的断屑和断屑长度皆可被完全有效地控制。如图6所示为在不同切削条件下的断屑长度的实验测试结果。
本发明的断屑及断屑长度控制装置和方法除了可控制切削断屑及断屑长度外，对于切削刀具的磨损及切削成品表面的粗糙度均得以改善，本发明与先有技术切削方式在相同的条件下，例如当被车削材料SAE1055，刀具几何形状(-5°、-5°、5°、5°、5°、5°、0.8mm)，切削深度d＝0.3mm，切削速度V＝50m/min，经过试验而得出的切削时间与刀腹磨损关系曲线图如图7所示，而进给率与中心线平均粗糙度值关系曲线图如图8所示。
本发明的断屑及断屑长度控制装置和方法确为一创新且符合实用之设计，可以克服公知切削加工的断屑及断屑长度控制的困难，具有创造性和实用性。上述实施例和附图仅用以说明本发明，而非用以限制本发明，凡是符合本申请权利要求范围内的等效实施者，应视为属于本发明的专利范畴。
权利要求
1.一种断屑及断屑长度控制装置及方法，其特征在于，于一刀架上设有一电磁刀具座，该电磁刀具座包含有一前夹座、一后夹座及两者间设有一电磁线圈，该前、后夹座各具有一通孔可容一切削刀具穿入并锁定，该电磁线圈中央具有一通孔可容该切削刀具穿过，利用一振荡控制电路控制该电磁线圈作周期性交替通电，使切削刀具作周期性磁化与消磁，切屑受磁化感应作用相互推挤剪切而断屑。
2.如权利要求1所述的断屑及断屑长度控制装置和方法，其特征在于，其中该振荡控制电路产生振荡信号控制电磁线圈之通电与断电，其系以一可变电阻调整该线圈的通电周期，利用该通电周期以控制断屑长度。
3.如权利要求1所述的断屑及断屑长度控制装置和方法，其特征在于，其中该振荡控制电路具一直流电压调整电路，系利用一自耦变压器调整通过该电磁线圈的直流电压大小，以控制其切削刀具磁化吸引力大小。
全文摘要
一种断屑及断屑长度控制装置和方法，在可相对于工件移动的刀架上设有电磁刀具座，该刀具座包含前夹座及后夹座，用以夹持切削刀具，该前后夹座间设有电磁线圈，其中央有一通孔供切削刀具穿过，一振荡控制电路产生振荡信号经放大以控制该线圈通断电，电压强度及频率可调整，使切削刀具作周期性磁化与消磁，切屑经磁化感应作用相互推挤剪切而切断，并受通电周期而控制其断屑长度。
文档编号B23B25/02GK1087041SQ92113439
公开日1994年5月25日 申请日期1992年11月13日 优先权日1992年11月13日
发明者吴庆隆 申请人:吴庆隆