刀具连续自动进给加工系统及其使用方法与流程

本发明涉及精密刀具加工设备领域，特别涉及一种刀具连续自动进给加工系统。

背景技术：
刀具（CuttingTool）作为数控机床中加工精密零件的专业工具，其自身精度对于零件的加工精度可产生直接影响。精密零件是刀具通过切削作用切除掉工件余料而制得的，在这个过程中，刀具与零件表面存在直接接触和摩擦，并不断磨损直至报废。提高零件的加工精度，可通过保持刀具切削刃口锐利程度，以及提高刀具转速的方法实现，然而后者主要与高精密旋转主轴的关键技术有关，而这些技术目前仍较难获取。与之相比，降低刀具的加工成本、提高生产效率和产品数量，也是具有较强实用性和可行性的方法。在相关技术中，采用由X轴、Y轴、Z轴（沿对应坐标轴方向的平移轴）和B轴、C轴（精密旋转轴）组成的五轴联动精密磨床，其中X轴、Y轴构成水平面垂直二维运动平台，Z轴垂直于该水平面，B轴固定在Z轴上，带有砂轮组的主轴固定在B轴下方的输出端，棒料放置在C轴上。该布局要求刀具棒料在精密旋转运动的同时，还随Y轴、X轴做直线运动。然而这种运动方式决定了相关技术所使用的磨床并不适宜于直接加工细长形状的刀具棒料，因为长棒料在加工过程中存在旋转振动偏差过大、容易弯曲变形的问题，而这会导致刀具加工精度不足和棒料报废率升高。因此，只能预先将长刀具棒料截取成实际刀具长度的胚料，再逐根上料加工。这种加工方式的工艺繁琐，需要人工频繁上料，进而造成加工效率的下降和生产成本的上升，不利于大批量、高精度刀具的生产需求。

技术实现要素：
针对现有刀具加工装置无法将长棒料直接加工成多根刀具所导致的工艺繁琐、频繁上料、效率低、成本高的上述缺陷和问题，本发明的目的是提供一种能够稳定、精确地对长棒料进行自动进给式的连续加工的刀具连续自动进给加工系统。为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种刀具连续自动进给加工系统，包括位于机床表面的Y轴、沿水平面垂直固定在Y轴上且沿Y轴方向运动的X轴、位于Y轴、X轴后侧的立柱、垂直于水平面固定在立柱上的Z轴，以及安装在Z轴上的第一精密旋转轴及其下方的主轴，所述主轴是前端装有砂轮组的高速旋转轴，其特征在于，还包括安装在X轴上的自动进给系统；所述自动进给系统包括：位于X轴上且沿X轴方向运动的夹持精密旋转轴，以及其沿进料方向同轴远端的支撑模块，以及其沿进料反向延伸处的支架模块；所述夹持精密旋转轴包括驱动模块、夹持模块，所述驱动模块包括转子转接件，其以螺栓固定在电机的转子上，所述夹持模块包括活塞腔、导气孔、导气环槽、活塞柱、圆端盖、夹头柄、夹头，所述活塞腔位于转子转接件中，其腔内含有带导气孔的导气环槽，所述导气环槽通过气管接头连接气动开关，所述活塞腔内还含有活塞柱，其侧壁通过活塞柱外O形圈与活塞腔内壁贴合，所述活塞柱前端通过精密弹簧和穿过圆端盖的夹头柄固定螺钉与夹头柄连接，所述圆端盖内侧通过夹头安装环固定有夹头；所述支撑模块包括相互垂直安装的Y向滑台、Z向滑台，其分别通过Y向调节旋钮、Z向调节旋钮控制滑台沿Y轴、Z轴方向运动，所述支撑模块还包括气缸、轴套，所述气缸输出端为平行二指夹钳；所述夹头、轴套位于同一轴线，所述夹头、平行二指夹钳通过气动开关协调动作，其夹紧、放松状态相反；所述支架模块包括支架以及位于其上的二维调整座、V形件，所述二维调整座由上模组、下模组组成，所述上模组包括固定在连接板上端的托架，所述托架顶端含有V形槽以及部分延伸至V形槽上方的压块，底端含有螺杆，所述螺杆向下穿过固定在连接板上的上挡板、下挡板以及其间所夹的垂直调节螺母；所述下模组包括两个对称固定在底板上的固定块，以及两个水平调节螺钉，其沿Z轴以相反方向分别穿过两个支撑块后，与两个固定块分别以螺纹连接，所述下模组通过连接在两个固定块上的挡条固定在连接板下端。作为上述技术方案的优选，所述砂轮组上安装有用于加工包括前刀角、后刀角在内的七个刀具特征的砂轮，所述主轴可随第一精密旋转轴做一定角度的旋转，所述轴套、夹头可根据刀具棒料的外径尺寸进行拆卸、替换。作为上述技术方案的优选，还包括固定在主轴后端的喷嘴，其用于在砂轮磨削加工时提供切削液。作为上述技术方案的优选，在所述活塞柱内部，以及转子转接件内、外部均安装有O形密封圈。作为上述技术方案的优选，所述支撑模块还包括用于固定滑台位置的滑台锁定螺钉。作为上述技术方案的优选，所述二维调整座有两个，其沿进料方向以一定间距安装在支架上，所述压块通过压块螺钉安装在托架的顶端两侧。作为上述技术方案的优选，所述V形件通过压块固定在托架的V形槽中，所述压块延伸至V形槽上方的部分的下表面含有倒槽，其用于定位和卡紧V形件的顶端。本发明还提供一种刀具连续自动进给加工系统的使用方法，其特征在于，含有以下步骤：Q1：将刀具棒料放置在V形件中，进料至夹持精密旋转轴轴孔前；Q2：旋转垂直调节螺母、水平调节螺钉以调整托架的位置，直至刀具棒料在其后端与V形件表面贴合的情况下，其前端能够顺利穿过夹持精密旋转轴；Q3：旋转Y向调节旋钮、Z向调节旋钮以调整轴套的位置，直至轴套与夹头处于同轴，使刀具棒料前端能够顺利穿过轴套；Q4：将刀具棒料继续沿进料方向推进至其前端靠近砂轮组，完成上料；Q5：在控制系统中选择加工程序，开始加工刀具；Q6：开启气动开关，夹头夹紧棒料，夹持精密旋转轴带动棒料旋转，同时X轴带动夹持精密旋转轴和棒料沿X轴方向做进给运动；Q7：刀具加工完成后，由砂轮组整根切断，X轴带动夹持精密旋转轴和棒料继续沿X轴方向做进给运动，开始加工下一根刀具；Q8：X轴达到进给终点后停止运动，关闭气动开关，平行二指夹钳夹紧棒料，夹头放松棒料，X轴自动返回至进给起点处；Q9：开启气动开关，夹头再次夹紧棒料，平行二指夹钳放松棒料，夹持精密旋转轴再次带动棒料旋转，同时X轴带动自动夹持精密旋转轴和棒料沿X轴方向做进给运动，重复上述步骤，实现刀具长棒料的连续自动进给加工。作为上述使用方法的优选，在所述步骤Q2中，还含有以下步骤：Q10：旋转垂直调节螺母，使其在原位转动的同时，通过螺纹连接配合驱动螺杆，带动托架沿Z轴方向运动；Q11：旋紧一个水平调节螺钉，使其在沿Y轴方向前进运动的同时，推动相邻的支撑块沿相同方向运动，所述支撑块通过固定在其上的挡条，带动托架沿该螺钉的前进方向运动；作为上述使用方法的优选，在所述步骤Q6、Q7、Q8中，还含有以下步骤：Q12：开启气动开关，通过气管接头向导气环槽提供压缩空气，压缩空气通过导气孔通向活塞腔，使活塞腔内压力增大，推动活塞柱向外退出活塞腔，活塞柱推动夹头柄向外运动，使精密弹簧压缩；Q13：夹头柄持续向外运动，直至挤压到夹头，夹头外端向心收缩，将刀具棒料夹紧；Q14：电机带动转子旋转，转子带动夹头柄、圆端盖、夹头以及刀具棒料旋转，为刀具加工过程提供圆周方向的进给运动；Q15：关闭气动开关，活塞腔内压力消失，精密弹簧将活塞柱推回至活塞腔中，活塞柱带动夹头柄向内运动，夹头恢复松弛状态，将刀具棒料放松。本发明提供的刀具连续自动进给加工系统，采用具有自动夹持功能的精密旋转轴以及可移动的支撑模块和支架模块，组成一个独立功能系统以取代传统的X轴-精密旋转轴二维运动平台模式，并利用精密气动技术，实现了刀具的连续自动进给加工。该装置只需预先进料并做简单调整，即可将长棒料连续自动加工为多根刀具，通过应力消除和多点支撑，避免棒料在在加工过程中发生局部弯曲变形，并减小其旋转振动偏差，因此能够在保证加工精度和成品率的同时减少上料次数、提高自动化程度，从而提高精密刀具的加工效率，降低成本。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例的刀具连续自动进给加工系统的结构示意图。图2为本发明实施例的刀具连续自动进给加工系统的自动进给系统的结构后示图。图3为本发明实施例的刀具连续自动进给加工系统的夹持精密旋转轴的结构示意图。图4为本发明实施例的刀具连续自动进给加工系统的支撑模块的结构示意图。图5为本发明实施例的刀具连续自动进给加工系统的支架模块的结构示意图。图6为本发明实施例的刀具连续自动进给加工系统的二维调整座的结构示意图。图7为本发明实施例的刀具连续自动进给加工系统的自动进给系统的结构前示图。具体实施方式下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1所示，本发明实施例提供的一种刀具连续自动进给加工系统，包括位于机床表面的Y轴2、沿水平面垂直固定在Y轴2上且沿Y轴方向运动的X轴3、位于Y轴2、X轴3后侧的立柱4、垂直于水平面固定在立柱上的Z轴5，以及安装在Z轴5上的第一精密旋转轴6及其下方的主轴7，所述主轴7是前端装有砂轮组8的高速旋转轴，其特征在于，还包括安装在X轴3上的自动进给系统1。如图2所示，所述自动进给系统1包括：位于X轴3上且沿X轴方向运动的夹持精密旋转轴11，以及其沿进料方向同轴远端的支撑模块21，以及其沿进料反向延伸处的支架模块31。如图3所示，所述夹持精密旋转轴11包括驱动模块、夹持模块，所述驱动模块包括转子转接件111，其以螺栓固定在电机的转子上，所述夹持模块包括活塞腔112、导气孔113、导气环槽114、活塞柱115、圆端盖116、夹头柄117、夹头118，所述活塞腔112位于转子转接件111中，其腔内含有带导气孔113的导气环槽114，所述导气环槽114通过气管接头连接气动开关，所述活塞腔112内还含有活塞柱115，其侧壁通过活塞柱外O形圈119与活塞腔112内壁贴合，所述活塞柱115前端通过精密弹簧120和穿过圆端盖116的夹头柄固定螺钉121与夹头柄117连接，所述圆端盖116内侧通过夹头安装环122固定有夹头118。如图4所示，所述支撑模块21包括相互垂直安装的Y向滑台211、Z向滑台212，其分别通过Y向调节旋钮213、Z向调节旋钮214控制滑台沿Y轴、Z轴方向运动，所述支撑模块21还包括气缸215、轴套216，所述气缸215的输出端为平行二指夹钳217。如图5所示，所述支架模块31包括支架32、安装在所述支架32上的二维调整座33，以及安装在所述二维调整座33上的V形件34。如图6所示，所述二维调整座33由上模组、下模组组成，所述上模组包括固定在连接板311上端的托架312，所述托架312顶端含有V形槽以及部分延伸至V形槽上方的压块313，底端含有螺杆314，所述螺杆314向下穿过固定在连接板311上的上挡板315、下挡板316以及其间所夹的垂直调节螺母317；所述下模组包括两个对称固定在底板318上的固定块319，以及两个水平调节螺钉320，其沿Z轴以相反方向分别穿过两个支撑块321后，与两个固定块319分别以螺纹连接，所述下模组通过连接在两个固定块319上的挡条322固定在连接板311下端。如图7所示，所述夹头118、轴套216、V形件34位于同一轴线。所述夹头118、平行二指夹钳217通过气动开关协调动作，其夹紧、放松状态相反。所述轴套216、夹头118可根据刀具棒料的外径尺寸进行拆卸、替换。如图1所示，还包括固定在主轴7后端的喷嘴9，其用于在砂轮磨削加工时提供切削液。所述砂轮组8上安装有用于加工包括前刀角、后刀角在内的七个刀具特征的砂轮。所述主轴7可随第一精密旋转轴6做一定角度的旋转。如图3所示，在所述活塞柱115内部安装有活塞柱内O形圈123，在所述转子转接件111内、外部分别安装有转子转接件内O形圈124、转子转接件外O形圈125。如图4所示，所述支撑模块21还包括用于固定滑台位置的滑台锁定螺钉218。如图5所示，所述二维调整座33有两个，其沿进料方向以一定间距安装在支架32上。所述V形件34通过压块313固定在托架312的V形槽中。如图6所示，所述压块313通过压块螺钉323安装在托架312的顶端两侧。所述压块313延伸至V形槽上方的部分的下表面含有倒槽，其用于定位和卡紧V形件34的顶端。本发明实施例还提供相应的使用方法，含有以下步骤：将刀具棒料放置在V形件中，进料至夹持精密旋转轴轴孔前；旋转垂直调节螺母、水平调节螺钉以调整托架的位置，直至刀具棒料在其后端与V形件表面贴合的情况下，其前端能够顺利穿过夹持精密旋转轴；旋转Y向调节旋钮、Z向调节旋钮以调整轴套的位置，直至轴套与夹头处于同轴，使刀具棒料前端能够顺利穿过轴套；将刀具棒料继续沿进料方向推进至其前端靠近砂轮组，完成上料；在控制系统中选择加工程序，开始加工刀具；开启气动开关，夹头夹紧棒料，夹持精密旋转轴带动棒料旋转，同时X轴带动夹持精密旋转轴和棒料沿X轴方向做进给运动；刀具加工完成后，由砂轮组整根切断，X轴带动夹持精密旋转轴和棒料继续沿X轴方向做进给运动，开始加工下一根刀具；X轴达到进给终点后停止运动，关闭气动开关，平行二指夹钳夹紧棒料，夹头放松棒料，X轴自动返回至进给起点处；开启气动开关，夹头再次夹紧棒料，平行二指夹钳放松棒料，夹持精密旋转轴再次带动棒料旋转，同时X轴带动自动夹持精密旋转轴和棒料沿X轴方向做进给运动，重复上述步骤，实现刀具长棒料的连续自动进给加工。作为上述使用方法的优选，还按照以下步骤执行：旋转垂直调节螺母，使其在原位转动的同时，通过螺纹连接配合驱动螺杆，带动托架沿Z轴方向运动；旋紧一个水平调节螺钉，使其在沿Y轴方向前进运动的同时，推动相邻的支撑块沿相同方向运动，所述支撑块通过固定在其上的挡条，带动托架沿该螺钉的前进方向运动。作为上述使用方法的优选，还按照以下步骤执行：开启气动开关，通过气管接头向导气环槽提供压缩空气，压缩空气通过导气孔通向活塞腔，使活塞腔内压力增大，推动活塞柱向外退出活塞腔，活塞柱推动夹头柄向外运动，使精密弹簧压缩；夹头柄持续向外运动，直至挤压到夹头，夹头外端向心收缩，将刀具棒料夹紧；电机带动转子旋转，转子带动夹头柄、圆端盖、夹头以及刀具棒料旋转，为刀具加工过程提供圆周方向的进给运动；关闭气动开关，活塞腔内压力消失，精密弹簧将活塞柱推回至活塞腔中，活塞柱带动夹头柄向内运动，夹头恢复松弛状态，将刀具棒料放松。X轴、Y轴、Z轴、第一精密旋转轴、夹持精密旋转轴均经过防水密封处理，能够在刀具加工的湿切环境中正常工作。转子转接件通过螺钉直接固定在电机的转子上，中间不经过其它传动机构，避免产生回转间隙而影响传动精度。本发明提供的刀具连续自动进给加工系统，在精密旋转轴中集成了自动夹持进给功能，并配合以支撑模块和支撑架，构成一个同时具备直线运动、旋转运动、自动夹持、稳定支撑、连续进给功能的独立模块。将该模块与Y轴、Z轴、砂轮组等原有部件相结合，并利用精密气动技术，通过开闭气动开关控制夹头与平行二指夹钳的协调动作，实现了刀具棒料的自动进给加工，从而可以在一根长棒料上进行多根刀具的连续加工，减少上料次数、提高效率；同时，在形状细长的棒料两端分别以支撑模块轴套和支架模块托架进行支撑，还解决了棒料由于受力弯曲、旋转振动所导致的加工精度不足甚至报废的问题，因此提高了刀具批量生产中的加工稳定性和成品率。使用该装置时，只需预先将足够长的刀具棒料进料并做简单调整，即可实现无需人工干预的自动连续加工。这很好地解决了传统刀具磨床不支持长棒料连续加工所导致的进料频繁、效率低、成本高的缺陷，在保证加工精度的前提下，提高了刀具机加的自动化程度，从而为精密刀具的大批量生产提供了更强的可行性。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。