一种断屑用伺服刀架及其切削方法与流程

本发明涉及一种智能制造装备技术领域，特别是一种断屑用伺服刀架及其切削方法。

背景技术：

车削加工是金属切削加工中最常见的一种加工方法。对于数控机床(加工中心)等自动化加工设备，由于其刀具数量较多，刀架与刀具联系密切，断屑问题就显得更为重要，只要其中—把刀断屑不可靠，就可能破坏机床的自动循环，甚至破坏整条自动线正常运转，所以在设计、选用或刃磨刀具时，必须考虑刀具断屑的可靠性。

目前常用的断屑方法主要包括：改变刀具几何参数和调整切削用量、利用在工件表面上的预先开槽的方法、利用断屑槽、断屑器、断屑装置等。对于改变刀具几何参数的方法，减小刀具前角；增大主偏角；在主切削刃上磨出负倒棱；降低切削速度；加大进给量以及改变主切削刃形状等都能促使切屑折断。但是，采取这些方法断屑，常会导致加工生产率下降，工件表面质量恶化、切削力增大等，这种方法，在自动线上很少采用。在工件表面上预先开槽的方法虽然断屑效果好，但会增加加工的工作量。另外，利用断屑槽来断屑的方法应用的很广泛。例如，为了适用不同的切削用量范围，硬质合金可转位刀片上压制有多种形状及不同尺寸的断屑槽，便于选用，这样既经济又简便，不足之处是刀具合理几何参数的确定，受到断屑要求的牵制。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种断屑用伺服刀架及其切削方法。本发明采用变进给的方式进行切削加工，对不同的毛坯以及在不同切削用量的条件下都具有很好的断屑性能。

本发明的技术方案：一种断屑用伺服刀架，包括刀架本体，所述刀架本体的中部开设有开口槽，开口槽内设有车刀，开口槽的两侧壁上分别开设有一组第一通孔及一组第二通孔，所述第一通孔内安装有第一压电陶瓷驱动器，所述第二通孔内安装有第二压电陶瓷驱动器，且所述第一压电陶瓷驱动器及第二压电陶瓷驱动器分别抵在车刀的两侧；所述刀架本体的顶部滑动连接有上端盖板，上端盖板的中部穿设有作用于车刀顶部的第一预紧螺栓，旋紧第一预紧螺栓时，上端盖板及第一预紧螺栓随车刀同步移动。

前述的一种断屑用伺服刀架中，所述第一压电陶瓷驱动器滑动设置于对应的第一通孔内，所述第二压电陶瓷驱动器滑动设置于对应的第二通孔内；所述刀架本体的两端分别设有右端盖板及左端盖板，右端盖板上穿设有一组第二预紧螺栓，所述第二预紧螺栓与刀架本体上对应的第一通孔螺纹配合，且第二预紧螺栓抵在第一压电陶瓷驱动器上；左端盖板上穿设有一组第三预紧螺栓，所述第三预紧螺栓与刀架本体上对应的第二通孔螺纹配合，且第三预紧螺栓抵在第二压电陶瓷驱动器上。

前述的一种断屑用伺服刀架中，所述第一通孔的数量与第二通孔的数量相同，且所述第一通孔的正投影与对应的第二通孔相重合。

前述的一种断屑用伺服刀架中，所述刀架本体的顶部设有“工”字形导轨，“工”字形导轨平行于车刀的位移方向，所述上端盖板的底部设有与“工”字形导轨相契合的“工”字形滑槽。

前述的一种断屑用伺服刀架中，所述开口槽的底部开设有多个安装槽，所述安装槽内嵌设有滚动钢球，所述车刀设置在滚动钢球上。

前述的一种断屑用伺服刀架中，所述第一预紧螺栓具有两个或两个以上。

前述的一种断屑用伺服刀架的切削方法，包括以下步骤：

s1、将车刀安装于刀架本体的开口槽中；

s2、车刀左右两侧分别由第二压电陶瓷驱动器及第一压电陶瓷驱动器抵住，刀架主体一侧的左端盖板将第二压电陶瓷驱动器封闭在第二通孔内，刀架主体另一侧的右端盖板将第一压电陶瓷驱动器封闭在第一通孔内，通过调节第二预紧螺栓和第三预紧螺栓确定车刀左右安装位置，通过调节第一预紧螺栓，使第一预紧螺栓底面与车刀上表面顶紧，从而达到固定车刀的效果；

s3、进行变进给车削加工，在第一压电陶瓷驱动器与第二压电陶瓷驱动器的驱动下使车刀的刀刃进行移动。

前述的一种断屑用伺服刀架的切削方法中，步骤s3中所述的变进给车削加工，当要求车刀的刀刃向左移动时，右端的第一压电陶瓷驱动器施加正向电压使得其伸长△x，而左端的第二压电陶瓷驱动器则施加相应的负向电压使其缩短△x，从而使车刀的刀刃向左移动△x；当要求车刀的刀刃向右移动时，右端的第一压电陶瓷驱动器施加负向电压使得其缩短△x，而左端的第二压电陶瓷驱动器则施加相应的正向电压使其伸长△x，从而使车刀的刀刃向右移动△x。

与现有技术相比，本发明在车削加工时，第一压电陶瓷驱动器与第二压电陶瓷驱动器驱使车刀的刀刃进行移动，当要求车刀的刀刃向左移动时，右端的第一压电陶瓷驱动器施加正向电压使得其伸长△x，而左端的第二压电陶瓷驱动器则施加相应的负向电压使其缩短△x，从而使车刀的刀刃向左移动△x，车刀的刀刃向右移动与上述方法同理。刀刃在第一压电陶瓷驱动器与第二压电陶瓷驱动器的驱动下呈周期性的运动，若取刀刃上一点a，a点的运动轨迹呈一条近似的正弦曲线，通过调整工件相邻两转内刀刃运动轨迹的相位，就可使切屑在厚度上产生薄弱环节，从而使切屑易于折断，当a点前一次加工轨迹与后一次加工轨迹重叠时，切屑的厚度为零，使得切屑达到断屑的效果。因此，本发明采用变进给的方式进行切削加工，对不同的毛坯以及在不同切削用量的条件下都能具备很好的断屑性能。

本发明通过调节第二预紧螺栓及第三预紧螺栓即可调节第一压电陶瓷驱动器和第二压电陶瓷驱动器的安装位置，从而调节车刀的初始安装位置，调节十分方便。

本发明第一通孔的数量与第二通孔的数量相同，第一通孔的正投影与对应的第二通孔相重合，从而在安装第一压电陶瓷驱动器与第二压电陶瓷驱动器之后，第一压电陶瓷驱动器与第二压电陶瓷驱动器在车刀的两侧施加等大反向的应力，从而使车刀两侧表面受力均匀，提高车刀的固定效果。

本发明在刀架本体的顶部设置“工”字形导轨，通过在上端盖板的底部开设与“工”字形导轨相契合的“工”字形滑槽，实现上端盖板沿“工”字形导轨进行滑移。当第一压电陶瓷驱动器和第二压电陶瓷驱动器动作时，上端盖板跟随其在“工”字形导轨上移动相应位置。

本发明在开口槽底部的安装槽中设置了滚动钢球，车刀设置在滚动钢球上，方便车刀在第一压电陶瓷驱动器和第二压电陶瓷驱动器的驱动下进行左右移动。

本发明的第一预紧螺栓具有两个或两个以上，多个第一预紧螺栓组成多个向下的施力源并作用于车刀的上表面，能够使车刀安装更加稳固，防止发生侧偏。

附图说明

图1是伺服刀架的整体结构示意图；

图2是伺服刀架的爆炸图；

图3是伺服刀架的右视图；

图4是伺服刀架隐藏上端盖板后的结构示意图；

图5是伺服刀架的仰视图；

图6是图5中截面a-a的剖视图；

图7是棒料截面示意图；

图8是刀刃上a点的切削轨迹图；

图9是切削厚度的变化示意图。

附图中的标记为：1、刀架本体；2、开口槽；3、车刀；4、第一压电陶瓷驱动器；5、第二压电陶瓷驱动器；6、上端盖板；7、第一预紧螺栓；8、右端盖板；9、左端盖板；10、第二预紧螺栓；11、第三预紧螺栓；12、“工”字形滑槽；13、“工”字形导轨；14、滚动钢球；15、第一通孔；16、第二通孔；17、安装槽。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例：一种断屑用伺服刀架，如附图1-6所示，包括刀架本体1，所述刀架本体1的中部开设有开口槽2，开口槽2内设有车刀3，开口槽2的两侧壁上分别开设有一组第一通孔15及一组第二通孔16，所述第一通孔15内安装有第一压电陶瓷驱动器4，所述第二通孔16内安装有第二压电陶瓷驱动器5，且所述第一压电陶瓷驱动器4及第二压电陶瓷驱动器5分别抵在车刀3的两侧；所述刀架本体1的顶部滑动连接有上端盖板6，上端盖板6的中部穿设有作用于车刀3顶部的第一预紧螺栓7，旋紧第一预紧螺栓7时，第一预紧螺栓7的底端抵在车刀3的顶部，且上端盖板6及第一预紧螺栓7随车刀3同步移动。

如附图1和附图2所示，所述第一压电陶瓷驱动器4滑动设置于对应的第一通孔15内，所述第二压电陶瓷驱动器5滑动设置于对应的第二通孔16内；所述刀架本体1的两端分别设有右端盖板8及左端盖板9，右端盖板8上穿设有一组第二预紧螺栓10，所述第二预紧螺栓10与刀架本体1上对应的第一通孔15螺纹配合，且第二预紧螺栓10抵在第一压电陶瓷驱动器4上；左端盖板9上穿设有一组第三预紧螺栓11，所述第三预紧螺栓11与刀架本体1上对应的第二通孔16螺纹配合，且第三预紧螺栓11抵在第二压电陶瓷驱动器5上。通过调节第二预紧螺栓10及第三预紧螺栓11即可调节第一压电陶瓷驱动器4和第二压电陶瓷驱动器5的安装位置，从而调节车刀3的初始安装位置，调节十分方便。

其中，所述第一通孔15的数量与第二通孔16的数量相同，本实施例中第一通孔15与第二通孔16的数量均为6个，且所述第一通孔15的正投影与对应的第二通孔16相重合，从而在安装第一压电陶瓷驱动器4与第二压电陶瓷驱动器5之后，第一压电陶瓷驱动器4与第二压电陶瓷驱动器5在车刀3的两侧施加等大反向的应力，从而使车刀3两侧表面受力均匀，提高车刀3的固定效果。

如附图2所示，所述刀架本体1的顶部设有“工”字形导轨13，“工”字形导轨13平行于车刀3的位移方向，所述上端盖板6的底部设有与“工”字形导轨13相契合的“工”字形滑槽12，实现上端盖板6沿“工”字形导轨13进行滑移。当第一压电陶瓷驱动器4和第二压电陶瓷驱动器5动作时，上端盖板6跟随其在“工”字形导轨13上移动相应位置。

如附图6所示，所述开口槽2的底部开设有多个安装槽17，所述安装槽17内嵌设有滚动钢球14，所述车刀3设置在滚动钢球14上，方便车刀3在第一压电陶瓷驱动器4和第二压电陶瓷驱动器5的驱动下进行左右移动。

其中，所述第一预紧螺栓7具有两个或两个以上，多个第一预紧螺栓7组成多个向下的施力源并作用于车刀3的上表面，能够使车刀3安装更加稳固，防止发生侧偏。

结合前述的一种断屑用伺服刀架，其切削方法，包括以下步骤：

s1、将车刀安装于刀架本体的开口槽中；

s2、车刀左右两侧分别由第二压电陶瓷驱动器及第一压电陶瓷驱动器抵住，刀架主体一侧的左端盖板将第二压电陶瓷驱动器封闭在第二通孔内，刀架主体另一侧的右端盖板将第一压电陶瓷驱动器封闭在第一通孔内，通过调节第二预紧螺栓和第三预紧螺栓确定车刀左右安装位置，通过调节第一预紧螺栓，使第一预紧螺栓底面与车刀上表面顶紧，从而达到固定车刀的效果；

s3、进行变进给车削加工，在第一压电陶瓷驱动器与第二压电陶瓷驱动器的驱动下使车刀的刀刃进行移动。当要求车刀的刀刃向左移动时，右端的第一压电陶瓷驱动器施加正向电压使得其伸长△x，而左端的第二压电陶瓷驱动器则施加相应的负向电压使其缩短△x，从而使车刀的刀刃向左移动△x；当要求车刀的刀刃向右移动时，右端的第一压电陶瓷驱动器施加负向电压使得其缩短△x，而左端的第二压电陶瓷驱动器则施加相应的正向电压使其伸长△x，从而使车刀的刀刃向右移动△x。

其中，刀刃在第一压电陶瓷驱动器与第二压电陶瓷驱动器的驱动下呈周期性的运动，若加工一圆柱棒料,其截面直径为d如附图7所示，将其圆柱截面展开，取刀刃上一点a，其切削轨迹如附图8所示，虚线所示的带宽f为正常车削加工时的进给量，而本发明采用的变进给车削加工最大进给量为famax，最小进给量为famin。a点的运动轨迹呈一条近似的正弦曲线，通过调整工件相邻两转内刀刃运动轨迹的相位，就可使切屑在厚度上产生薄弱环节，从而使切屑易于折断，图9为变进给切削加工时切屑厚度的变化，当a点前一次加工轨迹与后一次加工轨迹重叠时，切屑的厚度为零，使得切屑达到断屑的效果。因此，本发明采用变进给的方式进行切削加工，对不同的毛坯以及在不同切削用量的条件下都能具备很好的断屑性能。