一种可调整尺寸的加工刀具和装置及窄型槽的加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工装置领域，特别是一种可调整尺寸的加工刀具和装置及窄型槽的加工方法。

背景技术

现有较窄槽通常宽度5mm以下，如图3和4所示的空调压缩机气缸滑片槽500，其加工通过采取锯片铣刀铣、槽拉刀拉削进行粗加工后，再使用槽磨砂轮600磨削获得高精度要求，通常槽磨砂轮600厚度是与加工槽宽度相适应的固定尺寸，随着刀具的磨损，槽宽度尺寸就随着变小，刀具过早报废造成加工成本高。另一种途径为在磨削的宽度方向上增加一套精密复杂的伺服进给机构以弥补因砂轮磨损导致的尺寸变化。

发明内容

针对现有槽磨刀具的磨损导致加工难度大和成本高的问题，本发明提供一种可调整尺寸的加工刀具和装置及窄型槽的加工方法，以刀本体的自身的尺寸厚度变化及往复抽拉的加工方式替代传统砂轮磨削，减少对设备进给方向的结构复杂程度和提高槽、孔加工工具的寿命，降低对传统尺寸固定刀具的磨损速度依赖性。

为实现上述目的，本发明选用如下技术方案：一种可调整尺寸的加工刀具，包括刀本体，所述刀本体在沿着磨削往复运动方向上的中部位置预留有夹层槽体，所述夹层槽体至少3个侧部为开口部，所述夹层槽体内镶嵌有压电陶瓷片，使得所述压电陶瓷片在压电形变时能够撑开夹层槽体开口部以改变夹层槽体的开口宽度，调整刀本体的尺寸。

作为本发明的进一步改进：所述刀本体包括位于所述压电陶瓷片两侧面的第一侧刀体和第二侧刀体以及位于所述压电陶瓷片远离夹层槽体开口的侧部的刀体夹持端部，所述第一侧刀体和第二侧刀体的外侧面分别设有磨料颗粒层，形成第一磨削作用面和第二磨削作用面，所述压电陶瓷片在施加直流电压发生形变时调整第一磨削作用面与第二磨削作用面之间的距离。

作为本发明的进一步改进：所述压电陶瓷片具有用于施加直流电压的电极端，所述电极端置于刀体夹持端部并与外部供电部件电性连接，所述压电陶瓷片在通入允许的直流电时发生形变撑开第一侧刀体与第二侧刀体之间间距以使所述刀本体厚度具有um级增量变化。

作为本发明的进一步改进：所述夹层槽体处于所述刀本体的中部以得到厚度相同的第一侧刀体和第二侧刀体，所述夹层槽体的厚度大于所述第一侧刀体和/或第二侧刀体的厚度。

作为本发明的进一步改进：所述压电陶瓷片的厚度为刀本体总厚度的40％-60％。

作为本发明的进一步改进：所述刀本体为片状的长条刀片或圆形刀片或其他异形刀片，所述压电陶瓷片镶嵌在片状刀片中。

另一方面，本发明选用如下技术方案：一种窄型槽的加工方法，利用上述的一种可调整尺寸的加工刀具，在磨削槽中以往复抽拉方式通过两侧形成的磨削作用面对磨削槽内两侧进行磨削加工，包括以下步骤：

获取工件的磨削槽的当前槽宽尺寸，其中槽宽尺寸是磨削槽内两侧面之间的间距；

比较当前槽宽尺寸W和预设槽宽尺寸W`：

在当前槽宽尺寸W＜预设槽宽尺寸W`时，根据具体尺寸差值W`-W来增加供给压电陶瓷片的电流值，使得压电陶瓷片发生形变增加加工刀具的厚度以增大磨削量，直至磨削槽的槽宽尺寸合格。

作为本发明的进一步改进：所述压电陶瓷片在通入陶瓷材料规格所允许的直流电时发生形变，其中形变量随电流电压增大而线性变化以使加工刀具的厚度实现um级的增量变化；

在当前槽宽尺寸W＜预设槽宽尺寸W`时，控制往压电陶瓷片电极端上通入的直流电，根据W`-W的具体尺寸差值来增加电流值，压电陶瓷片发生形变使得第一侧刀体和第二侧刀体之间夹层槽体变宽，从而影响第一磨削作用面和第二磨削作用面之间的间距，使得加工刀具的厚度增加，在往复抽拉运动过程中作用在磨削槽内两侧的磨削作用面而增大磨削量，直至磨削槽内两侧的槽宽尺寸合格，达到加工效果。

作为本发明的进一步改进：还包括以下步骤：

工件的磨削槽预先通过锯片铣刀铣、槽拉刀拉削进行粗加工，磨削槽两侧余量保留0.005-0.01mm；

加工设备带动加工刀具上下往复抽拉运行，多次往复磨削槽的内两侧面，其中加工设备主要由主轴和伺服导轨机构组成，加工刀具通过夹持端部固定在主轴上，主轴上下移动并控制位置和速度带动加工刀具磨削工件的磨削槽两侧余量。

另一方面，本发明选用如下技术方案：一种加工装置，包括如上述的一种可调整尺寸的加工刀具。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明在刀本体两侧电镀磨料，中间镶嵌压电陶瓷，通过往复抽拉方式磨削槽两侧，当刀片磨损时，提高压电陶瓷的电压后刀片的厚度增加，弥补刀片磨损。本发明有效地减少了对传统尺寸固定刀具的磨损速度依赖，实现对槽加工尺寸的调整并延长刀具寿命。

相比于现有技术通过槽磨砂轮磨削滑片槽，砂轮磨损后尺寸就会变小，然后通过伺服机构补偿尺寸变化，其必须具备横向移动的伺服机构，并且要非常精密。本发明由加工刀具的自身厚度变化替代了传统机械传动机构的调整，结构和控制方式大大简化，避免加工刀具过早因尺寸减少而无法使用，并且反复抽拉方式使加工窄型槽的设备或机构更加简单。本发明有效地减少对设备进给方向的结构复杂程度和提高槽、孔加工工具的寿命。

附图说明

为了更清楚地说明技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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为本发明的结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为具有窄型槽的加工工件。

图4为现有技术的槽磨砂轮磨削加工方式的示意图。

图5为实施案例二的往复抽拉加工刀具方式的示意图。

图中标记表示：

100：刀本体、110：第一侧刀体、120：第二侧刀体、130：刀体夹持端部、200：夹层槽体、300：压电陶瓷片、400：往复抽拉运行方向、500：空调压缩机气缸滑片槽、600：槽磨砂轮。

具体实施方式

为了能够清楚、完整地理解技术方案，现结合实施例和附图对本发明进一步说明，显然，所记载的实施例仅仅是本发明部分实施例，所属领域的技术人员在没有作出创造性劳动的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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

实施案例一：

如图1和2所示，一种可调整尺寸的加工刀具，包括刀本体100，所述刀本体在沿着磨削往复运动方向上的中部位置预留有夹层槽体200，所述夹层槽体200的四周有三个侧部为开口部，剩下一个为封闭部，使得夹层槽体的开口部在受力撑开时能够改变宽度以调整刀本体的厚度。所述夹层槽体200内镶嵌有压电陶瓷片300，使得所述压电陶瓷片在压电形变时能够撑开夹层槽体开口部以改变夹层槽体的开口宽度，调整刀本体的尺寸。

所述刀本体100包括位于所述压电陶瓷片300两侧面的第一侧刀体110和第二侧刀体120以及位于所述压电陶瓷片300远离夹层槽体200开口的侧部的刀体夹持端部130，所述第一侧刀体110和第二侧刀体120通过刀体夹持端部130连接，两侧刀体在远离刀体夹持端部130的边缘为不接触，使得两者之间的压电陶瓷片300在形变时撑开第一侧刀体110和第二侧刀体120在开口部间距，使得刀本体的厚度变厚。

所述第一侧刀体110和第二侧刀体120的外侧面分别设有磨料颗粒层400，磨料颗粒层在加工刀具往复抽离过程中作用在待磨削工件表面时形成第一磨削作用面和第二磨削作用面，所述压电陶瓷片在施加直流电压发生形变时，撑开第一侧刀体和第二侧刀体的间距，使得两者外侧磨料颗粒层往外移动，本实施案例的刀本体采用往复抽拉的加工方式，磨料颗粒层的一端稍微往外移动也能使磨削作用面整体往外偏置，进而实现调整第一磨削作用面与第二磨削作用面之间的距离，其中压电陶瓷片300形变量随电流电压增大而线性变化。

所述压电陶瓷片300具有用于施加直流电压的电极端，所述电极端置于刀体夹持端部130并与外部供电部件电性连接，所述压电陶瓷片在通入允许的直流电时发生形变撑开第一侧刀体110与第二侧刀体120之间间距，由于第一侧刀体和第二侧刀体位于靠近刀体夹持端部为固定连接，压电陶瓷片的形变可以调整第一侧刀体和第二侧刀体远离刀体夹持端的开口位置之间的间距，使所述刀本体厚度具有um级增量变化，本本实施案例通过压电陶瓷片的形变可以有效减少了对传统尺寸固定刀具的磨损速度依赖，实现对槽加工尺寸的调整并延长刀具寿命。

所述夹层槽体处于所述刀本体的中部以得到厚度相同的第一侧刀体和第二侧刀体，具体地，所述压电陶瓷片处于所述刀本体的中心线位置，使得分隔开的第一侧刀体和第二侧刀体的厚度相同。所述夹层槽体的厚度大于所述第一侧刀体和/或第二侧刀体的厚度，所述压电陶瓷片的厚度为刀本体总厚度的40％-60％，即压电陶瓷片的厚度要大于两侧侧刀体的厚度，可以更好地控制整体刀本体的厚度增量变化。本实施案例中加工刀具为插珩刀片，通过往复抽拉方式磨削槽两面为插珩加工，一般情况下插珩刀片厚度大多数为5mm以下，本实施案例的刀本体厚度优选为5mm，所述压电陶瓷片的厚度为2-3mm，通过施加直流电在压电陶瓷片上，可以更好地控制形变量和刀本体的厚度增量变化。

作为本实施案例的另外优选，所述刀本体为片状的长条刀片或圆形刀片或其他异形刀片，所述压电陶瓷片镶嵌在片状刀片中。当为圆形刀片时，可在圆心位置作为夹持端部，圆形外圈为两侧刀体之间的开口处；当为异形刀片时，夹层槽体只保留一侧封闭部即可，其他侧部为开口部可以有利于压电陶瓷片的形变而不影响整体刀片的厚度变化控制。

本实施案例在刀本体两侧电镀磨料，中间镶嵌压电陶瓷，通过往复抽拉方式磨削槽两侧，当刀片磨损时，提高压电陶瓷的电压后刀片的厚度增加，弥补刀片磨损，相比于现有技术通过槽磨砂轮磨削滑片槽，砂轮磨损后尺寸就会变小，然后通过伺服机构补偿尺寸变化，其必须具备横向移动的伺服机构，并且要非常精密。本实施案例由加工刀具的自身厚度变化替代了传统机械传动机构的调整，结构和控制方式大大简化，避免加工刀具过早因尺寸减少而无法使用，并且反复抽拉方式使加工窄型槽的设备或机构更加简单。

实施案例二：

如图5所示，一种窄型槽的加工方法，利用实施案例一所述的一种可调整尺寸的加工刀具，在磨削槽中以往复抽拉方式通过两侧形成的磨削作用面对磨削槽内两侧进行磨削加工，包括以下步骤：

工件的磨削槽预先通过锯片铣刀铣、槽拉刀拉削进行粗加工，磨削槽两侧余量保留0.005-0.01mm；

加工设备带动加工刀具上下往复抽拉运动400，多次往复磨削槽的内两侧面，其中加工设备主要由主轴和伺服导轨机构组成，加工刀具通过夹持端部固定在主轴上，主轴上下移动并控制位置和速度带动加工刀具磨削工件的磨削槽两侧余量；

获取工件的磨削槽的当前槽宽尺寸，其中槽宽尺寸是磨削槽内两侧面之间的间距；

比较当前槽宽尺寸W和预设槽宽尺寸W`：

在当前槽宽尺寸W＜预设槽宽尺寸W`时，根据具体尺寸差值W`-W来增加供给压电陶瓷片的电流值，使得压电陶瓷片发生形变增加加工刀具的厚度以增大磨削量，直至磨削槽的槽宽尺寸合格。

所述压电陶瓷片在通入陶瓷材料规格所允许的直流电时发生形变，其中形变量随电流电压增大而线性变化以使加工刀具的厚度实现um级的增量变化；

在当前槽宽尺寸W＜预设槽宽尺寸W`时，控制往压电陶瓷片电极端上通入的直流电，根据W`-W的具体尺寸差值来增加电流值，压电陶瓷片发生形变使得第一侧刀体和第二侧刀体之间夹层槽体变宽，从而影响第一磨削作用面和第二磨削作用面之间的间距，使得加工刀具的厚度增加，在往复抽拉运动过程中作用在磨削槽内两侧的磨削作用面而增大磨削量，直至磨削槽内两侧的槽宽尺寸合格，达到加工效果。

本实施案例相比于现有技术，传统固定尺寸刀具如要改变加工槽尺寸，必须具备横向移动的伺服机构，并且要非常精密，本实施案例可以由加工刀具的自身厚度变化替代了机械传动机构的调整，结构和控制方式大大简化，避免刀具过早因尺寸减少而无法使用，并且反复抽拉方式使加工槽的设备或机构更加简单，减少对设备进给方向的结构复杂程度和提高槽、孔加工工具的寿命。

另一方面，本发明提供另一实施案例：

一种加工装置，包括如实施案例一所述的一种可调整尺寸的加工刀具。本实施案例应用到压缩机气缸滑片槽的加工，通过调整电压大小改变加工槽宽度尺寸。作为本实施案例的进一步选择，其也可以在车刀、镗刀等工具上应用，提供电压大小改变刀尖的位移，从而改变加工的工件的尺寸变化。

上述披露的仅为本发明优选实施例的一种或多种，用于帮助理解技术方案的发明构思，并非对本发明作其他形式的限制，所属领域的技术人员依据本发明所限定特征作出其他等同或惯用手段的置换方案，仍属于本发明所涵盖的范围。