一种新型球头铣刀刃口磨削方法

技术领域

本发明涉及球头铣刀制造技术领域，特别涉及一种新型球头铣刀刃口磨削方法。

背景技术

随着数控技术的发展，对数控刀具的要求也越来越高，对刀具结构提出了更高的要求。球头铣刀是铣制各种复杂曲面的重要刀具，尤其是随着数控机床的日益增多，这种刀具的需求量将与日剧增。常规的球头铣刀是直线刃口，在切削过程中不易排屑，切屑容易积聚在刃口附近，堵塞铣刀，既影响加工精度，又降低刀具的使用寿命。目前，国内多购置国外制造的S形球头铣刀，其前刀面是波形曲面，易于排屑。国内有些专家和工厂在S形球头铣刀的加工机理和数学模型上作了大量的工作，但这些工作都是基于理想的、没有任何偏差的前提下实现的。而在实际工业实现过程中，存在许多不可避免的偏差、损耗。

球头铣刀属于模具铣刀，由球头和圆柱(圆锥)两部分组成，球头铣刀的S形球刃是指球头的S形刃口曲线，为描述方便，将其简称为S线，S线是一条球面曲线，它是球刃前刀面和球刃后刀面的交线，为了解决球头铣刀的排屑问题，球刃应当是较为理想的S形，球头的轮廓度作为衡量S线偏离球面整体偏差的一项指标，因此很多刀具厂家都对球头的轮廓度有着严格的要求。实际加工过程中，加工机构主要安装尺寸的精确性、砂轮磨损程度、数控系统采用的插补算法、前刀面和后刀面两次定位的偏差等因素，都会影响球头铣刀的轮廓度，该指标不达标会严重降低球头铣刀的加工合格率。故此，我们提出了一种新型球头铣刀刃口磨削方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种新型球头铣刀刃口磨削方法，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种新型球头铣刀刃口磨削方法，具体包括以下步骤：

S1、钝化处理：将粗制坯料通过刀具钝化机进行钝化处理，直至坯料的表面粗糙度达到0.05～0.1um，刀具表面状态为光泽面，不可辩加工痕迹方向，得到初制坯料；

S2、磨刀处理：通过砂轮沿磨削轨迹对初制坯料进行前刀面磨削；

S3、强化处理：采用焊接和激光熔覆的复合方式进行刀刃强化层的加工；

S4、修磨处理：对刀刃强化层进行修磨处理，获得最终的切割刃。

优选的，在所述S1中，所述粗制坯料的钝化处理过程中选用规格号为200号的核桃壳磨料。

优选的，在所述S1中，在钝化过程中，还需往磨料中加入保持粗制坯料表面光洁度的添加剂。

优选的，所述添加剂的主要成分包括钻石膏。

优选的，在所述S2中，所述磨刀处理具体包括以下步骤：

S201：建立球头铣刀球刃部分刀刃曲线的数学模型；

S202：结合微分几何和游动坐标系建立前刀面的数学模型，采用偏心法计算前刀面宽度的变化模型；

S203：依据砂轮姿态计算在瞬时前刀面中的砂轮磨削轨迹。

优选的，在所述S3中，具体包括以下步骤：

S301：借助焊接的方式对焊丝进行预融化并将其沿刀刃的长度方向固定在刀刃的上表面；

S302：利用激光对固定在刀刃上的焊丝进行熔覆处理，使刀刃的上表面形成熔覆层，获得刀刃强化层。

优选的，所述焊丝为合金焊丝；其中，合金焊丝采用普通钢带包裹合金粉末颗粒而成。

优选的，所述合金粉末颗粒成分包括28.03～29.16％Cr，0.22～0.28％C，3.27～3.40％Si，2.91～3.15％B，5.04～5.22％Ni，0.32～0.55％Mn，0.23～0.31％Ce，10.06～10.34％W，0.57～0.64％Y，0.00～0.030％S，0.00～0.035％P，余量为Fe；其中，合金粉末颗粒尺寸65～80μm。

优选的，所述焊接采用TIG焊接，激光熔覆采用半导体激光光束。

优选的，所述TIG焊接的主要工艺参数为：焊接电流为80～220A,电弧电压为12～20V，焊接速度为2～5mm/s，TIG焊枪与刀刃的上表面呈65°～70°的倾斜角度。

优选的，所述激光熔覆的主要工艺参数为：激光功率为1～2KW，光斑直径为2mm，离焦量为3mm，激光头与刀刃上表面呈90°；复合保护气体为氩气，气流量为8L/min。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、在本发明中，在磨削刀刃之前，将粗制坯料的表面均匀钝化，由于没有其他沟槽结构的影响，使得粗制坯料表面的毛刺除去效果更好，而且操作人员更容易判断坯料表面是否已经达到所需的效果，对于刀具钝化时间的把握上简单且准确，报废率低，同时采用新工艺钝化出来的球头铣刀切削寿命更长，且同批次的球头铣刀使用寿命均匀。

2、在本发明中，基于球头立铣刀的几何结构特征，通过微分几何知识，从球刃曲线的数学模型入手，基于游动坐标系的法截面建模法建立了球头铣刀前刀面的数学模型，使用偏心法计算了前刀面宽度的变化模型，在刃磨方法的基础上建立了基于“磨削面法向跟踪+磨削边界切点跟踪”的刀位轨迹算法，有效地调节球头铣刀的轮廓度，弥补了球头铣刀磨削工艺的不足，有效控制球头的轮廓度，提高球头S形刃线的加工质量。

3、本发明利用焊接和激光熔覆的复合技术对刀刃部位进行熔覆层加工，借助熔覆层的高硬度、高强度和耐磨性，不仅实现对刀刃部位的性能提升，提高刀具的最终使用性能，且大大降低材料的成本费用，降低刀具的制造成本。

附图说明

图1为本发明一种新型球头铣刀刃口磨削方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图1所示，一种新型球头铣刀刃口磨削方法，具体包括以下步骤：

S1、钝化处理：将粗制坯料通过刀具钝化机进行钝化处理，直至坯料的表面粗糙度达到0.05～0.1um，刀具表面状态为光泽面，不可辩加工痕迹方向，得到初制坯料；所述粗制坯料的钝化处理过程中选用规格号为200号的核桃壳磨料；在钝化过程中，还需往磨料中加入保持粗制坯料表面光洁度的添加剂；所述添加剂的主要成分包括钻石膏；

S2、磨刀处理：通过砂轮沿磨削轨迹对初制坯料进行前刀面磨削，具体包括以下步骤：

S201：建立球头铣刀球刃部分刀刃曲线的数学模型；

S202：结合微分几何和游动坐标系建立前刀面的数学模型，采用偏心法计算前刀面宽度的变化模型；

S203：依据砂轮姿态计算在瞬时前刀面中的砂轮磨削轨迹；

S3、强化处理：采用焊接和激光熔覆的复合方式进行刀刃强化层的加工，具体包括以下步骤：

S301：采用TIG焊接，焊接电流为80～220A,电弧电压为12～20V，焊接速度为2～5mm/s，TIG焊枪与刀刃的上表面呈65°～70°的倾斜角度，借助焊接的方式对焊丝进行预融化并将其沿刀刃的长度方向固定在刀刃的上表面，所述焊丝为合金焊丝；其中，合金焊丝采用普通钢带包裹合金粉末颗粒而成；所述合金粉末颗粒成分包括28.03～29.16％Cr，0.22～0.28％C，3.27～3.40％Si，2.91～3.15％B，5.04～5.22％Ni，0.32～0.55％Mn，0.23～0.31％Ce，10.06～10.34％W，0.57～0.64％Y，0.00～0.030％S，0.00～0.035％P，余量为Fe；其中，合金粉末颗粒尺寸65～80μm；

S302：采用半导体激光光束，激光功率为1～2KW，光斑直径为2mm，离焦量为3mm，激光头与刀刃上表面呈90°；复合保护气体为氩气，气流量为8L/min，利用激光对固定在刀刃上的焊丝进行熔覆处理，使刀刃的上表面形成熔覆层，获得刀刃强化层；

S4、修磨处理：对刀刃强化层进行修磨处理，获得最终的切割刃。

本发明在磨削刀刃之前，将粗制坯料的表面均匀钝化，由于没有其他沟槽结构的影响，使得粗制坯料表面的毛刺除去效果更好，而且操作人员更容易判断坯料表面是否已经达到所需的效果，对于刀具钝化时间的把握上简单且准确，报废率低，同时采用新工艺钝化出来的球头铣刀切削寿命更长，且同批次的球头铣刀使用寿命均匀；基于球头立铣刀的几何结构特征，通过微分几何知识，从球刃曲线的数学模型入手，基于游动坐标系的法截面建模法建立了球头铣刀前刀面的数学模型，使用偏心法计算了前刀面宽度的变化模型，在刃磨方法的基础上建立了基于“磨削面法向跟踪+磨削边界切点跟踪”的刀位轨迹算法，有效地调节球头铣刀的轮廓度，弥补了球头铣刀磨削工艺的不足，有效控制球头的轮廓度，提高球头S形刃线的加工质量；利用焊接和激光熔覆的复合技术对刀刃部位进行熔覆层加工，借助熔覆层的高硬度、高强度和耐磨性，不仅实现对刀刃部位的性能提升，提高刀具的最终使用性能，且大大降低材料的成本费用，降低刀具的制造成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。