專利名稱：聚晶金剛石球頭刀的制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚晶金剛石球頭刀的制作工藝。
背景技術(shù)：
球頭刀一般是用在工件的成形加工中，通常是用于在被加工工件中成型出具有與 球頭刀的刀片圓弧尺寸(例如半徑)相同尺寸的凹槽?，F(xiàn)有球頭刀主要是包括用整體硬質(zhì) 合金或高速鋼在數(shù)控機(jī)床上制作的整體硬質(zhì)合金或高速鋼球頭刀，其主要不足是被加工件 達(dá)不到穩(wěn)定的尺寸精度和表面光潔度。聚晶金剛石(PCD)球頭刀能解決上述不足，但聚晶 金剛石(P⑶)球頭刀的刃磨一般都是用數(shù)控金剛石磨床進(jìn)行曲線插補(bǔ)成形加工，但數(shù)控金 剛石磨床成本很高，因而在一些場合希望能夠提供用非數(shù)控式的PCD磨床來實(shí)現(xiàn)PCD球頭 刀的刃磨以降低成本，而且還希望進(jìn)一步控制球頭刀尤其是球頭刀刀片的精度。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種聚晶金剛石球頭刀的制作工藝，其能夠精確地加 工出符合精度要求的球頭刀，而尤其能省去數(shù)控磨床來刃磨刀片的需要。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，提供一種制作用于工件中加工出凹槽的聚晶金剛石球頭 刀的工藝。該聚晶金剛石球頭刀包括金屬刀體和圓弧狀聚晶金剛石刀片，該刀體具有沿該 球頭刀的回轉(zhuǎn)中心線延伸的刀桿和位于刀桿一端上的球頭部，該球頭部設(shè)有用于所述刀片 固定于其中的刀槽。該制作工藝包括如下步驟提供聚晶金剛石刀片坯；根據(jù)要被加工出 的凹槽所希望的上偏差和下偏差以及由該上偏差和下偏差限定的公差帶來選定該刀片徑 向尺寸的上偏差和下偏差以及由該上偏差和下偏差限定的公差帶；基于刀片徑向尺寸的選 定的上偏差、下偏差以及公差帶來刃磨刀片，所述刀片沿所述回轉(zhuǎn)中心線方向的徑向尺寸 公差落入以該刀片徑向尺寸上偏差為一個(gè)端點(diǎn)的、占該刀片徑向尺寸公差帶大小的30%的 公差帶子區(qū)間內(nèi)，所述刀片沿橫向于所述回轉(zhuǎn)中心線方向的徑向尺寸公差落入以該刀片徑 向尺寸下偏差為一個(gè)端點(diǎn)的、占該刀片徑向尺寸公差帶大小的30%的公差帶子區(qū)間內(nèi)；加 工成形所述刀桿和球頭部；加工出所述刀槽；將刃磨好的刀片固定到所述刀槽中。
優(yōu)選地，所述刀槽大致平行于所述回轉(zhuǎn)中心線延伸。
進(jìn)一步優(yōu)選地，所述刀片沿所述回轉(zhuǎn)中心線方向的徑向尺寸公差落入以該刀片徑 向尺寸上偏差為一個(gè)端點(diǎn)的、占該刀片徑向尺寸公差帶大小的10%的公差帶子區(qū)間內(nèi)，所 述刀片沿橫向于所述回轉(zhuǎn)中心線方向的徑向尺寸公差落入以該刀片徑向尺寸下偏差為一 個(gè)端點(diǎn)的、占該刀片徑向尺寸公差帶大小的10%的公差帶子區(qū)間內(nèi)。
通過如此控制刀片刃磨時(shí)在沿回轉(zhuǎn)中心線方向和橫向于該方向上的徑向尺寸 (例如半徑)能夠很好地控制刀片精度，尤其是能夠減少甚至消除球頭刀制作時(shí)很容易出 現(xiàn)的刀片的中心偏量和軸向傾角的影響。
根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例，所述刀片徑向尺寸的公差帶的大小為所述凹槽公差帶的大小 的 40% -60% ο
更優(yōu)選地，所述刀片徑向尺寸的上偏差大于所述凹槽上偏差，且所述刀片徑向尺 寸的上偏差與所述凹槽上偏差之差為所述刀片徑向尺寸公差帶大小的20-30%。
根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例，所述加工刀槽步驟包括通過具有回轉(zhuǎn)軸線的慢走絲機(jī) 床裝夾刀桿來進(jìn)行加工。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，在將刃磨好的刀片固定到所述刀槽的步驟之前還包括選 擇具有合適厚度的刀片以控制中心偏量，該中心偏量由所述刀片的前刀面的實(shí)際位置相對 于其理論位置的間距所定義。
更優(yōu)選地，還包括檢查聚晶金剛石刀片刃口的完整性。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，所述提供聚晶金剛石刀片坯步驟包括切割出聚晶金剛石 刀片坯。
優(yōu)選地，加工成型所述刀桿和球頭部步驟包括刀體坯下料、機(jī)加工出刀桿的外形、 熱處理所述刀桿、機(jī)加工出刀桿的中心孔和磨削成型球頭部。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述將刃磨好的刀片固定到所述刀槽中步驟包括通過焊接 或粘接固定該刀片。


以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，其中
圖1示出了一種聚晶金剛石球頭刀的實(shí)施例；
圖2是沿圖1中A-A線截取的橫截面圖3是用于本發(fā)明的球頭刀制作工藝的一個(gè)實(shí)施例的示例性的被加工工件中的 凹槽和刀片的徑向尺寸公差帶的對照；
圖4A和4B相對照地示出了存在和不存在中心偏量的刀頭橫截面圖5示出了存在和不存在中心偏量的刀片回轉(zhuǎn)成形軌跡對比；
圖6示出了具有軸向傾角的P⑶刀片的布置；
圖7示出了存在和不存在軸向傾角的刀片成形軌跡對比；
圖8示出了存在和不存在中心偏量和軸向傾角這兩者的刀片成形軌跡對比。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)參考附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，并由此體現(xiàn)本發(fā)明的思想。附圖呈現(xiàn)根據(jù) 本發(fā)明的球頭刀的多種構(gòu)型，且附圖并未精確地按尺寸繪制，且某些特征可被放大、移除或 部分剖切以更好地示出和解釋本發(fā)明公開內(nèi)容。此外，下文結(jié)合附圖所進(jìn)行的描述不打算 是排他的或者以其他手段將權(quán)利要求書限制于或局限于附圖所示和以下詳細(xì)說明所公開 的精確結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明一種聚晶金剛石(P⑶)球頭刀制作工藝，聚晶金剛石(PCD)球頭刀的結(jié)構(gòu) 如下圖
圖1示出了一種聚晶金剛石球頭刀的正視圖，圖2是沿圖1中線A-A截取的剖視 圖。如圖1和2所示，該聚晶金剛石球頭刀由圓弧狀的聚晶金剛石(PCD)刀片I和金屬刀 桿2組成，P⑶刀片I焊接或粘接在刀桿2球頭上的刀槽內(nèi)，前角0°，后角大約為20°。加 工工件時(shí)，該球頭刀繞刀桿2的回轉(zhuǎn)中心線0-0回轉(zhuǎn)，在被加工件上形成一個(gè)半徑為R的球形凹槽。如圖所示該金屬刀體具有沿該球頭刀的回轉(zhuǎn)中心線延伸的刀桿和位于刀桿一端上的球頭部，該球頭部設(shè)有用于所述刀片固定于其中的刀槽。具體地如圖2所示，所述刀槽平行于所述回轉(zhuǎn)中心線延伸。需要說明的是，這里僅示出了一種聚晶金剛石球頭刀的示例，但根據(jù)本發(fā)明的制作方法也可以用于制作具有其它尺寸參數(shù)的球頭刀。
下面以圖1和2所示的聚晶金剛石球頭刀為例說明根據(jù)本發(fā)明的制作工藝。一個(gè)示例性的方案包括如下工藝路線
a.提供聚晶金剛石刀片坯；
b.根據(jù)要被加工出的球形凹槽所希望有的上偏差和下偏差以及由該上偏差和下偏差限定的公差帶來選定該刀片徑向尺寸的上偏差和下偏差以及由該上偏差和下偏差限定的公差帶；
c.基于選定的刀片徑向尺寸的上偏差、下偏差和公差帶來刃磨刀片；
d.加工成形所述刀桿和球頭部；
e.加工出所述刀槽；
f.將刃磨好的刀片固定到所述刀槽中；
g.檢查所述聚晶金剛石刀片。
本發(fā)明的聚晶金剛石(PCD)球頭刀制作工藝尤其還可適合于無需數(shù)控金剛石磨床的環(huán)境。但尤其在不用數(shù)控金剛石磨床通過插補(bǔ)進(jìn)行加工的情況下，球頭刀的精度是尤為引人關(guān)心的。本發(fā)明人據(jù)此通過本發(fā)明的方案以在省去數(shù)控金剛石磨床來刃磨刀片的情況下，仍能夠精確地加工出符合精度要求的球頭刀。具體地，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)影響PCD球頭刀的一些影響因素，并且提供了解決方案來減小和克服這些因素的影響，以提 高球頭刀的精度。在下文，將結(jié)合附圖描述球頭刀精度的一些影響因素。
參見圖4A和4B，其中顯示了球頭刀的刀頭橫截面圖。其中，在球頭部中例如通過車床線切割切出刀槽的步驟中，以及在將PCD刀片I焊固或粘接在刀槽內(nèi)的步驟中，可能會造成刀片的前刀面的實(shí)際位置偏離其理論位置，該偏離的軸向間距在本發(fā)明中定義為中心偏量。具體而言，如圖4A所示，刀片前刀面的理論位置應(yīng)該在垂直于回轉(zhuǎn)中心的球頭部截面的半徑上(換句話說在刀具回轉(zhuǎn)中心的理論中心面上)延伸。而由于刀槽加工以及例如刀片焊接固定的影響，刀片前刀面的實(shí)際位置可能會偏離球頭部的半徑，從而造成中心偏量。
而如圖4A和4B所示，可以明白，在具有中心偏量H之后，球頭刀的最大回轉(zhuǎn)半徑將會變大，具體而言將為R1，其中片=R2 +丑2。此時(shí)回轉(zhuǎn)形成的成形軌跡不再是圓，而是最大回轉(zhuǎn)半徑變大的橢圓，橢圓的長軸為R1，短軸為R，如圖5所示。而該橢圓的長軸與理論圓的差等于R1-R。這樣在用標(biāo)準(zhǔn)球檢查被加工工件的凹槽中的成形面時(shí)，就會有標(biāo)準(zhǔn)球接觸不到底面的現(xiàn)象。注在圖4B中顯示為在理論中心面下方的中心偏量，但在理論中心面上方的中心偏量仍會類似地造成最大回轉(zhuǎn)半徑變大。
現(xiàn)參考圖6，其中顯示了由該刀片的延伸方向相對于所述回轉(zhuǎn)中心線延伸方向所限定出的軸向傾角σ。類似地，在球頭部中通過機(jī)床線切割切出刀槽的步驟中，以及在將 PCD刀片I焊固或粘接在刀槽內(nèi)的步驟中，刀片的延伸方向可能偏斜于回轉(zhuǎn)中心線(理論上應(yīng)該沿回轉(zhuǎn)中心線延伸)，在此即造成了刀片的軸向傾角。而由于軸向傾角的影響，PCD刀片軸向的長度L在水平軸上的投影(也是軸向加工長度)就變成了 LI，LI = L*cos σ，從而LI < L。而理論軸向加工長度與刀片的軸向長度相等，即為L (在球頭刀中L = 2R)，此 時(shí)回轉(zhuǎn)形成的成形軌跡不再是圓，而是軸向加工長度減小的橢圓，如圖7所示。當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)球 檢查被加工工件的凹槽中的成形面時(shí)，同樣會有標(biāo)準(zhǔn)球接觸不到球形凹槽底面的現(xiàn)象
而由于上述兩者因素的存在，會造成球頭刀的加工成型的凹槽呈現(xiàn)出即最大回轉(zhuǎn) 半徑變大，軸向加工長度變小的情形，從而會顯示如圖8所示的橢球面。而且，中心偏量和 軸向傾角都會造成標(biāo)準(zhǔn)球檢查成形面時(shí)，接觸不到球形凹槽底面的現(xiàn)象。
現(xiàn)參考圖3，說明為了減小或消除上述兩個(gè)因素的影響，本發(fā)明所采用的手段。本 領(lǐng)域技術(shù)人員將明白球頭刀中PCD刀片I的圓弧的徑向尺寸(例如)的大小和形狀，對被 加工工件中球形凹槽的基本尺寸和形狀是基本相等的(公差不一樣)。
如上所提到的，在本發(fā)明的方案中，根據(jù)要被加工出的球形凹槽所希望有的上偏 差和下偏差以及由該上偏差和下偏差限定的公差帶來選定該刀片徑向尺寸的上偏差和下 偏差以及由該上偏差和下偏差限定的公差帶。
如圖3所示，E為凹槽的徑向尺寸的公差帶，El為凹槽的上偏差，E2為凹槽的下 偏差；D為刀片的徑向尺寸(在此為半徑R)的公差帶，Dl為上偏差，D2為下偏差。優(yōu)選 地，在選擇刀片公差時(shí)，取所述刀片徑向尺寸的公差帶的大小為所述凹槽公差帶的大小的 40% -60%，更優(yōu)選為刀片的尺寸公差大小為凹槽尺寸公差大小的一半，即D = E/2。如圖 所示，所述刀片徑向尺寸的上偏差大于所述凹槽上偏差，且所述刀片徑向尺寸的上偏差與 所述凹槽上偏差之差G為所述刀片徑向尺寸公差帶大小的20-30%。更優(yōu)選是G = Dl-El =D/4，這樣能很好地保障加工出工件的尺寸精度。
在根據(jù)本發(fā)明的制作工藝中，為了減小或消除上述中心偏量和軸向傾角因素的影 響，通常使得刀片的徑向尺寸的公差，在大體沿回轉(zhuǎn)中心線0-0方向上相對地接近于上偏 差，即刀片公差帶中上50%部分，而在垂直于回轉(zhuǎn)中心線0-0方向上相對地下偏差，也即是 刀片公差帶中下50%部分。更具體地，所述刀片沿所述回轉(zhuǎn)中心線方向的徑向尺寸公差落 入以該刀片徑向尺寸上偏差為一端點(diǎn)的、占該刀片徑向尺寸公差帶大小的30%的公差帶子 區(qū)間內(nèi)，即公差帶中70%位置至上偏差之間的區(qū)間內(nèi)；所述刀片沿橫向于所述回轉(zhuǎn)中心線 方向的徑向尺寸公差落入以該刀片徑向尺寸下偏差為一端點(diǎn)的、占該刀片徑向尺寸公差帶 大小的30%的公差帶子區(qū)間內(nèi)，即下偏差至公差帶中30%位置的區(qū)間內(nèi)。更優(yōu)選地，所述 刀片沿所述回轉(zhuǎn)中心線方向的徑向尺寸公差落入以該刀片徑向尺寸上偏差為一端點(diǎn)的、占 該刀片徑向尺寸公差帶大小的10%的公差帶子區(qū)間內(nèi)；所述刀片沿橫向于所述回轉(zhuǎn)中心 線方向的徑向尺寸公差落入以該刀片徑向尺寸下偏差為一端點(diǎn)的、占該刀片徑向尺寸公差 帶大小的10%的公差帶子區(qū)間內(nèi)。
通過這樣設(shè)置，圓弧形刀片刃口的加工面在微觀上呈現(xiàn)在回轉(zhuǎn)半徑方向比R小， 而在沿回轉(zhuǎn)中心線方向該刀片的徑向尺寸將會比L(2R)大，從而至少部分抵消了上述中心 偏量和軸向傾角的影響。通過本發(fā)明來控制圓弧狀刀片的尺寸精度保證了球頭刀的最終尺 寸，能很好地保證工件成形加工的尺寸和形狀精度。
在磨P⑶刀片I圓弧R時(shí)，可按照上述尺寸和公差要求進(jìn)行控制。
此外，本發(fā)明還提供其它進(jìn)一步的方法來減小或抵消中心偏量和軸向傾角的影 響。例如通過具有回轉(zhuǎn)軸線的慢走絲機(jī)床裝夾刀桿來進(jìn)行加工刀槽，此機(jī)床能較精確地定 位刀桿的回轉(zhuǎn)中心，且能加工出尺寸精度很高的刀槽尺寸。例如篩選刀片，選用厚度合適的刀片與刀槽相配，以達(dá)到進(jìn)一步控制中心偏量。此外，例如在焊接刀片時(shí)，在焊片熔化后，注 意均勻地下壓刀片，使刀片底部與刀槽均勻接觸，以保證中心偏量和軸向傾角。
中心偏量和軸向傾角的控制主要是在線切割切刀桿2球頭上刀槽和將PCD刀片I 焊在刀桿2球頭上刀槽內(nèi)。
此外，還可以對本發(fā)明的上述工藝進(jìn)行很多的改進(jìn)和/或限定，例如所述提供聚 晶金剛石刀片坯步驟包括切割出聚晶金剛石刀片坯。
根據(jù)本發(fā)明的一些方案，加工成形所述刀桿和球頭部包括刀體坯下料、機(jī)加工出 刀桿的外形(如車床車出其外形)、熱處理所述刀桿(例如淬火和回火)、機(jī)加工出刀桿的 中心孔(例如電火花加工出中心孔和研磨該中心孔)和磨削成型球頭部。進(jìn)一步地，還可 以包括在刀桿2上磨出球頭刀的排屑倒角。
上述的檢查聚晶金剛石刀片步驟是優(yōu)選步驟，例如可以包括下述手段的一項(xiàng)或多 項(xiàng)檢查所述刀片的中心偏量是否符合要求和檢查由該刀片的延伸方向相對于所述回轉(zhuǎn)中 心線延伸方向所限定出的軸向傾角是否符合要求，以及檢查該刀片刃口的完整性。
其中檢驗(yàn)PCD刀片I刃口，例如可以在50倍放大鏡下檢驗(yàn)，以確認(rèn)無任何崩口現(xiàn) 象，保證刃口平滑，以保證被加工工件表面質(zhì)量。
通過本發(fā)明的上述方案，能夠精確地加工出符合精度要求的球頭刀，而尤其能省 去數(shù)控磨床來刃磨刀片的需要，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能對上述方案進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn) 和變換，而這些可以由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所作出的改進(jìn)和變換落入所附權(quán)利要求書及 其等同所限定的本發(fā)明的范圍和精神中。
權(quán)利要求
1.一種制作用于工件中加工出凹槽的聚晶金剛石球頭刀的制作工藝，該聚晶金剛石球頭刀包括金屬刀體和圓弧狀聚晶金剛石刀片，該刀體具有沿該球頭刀的回轉(zhuǎn)中心線延伸的刀桿和位于刀桿一端上的球頭部，該球頭部設(shè)有用于所述刀片固定于其中的刀槽，該制作工藝包括如下步驟(a)提供聚晶金剛石刀片坯；(b)根據(jù)要被加工出的凹槽所希望有的上偏差和下偏差以及由該上偏差和下偏差限定的公差帶來選定該刀片徑向尺寸的上偏差和下偏差以及由該上偏差和下偏差限定的公差帶;(C)基于所述刀片徑向尺寸的選定的上偏差、下偏差以及上述公差帶來刃磨刀片坯，所述刀片沿所述回轉(zhuǎn)中心線方向的徑向尺寸公差落入以該刀片徑向尺寸上偏差為一個(gè)端點(diǎn)的、占該刀片徑向尺寸公差帶大小的30%的公差帶子區(qū)間內(nèi)，所述刀片沿橫向于所述回轉(zhuǎn)中心線方向的徑向尺寸公差落入以該刀片徑向尺寸下偏差為一個(gè)端點(diǎn)的、占該刀片徑向尺寸公差帶大小的30%的公差帶子區(qū)間內(nèi)；(d)加工成形所述刀桿和球頭部；(e)加工出所述刀槽；(f)將刃磨好的刀片固定到所述刀槽中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作工藝，其特征是，所述刀片沿所述回轉(zhuǎn)中心線方向的徑向尺寸公差落入以該刀片徑向尺寸上偏差為一個(gè)端點(diǎn)的、占該刀片徑向尺寸公差帶大小的 10%的公差帶子區(qū)間內(nèi)，所述刀片沿橫向于所述回轉(zhuǎn)中心線方向的徑向尺寸公差落入以該刀片徑向尺寸下偏差為一端點(diǎn)的、占該刀片徑向尺寸公差帶大小的10%的公差帶子區(qū)間內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作工藝，其特征是，所述刀片徑向尺寸的公差帶的大小為所述凹槽公差帶的大小的40% -60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制作工藝，其特征是，所述刀片徑向尺寸的上偏差大于所述凹槽上偏差，且所述刀片徑向尺寸的上偏差與所述凹槽上偏差之差為所述刀片徑向尺寸公差帶大小的20-30%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制作工藝，其特征是，所述加工刀槽步驟包括通過具有回轉(zhuǎn)軸線的慢走絲機(jī)床來進(jìn)行加工。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制作工藝，其特征是，在將刃磨好的刀片固定到所述刀槽的步驟之前還包括基于中心偏量選擇刀片，該中心偏量由所述刀片的前刀面的實(shí)際位置相對于其理論位置的周向間距所定義。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制作工藝，其特征是，所述提供聚晶金剛石刀片坯步驟包括切割出聚晶金剛石刀片坯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制作工藝，其特征是，所述加工成型所述刀桿和球頭部步驟包括刀體坯下料、機(jī)加工出刀桿的外形、熱處理所述刀桿、機(jī)加工出刀桿的中心孔和磨削成型球頭部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制作工藝，其特征是，還包括檢查所述聚晶金剛石刀片的刃口完整性。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制作工藝，其特征是，所述將刃磨好的刀片固定 到所述刀槽中步驟包括通過焊接或粘接固定該刀片。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制作用于工件中加工出凹槽的聚晶金剛石球頭刀的工藝，其要點(diǎn)在于使得所述刀片沿所述回轉(zhuǎn)中心線方向的徑向尺寸公差落入以該刀片徑向尺寸上偏差為一端點(diǎn)的、占該刀片徑向尺寸公差帶大小的30％的公差帶子區(qū)間內(nèi)，而同時(shí)使得所述刀片沿橫向于所述回轉(zhuǎn)中心線方向的徑向尺寸公差落入以該刀片徑向尺寸下偏差為一端點(diǎn)的、占該刀片徑向尺寸公差帶大小的30％的公差帶子區(qū)間內(nèi)。
文檔編號B28D1/00GK102990785SQ201110267049
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者解宇, 楊羽 申請人:深圳市中天精密工具有限公司