專利名稱：斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與鐵及鐵合金材料切削加工過程中的斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制有關(guān)，具體地說，本發(fā)明是一種利用電磁原理的斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置和方法。
鐵及鐵合金材料由于具有良好的機(jī)械性質(zhì)和可切削性，被廣泛地用作通過切削加工而制成機(jī)械零件或結(jié)構(gòu)的材料。但是除了鑄鐵之外(因?yàn)殍T鐵被切削時(shí)，切屑為碎片狀)，鐵材切削加工時(shí)所產(chǎn)生的很長(zhǎng)的連續(xù)式的切屑，將會(huì)與刀具、工件、機(jī)件糾纏在一起，造成操作時(shí)的困擾。甚至于造成切削操作中斷，必須停機(jī)檢查并處理糾纏在一起的切屑，因而影響了切削加工的效率。同時(shí)，對(duì)于切削加工操作者而言，也很有危險(xiǎn)性。若其情況控制得不適當(dāng)，還將會(huì)導(dǎo)致切削刀具刃口的碎裂，或損傷工件及機(jī)器。此外，對(duì)于大量很長(zhǎng)的連續(xù)式切削，由于其切屑容積比(bulkratio)太高，亦造成切屑的被處理性不佳，更造成斷屑運(yùn)送上的困擾和不符合經(jīng)濟(jì)性要求。目前，切削加工趨向大量的金屬移除率、及切削自動(dòng)化和無人化的高可靠度切削制程。若切屑無法被適當(dāng)?shù)刈髑袛嗫刂?，那么，大量的金屬移除率的切削、切削自?dòng)化和無人化，將因切屑所造成的困擾而無法被執(zhí)行。
公知的車削切屑斷屑方法，是通過車刀上具有切屑破斷構(gòu)造來達(dá)成，其車刀構(gòu)造大致可分為兩種如

圖1所示，A、B為槽溝式(groowetype)車刀，該公知的切屑斷屑方式是在刀具的刀面上預(yù)先假定的切屑運(yùn)動(dòng)路徑的適當(dāng)位置處，設(shè)有槽溝或適當(dāng)形狀的阻斷片，并選擇符合斷屑裝置形狀的適用的切削條件，例如切削深度與切削速度，于車削期間，迫使流經(jīng)刀具刀面上的切屑彎曲至臨界切屑破斷曲率半徑，而使切屑承受高的彎曲應(yīng)力，達(dá)到切削破斷控制的功效?；蛘?，通過斷屑構(gòu)造的作用，在切削期間引導(dǎo)切屑撞擊切削過渡面S1，或撞擊刀具的刀腹面S2，從而撞斷切屑，如圖2A、2B所示。
切屑的破斷所牽涉的因素很多包括刀具的幾何形狀，切削條件(例如切削深度、進(jìn)給、切削速度等)、工件的材料以及切削時(shí)的狀況(例如切屑的飄動(dòng)、切屑卷曲方向的差異、切屑卷曲后所造成的彎曲應(yīng)力的充足與否)等。這些因素都能影響切削時(shí)切屑破斷的確實(shí)性。公知的刀具斷屑裝置，在刀具刀面上適當(dāng)位置處制造一溝槽或夾持適當(dāng)形狀的阻斷片，以設(shè)定該刀具刀面上的幾何形狀，并選擇符合該斷屑構(gòu)造形狀的適用切削條件，從而達(dá)到切屑斷屑效果。然而，在所有會(huì)影響切屑破斷的因素都無法完全控制的條件下，僅藉通過控制其中一部分的因素為其手段，是無法達(dá)到完善的斷屑效果的。因此，目前公知的斷屑方法，僅在某些特定的限制條件下才具有切屑斷屑效果。況且，刀具刀面的幾何形狀一經(jīng)設(shè)定后，亦無法隨著切削時(shí)的各種情況或條件隨時(shí)配合改變，也就是說，一把切削刀具僅能具有一種刀具幾何形狀，因而更限制了切屑斷屑效果。因此，目前所采用的斷屑方法，只能說是一種特例的應(yīng)用而已，很顯然地是無法滿足生產(chǎn)上的要求。
本發(fā)明的主要目的在于提供一種斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置和方法，使鐵及鐵合金材料被切削加工時(shí)，可能影響切屑斷屑效果的因素都被有效地控制，而達(dá)到切屑能夠完全確實(shí)地被破斷，以及切屑破斷長(zhǎng)度能夠完全被切削操作者任意設(shè)定與控制。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置和方法，其安裝、控制及設(shè)定切屑破斷長(zhǎng)度均十分容易。
本發(fā)明的斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置和方法的一個(gè)主要特征是將切削刀具裝設(shè)于一電磁刀具座上，將該電磁刀具座通電，使切削刀具具有磁性，且利用鐵及鐵合金材料具有高的導(dǎo)磁系數(shù)，因而易被磁化感應(yīng)的現(xiàn)象，在切削期間使連續(xù)流經(jīng)刀具刀面上的切屑受力具磁場(chǎng)的作用而成為有吸引力的狀態(tài)，改變?cè)咎幱诜€(wěn)定平衡運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的切屑，造成切屑間的自行互相推擠與剪切，在切屑剪切區(qū)產(chǎn)生過度的剪切變形，從而達(dá)到切屑效果。
本發(fā)明的切屑斷屑長(zhǎng)度的控制裝置和方法的另一個(gè)主要特征在于，是將電磁裝置與一可調(diào)整電壓與頻率大小的振蕩器相連接，通過調(diào)整振蕩器的頻率，以設(shè)定切削刀具的磁化和消磁周期，磁化時(shí)切削刀具具有磁場(chǎng)，流經(jīng)刀具刀面上的切屑瞬間受刀具磁場(chǎng)的吸附作用斷屑，消磁時(shí)切削刀具磁場(chǎng)消失，切屑自由流過刀具刀面上，因此，可依照切削速度V乘以磁化-消磁周期t等于切屑長(zhǎng)度L的關(guān)系式(vt＝L)，而達(dá)到任意設(shè)定與控制的切屑斷屑長(zhǎng)度。
下面，列舉一具體實(shí)施例并配合附圖，將本發(fā)明的構(gòu)造、功用與特點(diǎn)詳細(xì)地進(jìn)行說明。
圖1為先有技術(shù)的車刀的示意圖。
圖2為先有技術(shù)的車刀進(jìn)行工件切削操作的情況的示意圖。
圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置的立體圖。
圖4為圖3的4-4剖視圖。
圖5為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的振蕩控制電路圖。
圖6為本發(fā)明的斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置在不同切削條件下的斷屑長(zhǎng)度試驗(yàn)表。
圖7為本發(fā)明與先有技術(shù)切削方式的切削時(shí)間與刀腹磨損的關(guān)系曲線圖。
圖8為本發(fā)明與先有技術(shù)的切削方式的進(jìn)給率與平均粗糙度值的關(guān)系曲線圖。
如圖3和4所示為本發(fā)明的斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置應(yīng)用于一傳統(tǒng)車床上的實(shí)施例，，其中在車床的車刀架(10)上設(shè)有一電磁刀具座(20)，該車刀架(10)包括有一座底板(12)及一滑動(dòng)板(14)，兩者間通過一手輪(16)的轉(zhuǎn)動(dòng)而可相對(duì)移動(dòng)，該滑動(dòng)板(14)上裝設(shè)有一回轉(zhuǎn)塊(18)，此部分為公知車床的構(gòu)造;該電磁刀具座(20)系裝設(shè)在該滑動(dòng)板(14)的回轉(zhuǎn)塊(18)上，它包含有一定位塊(21)，其上固設(shè)有一前夾塊(22)、一后夾塊(23)及一電磁線圈(24)，該前后夾塊(22)、(23)各具有一通孔(221)、(231)可供一車刀(30)穿過，再各以螺絲(25)、(26)由上往下銷入而壓緊車刀(30);該電磁線圈(24)系盤繞成方筒狀或圓筒狀，中央具有一貫通孔(241)可供車刀(30)穿過，其電源輸入線a、b連至振蕩電路(40)的a、b節(jié)點(diǎn)(見圖5)。
該振蕩控制電路(40)，如圖5所示，包括有一NE555振蕩器IC1，其各接腳分別連接三電容C1、C2、C3及三電阻R1、R2、R3以及一可變電阻VR1，且由該可變電阻VR1可調(diào)整振蕩器IC1第3腳的輸出振蕩信號(hào)的頻率，該振蕩信號(hào)經(jīng)過電阻R4而用于推動(dòng)一晶體管Q1;兩個(gè)電阻R5、R6系與晶體管Q1串聯(lián)，其導(dǎo)通信號(hào)再由二晶體管Q2、Q3放大后，使串接在發(fā)射極電路中的線圈(24)的直流電路導(dǎo)通，該線圈(24)另并聯(lián)有一高速二極管D1，其串接的直流電源CDC系由一直流電壓調(diào)整電路(50)供應(yīng)，該電壓調(diào)整電路包括一自耦變壓器PT2，可用以改變輸入電壓大小，輸入電壓經(jīng)二極管橋式整流器D2整流及電容器C4濾波后，用以供應(yīng)線圈(24)的直流電流，通過由變壓器PT2改變電源電壓，亦即改變電磁線圈(24)的磁力大小。
上述該斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置的工作過程及效果說明如下當(dāng)該振蕩控制電路(40)通電，振蕩器IC1產(chǎn)生的預(yù)定頻率的信號(hào)推動(dòng)晶體管Q1、Q2、Q3以相同頻率導(dǎo)通，其信號(hào)經(jīng)放大而使電磁線圈(24)中的電流亦以相同頻率交替導(dǎo)通，其作動(dòng)頻率系由可變電阻VR1調(diào)整控制;而電磁線圈(24)通電電壓大小則由變壓器PT2所控制，從而改變線圈的磁力大小。當(dāng)電磁線圈(24)通電，使切削刀具(30)兩端形成二磁極，而于切刃處因而具有一磁場(chǎng)，切削時(shí)流過刀具刀面上的切屑因磁力感應(yīng)的作用而被吸附于刀具刀面上，致使切屑流動(dòng)受阻力，切削時(shí)切屑繼續(xù)不斷地被產(chǎn)生，切屑流動(dòng)速度可視為與切削速度相近似。由于剛切削產(chǎn)生的切屑其流動(dòng)速度顯然遠(yuǎn)大于先前受刀具磁場(chǎng)吸附作用的切屑的流動(dòng)速度，因此，使得稍后產(chǎn)生的切屑由于被吸附于刀具刀面上流動(dòng)速度較慢的切屑的阻擋，無法自由地從刀具刀面上流過，結(jié)果只有迫使稍后產(chǎn)生的切屑對(duì)被吸附于刀具刀面上的切屑產(chǎn)生推擠作用。同時(shí)，被切削工件或切削刀具的旋轉(zhuǎn)作用，對(duì)切屑而言形成一種剪切的作用，使切屑因被推擠和剪切作用的緣故而達(dá)到斷屑目的。
進(jìn)一步而言，本發(fā)明的該電磁刀具座(24)與可調(diào)整電壓與頻率大小的振蕩控制電路(40)配合使用，只要調(diào)整設(shè)定振蕩器IC1的輸出頻率大小，將使電磁線圈(24)內(nèi)的切削刀具(30)產(chǎn)生磁化和消磁的作用。當(dāng)消磁時(shí)切削刀具(30)由于無磁場(chǎng)產(chǎn)生而無磁性，使得切屑自由地流過刀具刀面上，并能維持切屑形態(tài)的完整性。當(dāng)磁化時(shí)切削刀產(chǎn)生磁場(chǎng)而具有磁性，故切屑因磁化感應(yīng)的作用瞬間被吸附于切削刀具刀面上，而被擠斷與剪斷。如此周期性的磁化與消磁作用，將產(chǎn)生一模一樣的切屑形狀與長(zhǎng)度，利用磁化與消磁周期t為頻率f的倒數(shù)的關(guān)系式(t＝l/f)，將可輕易地經(jīng)由設(shè)定振蕩器IC1的頻率大小，而得到磁化和消磁周期的長(zhǎng)短。再依切削速度V乘以磁化和消磁周期t則等于切屑長(zhǎng)度L的關(guān)系(vt＝L)，故可設(shè)定產(chǎn)生所預(yù)期的切屑斷屑長(zhǎng)度。
此外，本發(fā)明的斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置及方法可通過設(shè)定較大的直流磁化電壓使線圈(24)產(chǎn)生較大的磁力，來滿足各種不同導(dǎo)磁系數(shù)的工件材料和切削條件，因此切削時(shí)的不穩(wěn)定飄動(dòng)和卷曲，也皆被控制在刀具磁場(chǎng)作用力可及的范圍內(nèi)。
根據(jù)上述說明可知，本發(fā)明的斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置和方法應(yīng)用時(shí)與刀具幾何形狀無關(guān)，所有可能影響切削破斷的因素皆被克服，因此，在切削加工中切屑的斷屑和斷屑長(zhǎng)度皆可被完全有效地控制。如圖6所示為在不同切削條件下的斷屑長(zhǎng)度的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。
本發(fā)明的斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置和方法除了可控制切削斷屑及斷屑長(zhǎng)度外，對(duì)于切削刀具的磨損及切削成品表面的粗糙度均得以改善，本發(fā)明與先有技術(shù)切削方式在相同的條件下，例如當(dāng)被車削材料SAE1055，刀具幾何形狀(-5°、-5°、5°、5°、5°、5°、0.8mm)，切削深度d＝0.3mm，切削速度V＝50m/min，經(jīng)過試驗(yàn)而得出的切削時(shí)間與刀腹磨損關(guān)系曲線圖如圖7所示，而進(jìn)給率與中心線平均粗糙度值關(guān)系曲線圖如圖8所示。
本發(fā)明的斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置和方法確為一創(chuàng)新且符合實(shí)用之設(shè)計(jì)，可以克服公知切削加工的斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制的困難，具有創(chuàng)造性和實(shí)用性。上述實(shí)施例和附圖僅用以說明本發(fā)明，而非用以限制本發(fā)明，凡是符合本申請(qǐng)權(quán)利要求范圍內(nèi)的等效實(shí)施者，應(yīng)視為屬于本發(fā)明的專利范疇。
權(quán)利要求
1.一種斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置及方法，其特征在于，于一刀架上設(shè)有一電磁刀具座，該電磁刀具座包含有一前夾座、一后夾座及兩者間設(shè)有一電磁線圈，該前、后夾座各具有一通孔可容一切削刀具穿入并鎖定，該電磁線圈中央具有一通孔可容該切削刀具穿過，利用一振蕩控制電路控制該電磁線圈作周期性交替通電，使切削刀具作周期性磁化與消磁，切屑受磁化感應(yīng)作用相互推擠剪切而斷屑。
2.如權(quán)利要求1所述的斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置和方法，其特征在于，其中該振蕩控制電路產(chǎn)生振蕩信號(hào)控制電磁線圈之通電與斷電，其系以一可變電阻調(diào)整該線圈的通電周期，利用該通電周期以控制斷屑長(zhǎng)度。
3.如權(quán)利要求1所述的斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置和方法，其特征在于，其中該振蕩控制電路具一直流電壓調(diào)整電路，系利用一自耦變壓器調(diào)整通過該電磁線圈的直流電壓大小，以控制其切削刀具磁化吸引力大小。
全文摘要
一種斷屑及斷屑長(zhǎng)度控制裝置和方法，在可相對(duì)于工件移動(dòng)的刀架上設(shè)有電磁刀具座，該刀具座包含前夾座及后夾座，用以夾持切削刀具，該前后夾座間設(shè)有電磁線圈，其中央有一通孔供切削刀具穿過，一振蕩控制電路產(chǎn)生振蕩信號(hào)經(jīng)放大以控制該線圈通斷電，電壓強(qiáng)度及頻率可調(diào)整，使切削刀具作周期性磁化與消磁，切屑經(jīng)磁化感應(yīng)作用相互推擠剪切而切斷，并受通電周期而控制其斷屑長(zhǎng)度。
文檔編號(hào)B23B25/02GK1087041SQ92113439
公開日1994年5月25日 申請(qǐng)日期1992年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月13日
發(fā)明者吳慶隆 申請(qǐng)人:吳慶隆