專利名稱：切削一磁鐵件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種切削一磁鐵件的方法，具體地涉及一種藉由一切削刀片切削一稀土磁鐵件的方法，其中該切削刀片包括一基板和由置于基板外圓周上的超硬磨粒所形成的一切削刃。
為了用一涂有金剛石磨料的切削刀片高精度地切削具有高切削阻力的稀土磁鐵件，切削速度必須較低并且切削刀片必須具有一較高的圓周速度。然而即使在這些條件下，由切削操作所產(chǎn)生的熱量仍會增加一切削部分的溫度。當溫度達到某一點時，金剛石磨粒會遇到諸如碳化、脫落以及反常磨損的問題，而變得不能切削。為了避免這些問題，從一噴嘴向正在切削部分輸出冷卻液以使此切削部分冷卻。為了向切削部分輸送足夠的冷卻液，基板厚度要小于切削刀片的厚度，這樣在基板和在磁鐵件上由切削刀片切削成的一槽之間形成一間隙或間隔。
然而，當切削刀片的圓周速度超過1200米/分鐘時，在切削刀片的周圍產(chǎn)生一股很強的空氣伴生流。所以，當冷卻液輸出壓力較低時，冷卻液會被伴生空氣流排斥，而不可能向所需的部分輸送足夠量的冷卻液。因而，切削部分被加熱到一很高溫度，使切削刀片發(fā)生不均勻磨損或切削，并造成切削刀片的使用壽命縮短并且降低切削精度。
另一方面，當冷卻液排出到高速旋轉(zhuǎn)的切削刀片上時，如果排出壓力太高時，切削刀片會變形。如果切削刀片的厚度減小到1.0毫米或更小以提高生產(chǎn)量，或者如果被切削的工件高度不小于20毫米而需要切削刀片伸出長度較大時，切削刀片變得特別易變形。而且，由于切削刀片的基板和工件中切出的槽之間形成間隙，基板兩側(cè)沒有被支撐從而易于變形。此外，由于冷卻液是藉由一泵排出的，所以冷卻液是以脈動形式輸出的，而會使切削部分和切削刀片振動。因此，所獲得的產(chǎn)品不具有良好的表面精度。
日本專利公開號平3-294179中揭示了一種使金剛石磨石轉(zhuǎn)動并同時輸送冷卻液而磨削一種難以切削材料的現(xiàn)有技術(shù)。根據(jù)此現(xiàn)有技術(shù)，冷卻液是在如50千克/厘米2-70千克/厘米2的高壓下輸送的，以使研削石周圍的空氣壁破裂而到達被研削石表面。然而，在如此高壓下，磨石將變形或切削部分將振動，而使切削精度下降。
所以本發(fā)明的一個基本目的是提供一種切削一磁鐵件的方法，該方法能夠延長切削刀片的壽命并且提高切削精度。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用切削刀片切削一稀土磁鐵件的切削磁性件方法，所述切削刀片包括一基板和由置于基板外圓周面上的超硬磨粒所形成的切削刃，其中當切削稀土磁鐵件時，向一切削部分以2千克/厘米2-15千克/厘米2排出壓力排出冷卻液。
根據(jù)本發(fā)明，將冷卻液排出壓力設(shè)定為2千克/厘米2-15千克/厘米2，它可以擊破轉(zhuǎn)動的切削刀片周圍的伴生空氣流，從而將足夠的冷卻液輸送到所需的部位。所以，切削部分可以冷卻，可防止切削刀片的磨損和不均勻切削，延長切削刀片的使用壽命。另外，不同于冷卻液在高壓下排出的情況。由于切削刀片不易變形，可以減小通過切削磁性工件所獲得產(chǎn)品的尺寸不一致性、平行度(parallelism)、表面起伏度等缺陷，而提高切削精度。
根據(jù)本發(fā)明，較佳地，冷卻液排出壓力為3千克/厘米2-7千克/厘米2。在此情況下，由于可向切削部分輸送適量的冷卻液，故可以在增加切削刀片使用壽命和提高切削精度方面獲得更顯著的效果。
如果基板由超硬金屬制成時，較佳地，切削刃的伸出長度B與刀片厚度A的比例、即伸出比例B/A為30-50。最好，超硬金屬的楊氏模量為45,000千克力/厘米2-70,000千克力/厘米2。
如果所述基板由高速鋼制成時，較佳地切削刃伸出長度B與刀片厚度A的比例、即伸出比例B/A為20-50。最好，高速鋼的楊氏模量為20,000千克力/厘米2-25,000千克力/厘米2。
從下文參照附圖對實施例所作的描述中，可以更清楚地了解本發(fā)明的上述及其它目的、特點、特征和優(yōu)點。


圖1是一種立體圖，圖中示出了應(yīng)用本發(fā)明的一工件切削裝置的主要部分；圖2A是一截面圖，示出了一切削刀片體，圖2B是示出了間隙的原理圖；圖3A是一原理圖，示出了設(shè)置在切削刀片附近的一冷卻液排出裝置，圖3B是一原理前視圖，示出了冷卻液排出裝置；圖4是一根據(jù)本發(fā)明的實驗結(jié)果的表格；
圖5是一曲線圖，示出了根據(jù)圖4的實驗結(jié)果的冷卻液輸出壓力和切削阻力之間的關(guān)系；圖6是一曲線圖，示出了根據(jù)圖4的實驗結(jié)果的冷卻液輸出壓力和切削精度之間的關(guān)系；圖7是一表格，示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實驗結(jié)果；圖8是一曲線圖，示出了根據(jù)圖7的實驗結(jié)果的冷卻液輸出壓力和切削阻力之間的關(guān)系；圖9是一曲線表，示出了根據(jù)圖7的實驗結(jié)果的冷卻液輸出壓力和切削精度之間的關(guān)系；圖10A示出了采用由超硬金屬制成的基板所進行的一實驗結(jié)果的尺寸不均勻性，圖10B示出了采用由高速鋼制成的基板所進行的一實驗結(jié)果的尺寸不均勻性；圖11是一曲線圖，示出了當基板是由超硬金屬制成時，突出比例和切削精度之間的關(guān)系；圖12是一曲線圖，示出了當基板是由高速鋼制成時，突出比例和切割精度之間的關(guān)系；圖13是一立體圖，示出了應(yīng)用本發(fā)明的另一工件切削裝置的主要部分；以及圖14是一原理性的側(cè)視圖，示出了設(shè)置在切削刀片附件的冷卻液排出裝置。
以下，將參照附圖對本發(fā)明的多個實施例進行描述。
當采用一如圖1所示的工件切削裝置10切削一工件52(將在下文中描述)時可應(yīng)用本發(fā)明。
工件切削裝置10是一種Z向進給切削裝置，并且包括一機架12。該機架12的上表面上有一具有大致的U形橫截面的立柱14。該立柱14具有一前表面，該表面上形成有相互平行且在垂向延伸的一對導軌16a、16b。導軌16a、16b引導一在垂向(沿Z軸)可滑動的滑塊18?；瑝K18的后表面設(shè)有一具有一垂向螺紋孔的滑塊支撐部20。螺桿22通過滑塊支撐部20的螺紋孔。螺桿22由設(shè)置在立柱14上的一升降馬達24驅(qū)動轉(zhuǎn)動。所以，升降馬達24可控制螺桿24的轉(zhuǎn)動，從而藉由滑塊支撐部20而使滑動18垂向移動。當切削時，下文將敘述的一切削刀片體28將在箭頭C(向下方向)方向上進給。
滑塊18前表面具有支撐部26a、26b，這兩支撐部位于相同高度上并且相互隔開一段預(yù)定距離。支撐部26a、26b可轉(zhuǎn)動支撐安裝有切削刀片體28的一轉(zhuǎn)動軸30。轉(zhuǎn)動軸30一端部安裝有一由皮帶34所驅(qū)動的皮帶輪32。通過采用一圖中未示了電動機而使皮帶34運行，轉(zhuǎn)動軸30和切削刀片體28在例如由箭頭D所示的方向上轉(zhuǎn)動。在此應(yīng)當注意，支撐部26b在滑塊18所設(shè)的一對導軌36a、36b上滑動，并且可拆卸地安裝到滑塊18的前表面上。
如圖2A所示，切削刀片體28包括多個切削刀片38和置于各對切削刀片38之間環(huán)形隔離件40。切削刀片38包括呈環(huán)形盤的基板38a?；?8a外圓周上設(shè)有超硬磨粒制成的一切削刃38b。如圖2A所示，刀片的厚度A是基板38a的厚度，而刀片伸出長度B是從隔離件40的外圓周到切削刃38b外圓周的伸出部分的長度。
另外，如圖2B所示，為了充分地將冷卻液60(下文將描述)輸送到切削刃38b上，將刀片厚度A制得比切削刃38b薄，這樣在基板38a和工件52中切出的槽52a之間形成一間隙E。該間隙E較佳地應(yīng)當為刀片厚度A的5/100-20/100，因為如果間隙E不大于刀片厚度A的5/100時，不能足夠地輸送冷卻液60，而如果不小于20/100時，工件52中的切削槽52a會變得太寬，而會將太多的工件52浪費為切削邊料，使得產(chǎn)量降低。
基板38a較佳地由超硬金屬制成，如楊氏模量為45,000千克力/厘米2-700,000千克/厘米2的碳化鎢。滿足上述條件的材料會減少刀片偏轉(zhuǎn)，而可以使切削刀片所需的余量變窄，以對工件52進行更精細的切削。如果楊氏模量小于45,000千克力/厘米2時，在切削過程中即使是超硬金屬也會由于阻力而彎曲或產(chǎn)生波紋。因此，基板38a不能制得太薄，而失去了采用超硬金屬的優(yōu)點。另一方面，如果楊氏模量大于70,000千克力/厘米2時，雖然不存在彎曲或波紋的問題，但金屬更硬并更脆，而在使用時易發(fā)生故障，故存在安全問題。因此，超硬金屬的楊氏模量值被限制在45,000千克力/厘米2-70,000千克力/厘米2之間。
另外，基板38a可由楊氏模量20,000千克力/厘米2-25,000千克力/厘米2的高速鋼制成。在此楊氏模量范圍內(nèi)，高速鋼的剛度高，能夠在高速下長時間地切割具有較高切削阻力的材料，如稀土磁鐵。
另外，基板38a可由一種燒結(jié)的金剛石合金制成，該合金是通過燒結(jié)金剛石或cBN(立方系氮化硼)等與日本專利公開號平8-109431以及平8-109，432中所揭示的超硬金屬而制成的。該燒結(jié)金剛石合金的楊氏模量與超硬金屬類似。
用于切削切削刃38b的超硬磨?？梢允翘烊换蛉嗽旖饎偸勰?、cBN(立方系氮化硼)粉末、或者是天然或人造金剛石粉末與cBN粉末的混合物。CBN硬度僅次于金剛石的下一個最硬材料，并且比金剛石具有更好的熱穩(wěn)定性且與鋼材的反應(yīng)性非常慢?？梢钥隙?，如果部分或全部金剛石粉末由cBN粉末代替時，切削刃38b表現(xiàn)出的性能與全部由金剛石粉末構(gòu)成的性能相同。
參見圖1，機架12上表面設(shè)有一剛好位于切削刀片體28下方的工件放置部分42。工件放置部分42包括一例如由不銹鋼制成的臺架46。該臺架包括一大致V形截面的凹部44，并且斜面48a、48b分別裝有用碳制成的配置板50a、50b。因而，配置板50a、50b都放置成V形。當進行切削操作時，多個工件52放置在配置板50a、50b上，并且由一種自由選定的裝置固定。根據(jù)此實施例，總共可安裝8個工件52，即，各配置板50a、50b安裝有四個工件52。
工件52是稀土類磁鐵件，如美國專利4,770,723和4,792,368所揭示的Nd-Fe-B燒結(jié)磁鐵，并且例如具有一弧形表面。包括較硬的基本相(Nd2Fe14B)和剛性的顆粒邊界相(Nd富相)的稀土磁鐵件是一種具有高切削阻力的材料。
另外，一冷卻液排出裝置54設(shè)置在滑塊18上面對切削刀片體28的一個表面上。如圖3A和3B所示，冷卻液排出裝置54包括連接到一冷卻液輸送管道56上的一罐58。該罐58裝有來自冷卻液輸送管道56的冷卻液60。細條狀的排出口62形成在罐58的寬度方向上，從中冷卻液60向一切削部分63排出。由于冷卻液排出裝置54設(shè)置在滑塊18中，冷卻液排出裝置54可與切削刀片38一起垂向運動。
以下，簡要地對具有上述結(jié)構(gòu)的工件切削裝置10的操作情況進行描述。
首先，各配置板50a、50b置有工件52。工件52然后由自由選定的裝置固定。隨后，按壓一圖中未示出的啟動按鈕，當切削刀片38開始轉(zhuǎn)動并且向工件52下降時，以一定恒定的速度切削工件52。在工件52的切削過程中，冷卻液排出裝置54將冷卻液60向切削部63排出。當完全對工件52的切削并且切削刀片38的切削刃38b到達配置板50a、50時，自動停止切削刀具38轉(zhuǎn)動，然后切削刀片38上升而離開工件52。
下文中，將敘述采用上述工件切削裝置10切削一如稀土磁鐵件的工件52的實驗。
切削是在表格1所概括的條件下進行的。
表格1
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如表格1所示，該實驗采用切削刃38b，該切削刃包括，由樹脂(苯酚，無氣孔)所粘結(jié)的金剛石(人造)制成的磨粒，金剛石比例為100(體積百分比為25)。基板38a由高速鋼制成。切削刃38b厚度為0.6毫米，刀片厚度A為0.5毫米，并且基板38a各側(cè)上有0.05毫米的間隔。
切削刀片38的轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，切削速度為3毫米/分。冷卻液60例如是用2％的水(重量百分比)稀釋Castrol工業(yè)公司制造的JP-0497備制而成。該工件是Neomax44H，即一種由Sumitomo特種金屬有限公司制造的稀土磁鐵。
采用由高速鋼制成的基板38a進行該實驗，產(chǎn)生的結(jié)果示出在圖4中，圖表分別示出在圖5、6中。
“尺寸不一致性”如下定義。具體地，在5個預(yù)定點對通過切削工件52所獲得的產(chǎn)品測量厚度，并且計算一個平均值。各個切削的產(chǎn)品都要進行此操作。然后，最大平均值和最小平均值之間的差值即為“尺寸不一致性”。
如下確定“平行度”。具體地，在5個預(yù)定點對通過切削工件52所獲得的產(chǎn)品測量厚度，并且計算最大測量值和最小測量值之間的差值。各個切削產(chǎn)品都要進行此操作。然后，計算各個產(chǎn)品所獲得的這些差值的平均值即為“平行度”。
如下確定“表面起伏度”。具體地，對通過切削工件52所獲得的產(chǎn)品測量表面高度。更詳細地是沿著產(chǎn)品的X軸線測量最高的表面高度和最低的表面高度，計算兩個高度的差值。同樣地，沿著產(chǎn)品的Y軸線測量最高表面高度和最低表面高度，計算兩個高度的差值。然后，將沿X軸線的差值和沿Y軸線的差值加在一起并除以2。對各個產(chǎn)品都進行此操作，并且計算所獲得值的平均值即為“表面起伏度”。
當切削精度變得較高時，尺寸不一致度、平行度和表面起伏度變小。
如果冷卻液60的排出壓力小于2千克/厘米2，不可能將足夠的冷卻液60輸送到切削部分63上，而使切削阻力Fx、Fz如圖5所示的快速增加，導致切削刀片38的磨削燒傷和磨損。另外，如圖6所示的，尺寸不均勻性、平行度和表面起伏度快速增加，造成切削精度下降。
另一方面，如果冷卻液60的排出壓力超過15千克/厘米2，切削刀片38承受到冷卻液60排出所產(chǎn)生的強大壓力，并且由于排出的冷卻液60脈動，而使切削刀片38振動。因此，切削刀片38彎曲。此外，可以假定強大的排出壓力會超過切削刀片38中的恢復(fù)力。所以，如圖6所示，尺寸不均勻性、平行度和表面起伏度增加，造成切削精度下降。因此，必須有大量的加工步驟，而對生產(chǎn)效率產(chǎn)生不利影響。
所以，冷卻液60的排出壓力較佳地設(shè)置在2千克/厘米2-15千克/厘米2。在此范圍內(nèi)，可以擊破轉(zhuǎn)動的切削刀片38周圍所產(chǎn)生的伴隨空氣流，而可以將冷卻液60充分地輸送到切削部63上，從而防止切削刀片38磨損，并且避免不均勻切削，而增加切削刀片38的使用壽命。另外，由冷卻液60高排出壓力所產(chǎn)生的切削刀片38變形很不易發(fā)生，從而提高切削精度。
另外，如果冷卻液60的輸出壓力在3千克/厘米2-7千克/厘米2之內(nèi)，冷卻液60的輸送量是最佳的，并且切削阻力Fx、Fz、尺寸不均勻性、平行度和表面起伏度可保持在如圖5和6所示的一較低程度，可提供更顯著的效果。
接著，采用由超硬金屬制成的基板38a進行實驗。其它條件與表格1所述相同。該實驗產(chǎn)生的結(jié)果分別示出在圖7中以及圖8、9的曲線中。
在此情況下，從圖8和9中可以理解，冷卻液60的排出壓力較佳地應(yīng)在2千克/厘米2-15千克/厘米2內(nèi)，其理由與用高速鋼制成的基板38a一樣。在此范圍內(nèi)，可以獲得與采用高速鋼作為基板38a所獲得的效果相同。
另外，在此情況下，如果冷卻液60排出壓力在3千克/厘米2-7千克/厘米2之內(nèi)，切削阻力Fx、Fz、尺寸不均勻性、平行度和表面起伏度保持在較低水平，而提供更顯著的效果。
應(yīng)當注意，圖4和7之間的切削精度(尺寸不均勻性、平行度和表面起伏度)的比較表明由超硬金屬制成的基板38a比由高速鋼制成的基板38a切削精度整體上有所提高。這或許是因為超硬金屬比高速鋼更不易變形。
進行另一個實驗具體地，改變伸出比例B/A、即切削刃38b的伸出長度B與刀片厚度A的比例，并且在不同的排出壓力下測量尺寸不均勻性。實驗條件與表格1所述相同。伸出比例B/A是僅改變刀片厚度A而改變的，同時保持切削刃38b的伸出長度不變。此實驗是對兩類基板38a進行的，即一類是由超硬金屬制成的，另一類由高速鋼制成。
圖10A所示結(jié)果和圖11所示的曲線是以超硬金屬制成的基板38a中的尺寸不均勻性而得到的。相同地，圖10B所示的結(jié)果和圖12所示的曲線是以高速鋼制成的基板38a中的尺寸不均勻性而得到的。
首先，從圖11和圖12中，可以了解如果冷卻液60的排出壓力在2千克/厘米2-15千克/厘米2之內(nèi)，尺寸不均勻性減小。尤其是，如果冷卻液60的排出壓力在3千克/厘米2-7千克/厘米2之內(nèi)，可排出適量的冷卻液60，從而可以進一步減小尺寸不均勻性。
另外，參見圖11，其中描述的是基板38a由超硬金屬制成。在此情況下，如果伸出比例B/A小于30，即使改變冷卻液60的排出壓力并且切削余量變得較大，尺寸不均勻性的差值較小，這是由于切削刀片38本身剛度高。另一方面，如果伸出比例B/A超過50，尺寸不均勻值本身變大。這兩種情況都是無效的。所以，伸出比例B/A較佳地在30-50中。在此范圍內(nèi)，尺寸不均勻性更有效地被減小并且可以提高切削精度。
接著，參見圖12，其中描述了由高速鋼制成基板38a的情況。在此情況下，如果伸出比例B/A小于20，即使改變冷卻液60的排出壓力并且切削余量變大，尺寸不均勻性差也較小。另一方面，如果伸出比例B/A超過50，尺寸不均勻性值本身變大。這兩種情況都是無效的。所以，在此情況下，伸出比例B/A較佳地在20-50中。在此范圍內(nèi)，尺寸不均勻性可更有效地減小，并且提高切削精度。應(yīng)當注意，高速鋼楊氏模量小于超硬金屬，并且更易彎曲，所以對冷卻液60的排出壓力更敏感。因而，如果高速鋼用于基板38a時，即使切削刃38b的伸出長度B較小，也可以獲得將冷卻液60的排出壓力限制在所確定范圍內(nèi)的效果。因此，在此情況下伸出比例B/A的最下限為“20”，可以具有比超硬金屬中更小的比例B/A。
另外，除改變伸出比例B/A之外，甚至改變刀具厚度A，也可獲得與圖11和12所示類似的結(jié)果。
本發(fā)明不僅可應(yīng)用于如上所述的Z向進給工件切削裝置，而且可應(yīng)用于X向進給工件切削裝置，即工件52如圖13所示是水平移動的。
工件切削裝置10a包括滑動地安裝到導軌64上的一X向滑塊66。該X向滑塊66表面上安裝有一夾具座68，該夾具座表面上裝有粘貼板70。各粘貼板70例如通過粘結(jié)劑固定多個工件52。然后，X向滑塊66在箭頭G(在X軸線上)所示方向上滑動。使工件52恒速地相對在箭頭H所示方向上轉(zhuǎn)動的切削刀片72移動，工件52可被切成預(yù)定厚度。當切削工件52時，冷卻液60是由設(shè)置在切削刀片72附近的一冷卻液排出裝置74輸送到一切削部分82上(將在下文中描述)。
如圖14所示的，冷卻液排出裝置74包括一連接到冷卻液輸送管道76上的罐78。該罐78裝有來自冷卻液輸送管道76的冷卻液60。冷卻液60從形成在罐78末端的一排出口80排出到切削部82上。罐78可根據(jù)切削刀片72的尺寸而傾斜。
如果本發(fā)明應(yīng)用到工件切削裝置10a上時，可以獲得與工件切削裝置10中所獲得的相同效果，而可增加切削刀片72的使用壽命并提高切削精度。
雖然已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細地描述并且示出在圖中，但顯然這些描述和附圖僅示出了本發(fā)明的一個例子，并且不應(yīng)當視為本發(fā)明的限制。本發(fā)明的實質(zhì)精神和范圍僅由所附權(quán)利要求書來確定。
權(quán)利要求
1.一種用切削刀片切削一稀土磁鐵件的一磁性件的切削方法，所述切削刀片包括一基板和由置于基板外圓周面上的超硬磨粒所形成的切削刃，其中當切削稀土磁鐵件時，向一切削部分以2千克/厘米2-15千克/厘米2排出壓力排出冷卻液。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷卻液的排出壓力為3千克/厘米2-7千克/厘米2。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果所述基板由超硬金屬制成，切削刃伸出長度B與刀片厚度A的比例、即伸出比例B/A為30-50。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述超硬金屬的楊氏模量為45,000千克力/厘米2-70,000千克力/厘米2。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果所述基板由高速鋼制成，切削刃伸出長度B與刀片厚度A的比例、即伸出比例B/A為20-50。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述高速鋼的楊氏模量為20,000千克力/厘米2-25,000千克力/厘米2。
全文摘要
一種切削刀片包括一基板和基板外周面上超硬磨粒形成的切削刃,當用該刀片切削稀土磁鐵件時,向一切削部分以2千克/厘米
文檔編號B24B55/02GK1270876SQ0010682
公開日2000年10月25日 申請日期2000年4月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月15日
發(fā)明者近藤禎彥 申請人:住友特殊金屬株式會社