一種陶瓷刀片數(shù)控砂帶磨床設(shè)計(jì)方案
| 摘要：提出一種基于車(chē)銑中心的數(shù)控砂帶磨床設(shè)計(jì)方案。該方案利用FANUC-OTC 數(shù)控系統(tǒng)的極坐標(biāo)插補(bǔ)功能和砂帶磨削工藝，可實(shí)現(xiàn)陶瓷刀片型線(xiàn)的率、低成本數(shù)控加工。 |
1 引言
陶瓷刀片具有優(yōu)良的切削性能，在機(jī)械加工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)大多采用仿形磨削工藝對(duì)燒結(jié)后的陶瓷刀片進(jìn)行磨削成形加工。該工藝的缺點(diǎn)是加工精度較低，生產(chǎn)柔性不足。筆者根據(jù)田新生等所著《陶瓷刀片周邊磨削數(shù)控系統(tǒng)》提出的陶瓷刀片磨削數(shù)控系統(tǒng)及適用刀片形狀，結(jié)合國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)狀況，提出在車(chē)銑中心的基礎(chǔ)上改裝數(shù)控砂帶磨床，利用FANUC-0TC數(shù)控系統(tǒng)的極坐標(biāo)插補(bǔ)功能實(shí)現(xiàn)率、低成本的陶瓷刀片成形磨削加工。 2 車(chē)銑中心與FANUC-OTC數(shù)控系統(tǒng)
全功能型數(shù)控車(chē)床配備了FANUC或SIEMENS等數(shù)控系統(tǒng)和多工位轉(zhuǎn)塔刀架，可完成圓柱面、圓錐面、螺紋等多種表面的數(shù)控加工。由于軸類(lèi)零件經(jīng)常是齒輪等零件的承載體，因此其上往往有鍵槽、螺旋槽、非圓截面等結(jié)構(gòu)，在車(chē)床上難以加工。若在數(shù)控系統(tǒng)中增加極坐標(biāo)插補(bǔ)功能，機(jī)床主軸增加C軸控制功能，配備可驅(qū)動(dòng)銑刀的動(dòng)力刀架，即可將數(shù)控車(chē)床擴(kuò)展為車(chē)銑中心。由于車(chē)銑中心具有良好的加工柔性和經(jīng)濟(jì)性，近年來(lái)發(fā)展很快。筆者曾使用過(guò)日本W(wǎng)ASINO公司生產(chǎn)的LJ-1OMC車(chē)銑中心(配備FANUC-OTC數(shù)控系統(tǒng))，此類(lèi)機(jī)床一次裝夾工件即可完成軸類(lèi)零件幾乎所有結(jié)構(gòu)的加工，而加工成本并未顯著增加。因此，目前許多車(chē)床用數(shù)控系統(tǒng)實(shí)際是為車(chē)銑中心開(kāi)發(fā)的，如FANUC-OTC數(shù)控系統(tǒng)zui多可控制Z、X、C、Y四個(gè)軸(Y軸很少使用)，zui多可聯(lián)動(dòng)控制X、C、Z三個(gè)軸，其簡(jiǎn)化型FANUC-OTD是目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的數(shù)控車(chē)床用數(shù)控系統(tǒng)。 3 砂帶磨削工藝特點(diǎn)
砂帶磨削具有許多其它磨削加工方式所不具備的優(yōu)勢(shì)：①磨削效率高達(dá)96%，是所有磨削加工方式中zui高的；②磨削比高(比砂輪磨削高10倍以上)；③可實(shí)現(xiàn)磨削、研磨、拋光等多重加工效果，加工精度高，表面質(zhì)量好；④磨削力和磨削振動(dòng)較小，機(jī)床、磨頭結(jié)構(gòu)及加工工藝簡(jiǎn)單，加工成本低。使用砂輪進(jìn)行數(shù)控磨削時(shí)，需對(duì)砂輪進(jìn)行修整和補(bǔ)償(與在數(shù)控車(chē)床上進(jìn)行“刀補(bǔ)”類(lèi)似)，這就需要在數(shù)控機(jī)床上設(shè)置昂貴的電子對(duì)刀測(cè)頭，對(duì)機(jī)床精度也提出了更高要求。而采用砂帶磨削工藝只需事先測(cè)定磨頭上接觸輪的位置，設(shè)計(jì)好砂帶厚度，使用時(shí)定期更換砂帶即可實(shí)現(xiàn)加工。 目前工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家采用砂帶磨削已占磨削加工總量的30%左右。所用砂帶品種繁多、規(guī)格各異，幾乎可適用于所有材料的加工。雖然砂帶磨削工藝在國(guó)內(nèi)尚未普及，但已形成了一定水平的砂帶生產(chǎn)能力；清華大學(xué)、重慶大學(xué)等高校與一些機(jī)床廠(chǎng)合作研制了多種砂帶磨削機(jī)床，具備了較強(qiáng)的砂帶磨頭研制能力。由于陶瓷刀片的生產(chǎn)量大面廣，因此用砂帶磨削工藝取代砂輪磨削工藝加工陶瓷刀片具有良好的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)效益。 4 陶瓷刀片數(shù)控砂帶磨床設(shè)計(jì)方案
設(shè)計(jì)思路：用仿形磨床夾具替代車(chē)銑中心所用三爪卡盤(pán)，使其與主軸相連并受主軸控制。將車(chē)銑中心的轉(zhuǎn)塔刀架更換為砂帶磨頭，即可實(shí)現(xiàn)陶瓷刀片型線(xiàn)的成形磨削加工。
車(chē)銑中心X-C軸聯(lián)動(dòng)加工示意圖 |
由于陶瓷刀片型線(xiàn)較簡(jiǎn)單(由直線(xiàn)、圓弧相切組成)，利用FANUC-OTC數(shù)控系統(tǒng)具有的一個(gè)可選功能——啟動(dòng)/關(guān)閉極坐標(biāo)插補(bǔ)功能(G112/G113)即可實(shí)現(xiàn)X、C軸聯(lián)動(dòng)，并按極坐標(biāo)方式加工出直線(xiàn)和圓弧兩種基本曲線(xiàn)(如右圖所示)。FANUC-OTC數(shù)控系統(tǒng)的C軸zui小分度值為0.001°，機(jī)床主軸電機(jī)編碼盤(pán)每轉(zhuǎn)可發(fā)出100余萬(wàn)次脈沖，因此其極坐標(biāo)加工精度*可滿(mǎn)足陶瓷刀片型線(xiàn)的加工要求。數(shù)控加工涉及C軸控制，逼近時(shí)需在軸線(xiàn)圓周方向上確定一個(gè)作為C軸定位基準(zhǔn)及加工始點(diǎn)的C軸零點(diǎn)。加工開(kāi)始前，將陶瓷刀片毛坯裝夾在位于C軸零位的夾具上，一旦X、C軸“歸零”，即表示毛坯安裝到位。加工時(shí)，機(jī)床主軸電機(jī)帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，X軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)砂帶磨頭進(jìn)給，通過(guò)兩軸聯(lián)動(dòng)依次加工出各段直線(xiàn)和圓弧，zui終形成陶瓷刀片型線(xiàn)。 本設(shè)計(jì)方案具有較高的技術(shù)可靠性和相對(duì)較低的加工成本，其實(shí)現(xiàn)也并不困難。加工所用全功能型數(shù)控車(chē)床對(duì)于國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床廠(chǎng)已屬成熟產(chǎn)品；FANUC-OTC是FANUC公司的產(chǎn)品，以高性能、高可靠性著稱(chēng)，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛；G112/G113(啟動(dòng)/關(guān)閉極坐標(biāo)插補(bǔ))是該系統(tǒng)提供的可選功能，技術(shù)可靠性具有充分保證。由于陶瓷刀片型線(xiàn)較簡(jiǎn)單，加工編程量不大，采用手工編程也可完成。根據(jù)陶瓷刀片型線(xiàn)的加工特點(diǎn)，砂帶磨頭、接觸輪等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制造容易。這種數(shù)控砂帶磨床加工柔性好，只需要改變加工程序而勿需更換砂帶磨頭和砂帶即可適應(yīng)多種規(guī)格陶瓷刀片的加工。當(dāng)砂帶寬度大于陶瓷刀片厚度時(shí)，甚至不需要Z軸即可完成加工。除以上優(yōu)點(diǎn)外，該數(shù)控砂帶磨床還可用于硬質(zhì)合金刀片的數(shù)控磨削加工。
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