一種陶瓷刀片數控砂帶磨床設計方案

時間：2008-01-11瀏覽：297次收藏

摘要：提出一種基于車銑中心的數控砂帶磨床設計方案。該方案利用FANUC-OTC 數控系統的極坐標插補功能和砂帶磨削工藝，可實現陶瓷刀片型線的高效率、低成本數控加工。

1 引言

陶瓷刀片具有優良的切削性能，在機械加工領域得到廣泛應用。目前國內大多采用仿形磨削工藝對燒結后的陶瓷刀片進行磨削成形加工。該工藝的缺點是加工精度較低，生產柔性不足。筆者根據田新生等所著《陶瓷刀片周邊磨削專用數控系統》提出的陶瓷刀片磨削專用數控系統及適用刀片形狀，結合國內數控系統技術發展和市場狀況，提出在車銑中心的基礎上改裝數控砂帶磨床，利用FANUC-0TC數控系統的極坐標插補功能實現高效率、低成本的陶瓷刀片成形磨削加工。

2 車銑中心與FANUC-OTC數控系統

全功能型數控車床配備了FANUC或SIEMENS等數控系統和多工位轉塔刀架，可完成圓柱面、圓錐面、螺紋等多種表面的數控加工。由于軸類零件經常是齒輪等零件的承載體，因此其上往往有鍵槽、螺旋槽、非圓截面等結構，在車床上難以加工。若在數控系統中增加極坐標插補功能，機床主軸增加C軸控制功能，配備可驅動銑刀的動力刀架，即可將數控車床擴展為車銑中心。由于車銑中心具有良好的加工柔性和經濟性，近年來發展很快。筆者曾使用過日本WASINO公司生產的LJ-1OMC車銑中心(配備FANUC-OTC數控系統)，此類機床一次裝夾工件即可完成軸類零件幾乎所有結構的加工，而加工成本并未顯著增加。因此，目前許多車床用數控系統實際是為車銑中心開發的，如FANUC-OTC數控系統最多可控制Z、X、C、Y四個軸(Y軸很少使用)，最多可聯動控制X、C、Z三個軸，其簡化型FANUC-OTD是目前國內廣泛使用的數控車床用數控系統。

3 砂帶磨削工藝特點

砂帶磨削具有許多其它磨削加工方式所不具備的優勢：①磨削效率高達96%，是所有磨削加工方式中最高的；②磨削比高(比砂輪磨削高10倍以上)；③可實現磨削、研磨、拋光等多重加工效果，加工精度高，表面質量好；④磨削力和磨削振動較小，機床、磨頭結構及加工工藝簡單，加工成本低。使用砂輪進行數控磨削時，需對砂輪進行修整和補償(與在數控車床上進行“刀補”類似)，這就需要在數控機床上設置昂貴的電子對刀測頭，對機床精度也提出了更高要求。而采用砂帶磨削工藝只需事先精確測定磨頭上接觸輪的位置，設計好砂帶厚度，使用時定期更換砂帶即可實現加工。

目前工業發達國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內尚未普及，但已形成了一定水平的砂帶生產能力；清華大學、重慶大學等高校與一些機床廠合作研制了多種砂帶磨削機床，具備了較強的砂帶磨頭研制能力。由于陶瓷刀片的生產量大面廣，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濟、技術效益。

4 陶瓷刀片數控砂帶磨床設計方案

設計思路：用仿形磨床夾具替代車銑中心所用三爪卡盤，使其與主軸相連并受主軸控制。將車銑中心的轉塔刀架更換為砂帶磨頭，即可實現陶瓷刀片型線的成形磨削加工。

車銑中心X-C軸聯動加工示意圖

由于陶瓷刀片型線較簡單(由直線、圓弧相切組成)，利用FANUC-OTC數控系統具有的一個可選功能——啟動/關閉極坐標插補功能(G112/G113)即可實現X、C軸聯動，并按極坐標方式加工出直線和圓弧兩種基本曲線(如右圖所示)。FANUC-OTC數控系統的C軸最小分度值為0.001°，機床主軸電機編碼盤每轉可發出100余萬次脈沖，因此其極坐標加工精度完全可滿足陶瓷刀片型線的加工要求。數控加工涉及C軸控制，逼近時需在軸線圓周方向上確定一個作為C軸定位基準及加工始點的C軸零點。加工開始前，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，機床主軸電機帶動工件轉動，X軸伺服電機驅動砂帶磨頭進給，通過兩軸聯動依次加工出各段直線和圓弧，最終形成陶瓷刀片型線。

本設計方案具有較高的技術可靠性和相對較低的加工

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技術

一種陶瓷刀片數控砂帶磨床設計方案

1 引言

2 車銑中心與FANUC-OTC數控系統

3 砂帶磨削工藝特點

4 陶瓷刀片數控砂帶磨床設計方案

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