王宏波

摘 要：結(jié)合市場需求，應(yīng)用新技術(shù)、新材料、新工藝，研發(fā)了一種數(shù)控倒角刀前刃磨床，可對倒角刀前刃進(jìn)行自動打磨，不僅有利于提高生產(chǎn)效率和安全性，還能降低勞動強(qiáng)度。利用粗磨砂輪和精磨砂輪對倒角刀前刃進(jìn)行兩次打磨，還可以提高打磨質(zhì)量，對相關(guān)行業(yè)的發(fā)展具有重要推動意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)控中心；鉆鏟磨床方案；研發(fā)與探討

中圖分類號：TG527? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）04-0052-03

0 引言

某司“數(shù)控中心鉆鏟磨床”研發(fā)項(xiàng)目于2022年1月立項(xiàng)，按照《浙江省省級工業(yè)新產(chǎn)品項(xiàng)目備案通知書》（項(xiàng)目編號：202234JJ076）要求進(jìn)行研發(fā)，于2022年6月完成主要研發(fā)工作，研制樣機(jī)經(jīng)過公司內(nèi)部檢測，其技術(shù)指標(biāo)均符合備案要求。后又按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，批量試制了部分產(chǎn)品，產(chǎn)品經(jīng)客戶使用后反應(yīng)良好。

1 項(xiàng)目介紹

倒角刀是用于加工工件倒角與錐孔的、倒模棱角的刀具，屬于工業(yè)消耗品，使用量很大，對機(jī)床的加工效率也有很高的要求。目前通用的倒角刀前刃的加工方法是使用普通的磨床，絕大部分還是手動或半自動的全敞開式設(shè)備，生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大，環(huán)境惡劣，安全性不高。

該項(xiàng)目研發(fā)了一種數(shù)控倒角刀前刃磨床，可對倒角刀前刃進(jìn)行自動打磨，提高了生產(chǎn)效率和安全性，降低了勞動強(qiáng)度。同時，利用粗磨砂輪和精磨砂輪對倒角刀前刃進(jìn)行兩次打磨，提高打磨質(zhì)量[1]。

本項(xiàng)目產(chǎn)品主要用于中心鉆錐度及小外圓鏟磨，成形砂輪強(qiáng)力磨削工藝，磨削總長40～120 mm，強(qiáng)力油冷（過濾精度≤0.003 mm）。采用液壓式的料斗式自動料架上料，工件柄部外圓與刃部外圓作磨削定位，溝槽作圓周定位。整機(jī)功率8.5 kW，機(jī)床尺寸1 850 mm ×2 100 mm×2 200 mm，機(jī)床總質(zhì)量2 800 kg。

2 項(xiàng)目實(shí)施方案及組織方式

2.1 項(xiàng)目實(shí)施方案

公司結(jié)合市場需求，應(yīng)用持續(xù)顯現(xiàn)的新技術(shù)、新材料、新工藝，更換掉落后部分，提升車床的功能專業(yè)性和精準(zhǔn)度，使得車床更安全、快捷、環(huán)保，質(zhì)量更可靠，成本更低，技術(shù)性與國際大廠要求接軌。具體有以下4點(diǎn)。

第一，針對產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、前景、市場銷售狀況開展資料收集、匯總，召開會議討論，分析市場，針對現(xiàn)有市場上的數(shù)控中心鉆鏟磨床設(shè)計(jì)存在的缺陷以及加工工藝上的不足，有針對性地討論并擬定研發(fā)方向，編寫可行性報(bào)告，確立研究課題，制定總體設(shè)計(jì)方案[2]。

第二，以可行性報(bào)告為依據(jù)，組織研發(fā)人員進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及加工工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，對新產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析比較，運(yùn)用價值工程理論，研究確定產(chǎn)品的合理性能及通過對不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的對比分析，選擇結(jié)構(gòu)最合理的產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品樣品試制。

第三，試制產(chǎn)品，對樣品進(jìn)行主要技術(shù)指標(biāo)檢測，考核產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，檢驗(yàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、性能及主要工藝，驗(yàn)證和修正設(shè)計(jì)圖紙，并根據(jù)客戶反映，進(jìn)一步完善生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品性能，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)基本定型。

第四，小批試制，檢驗(yàn)產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)和工藝裝備設(shè)計(jì)的合理性，并對產(chǎn)品圖紙進(jìn)行工藝性審查，以便進(jìn)行必要的校正，保證大批量生產(chǎn)能順利推進(jìn)，項(xiàng)目鑒定、驗(yàn)收，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)[3]。

2.2 項(xiàng)目組織方式

公司對本項(xiàng)目高度重視，配備了高水平的科技人員和強(qiáng)有力的項(xiàng)目組織實(shí)施隊(duì)伍，能保證項(xiàng)目的順利實(shí)施。

3 項(xiàng)目研發(fā)過程

3.1 組織實(shí)施及確定研發(fā)課題

本項(xiàng)目由浙江維克機(jī)械科技有限公司研發(fā)中心負(fù)責(zé)實(shí)施，成立項(xiàng)目研發(fā)小組，實(shí)行組長責(zé)任制，由研發(fā)中心主任負(fù)責(zé)監(jiān)督實(shí)施，項(xiàng)目小組合成員相互配合協(xié)作，保證項(xiàng)目順利開展。項(xiàng)目主要課題為三工位磨床上料裝置的研發(fā)。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)

磨削加工是通過磨具切除工件上多余材料的加工方法。目前常見的磨床多是單一工位或者單一磨具，不能一次完成全部加工，需要重新裝夾或者更換磨具，工作效率較低。重復(fù)裝夾或更換磨具會產(chǎn)生裝夾誤差，從而降低了加工精度，而且拆裝過程還會大量增加操作者的時間和勞動負(fù)擔(dān)。另外，磨床的上料裝置比較原始，無法實(shí)現(xiàn)自動上料，即使有簡易的自動上料機(jī)構(gòu)，其上料的穩(wěn)定性也比較差[4]。

為此，設(shè)計(jì)人員研發(fā)一種穩(wěn)定性更高的三工位磨床的上料裝置，能夠使物料上料軸線始終保持橫向，上料更加穩(wěn)定。其結(jié)構(gòu)是在主體機(jī)架上安裝夾料塊的打磨機(jī)構(gòu)和橫向滑軌，橫向滑軌上設(shè)有能夠在橫向滑軌上滑動的主軸箱，主軸箱的附近安裝繞橫軸轉(zhuǎn)動的三抓卡盤，三抓卡盤橫向設(shè)有三根裝有彈簧夾頭的轉(zhuǎn)軸。機(jī)架上表面設(shè)有上料裝置以及與打磨機(jī)構(gòu)相對的清邊機(jī)構(gòu)。送料桿的左端、打磨機(jī)構(gòu)的夾料塊以及清邊機(jī)構(gòu)的位置，分別與三抓卡盤的三根轉(zhuǎn)軸配合，三抓卡盤的三根轉(zhuǎn)軸上的彈簧夾頭能夠同時完成從送料桿取料，將工件放置到夾料塊上進(jìn)行打磨，并可放置到清邊機(jī)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行清邊操作。三工位磨床上料裝置立體圖如圖1所示。

工作流程第一步，需要根據(jù)物料的直徑來調(diào)整擋料塊的位置以及滑板前端與送料桿的位置，確保每次只有一根物料能從擋料塊和斜板之間經(jīng)過以及物料能夠順利的從滑板前端掉落并經(jīng)過進(jìn)料槽進(jìn)入送料桿內(nèi)。第二步根據(jù)物料的長度調(diào)整限位板的位置，使每根物料的直徑均能夠平行于橫向。第三步將物料堆放在料斗內(nèi)。由于斜板前低后高傾斜設(shè)置，物料在重力左右下會進(jìn)過擋料塊和斜板之間的縫隙掉落到滑板上，并被爪子擋住。

上料時，轉(zhuǎn)動連接軸使爪子向上轉(zhuǎn)動，物料會沿著滑板進(jìn)入到進(jìn)料槽內(nèi)，然后爪子復(fù)位，將下一個物料擋住。在物料進(jìn)入進(jìn)料槽的過程中，感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到有物料進(jìn)入，送料電磁閥打開，驅(qū)動物料沿送料桿向左移動，完成上料。如果物料在擋料塊和斜板之間或者擋料塊和滑板之間卡住，可以打開油缸驅(qū)動滑塊輕微的前后滑動，物料即可正常滑落，穩(wěn)定性更高。

3.3 技術(shù)創(chuàng)新

本項(xiàng)目產(chǎn)品屬于國家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)產(chǎn)品，符合《國家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)領(lǐng)域》中的“八、先進(jìn)制造與自動化/先進(jìn)制造工藝與裝備/高檔數(shù)控裝備與數(shù)控加工技術(shù)/超精密數(shù)控機(jī)床、超高速數(shù)控機(jī)床、大型精密數(shù)控機(jī)床、多軸聯(lián)動加工中心、高效精密立臥式加工中心、超硬材料特種加工機(jī)床等高端數(shù)控裝備技術(shù)”要求。

本產(chǎn)品主要創(chuàng)新點(diǎn)有兩點(diǎn)：第一，數(shù)控中心鉆鏟磨床結(jié)構(gòu)。磨床底座上設(shè)置有X軸和Y軸滑軌，X軸滑塊上設(shè)置有分度工件夾具，可用于夾緊倒角刀，方向傾斜向上。Y軸滑塊上設(shè)置有磨頭座，磨頭前端同軸平行設(shè)置有粗磨砂輪和精磨砂輪。可對倒角刀前刃進(jìn)行自動打磨，提高了生產(chǎn)效率和安全性，降低了勞動強(qiáng)度，同時利用粗磨砂輪和精磨砂輪對倒角刀前刃進(jìn)行兩次打磨，提高打磨質(zhì)量。第二，X軸滑塊上相對于粗磨砂輪和精磨砂輪的位置上設(shè)有修整器。修整器設(shè)置有修整砂輪，修整時修整砂輪與待整修的砂輪軸線相互平行且上下對齊，用于修整粗磨砂輪和精磨砂輪。

4 數(shù)控中心鉆鏟磨床故障診斷及維修技術(shù)

數(shù)控中心鉆鏟磨床出現(xiàn)故障時，需要對其進(jìn)行診斷，并采取符合的技術(shù)進(jìn)行維修，以此來保障數(shù)控中心鉆鏟磨床的正常運(yùn)行。

4.1 數(shù)控鉆鏟磨床的故障診斷分析

4.1.1 機(jī)床故障

針對數(shù)控鉆鏟磨床的故障診斷，主要利用德國西門子840D數(shù)控系統(tǒng)以及機(jī)床控制系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)的自動報(bào)警診斷功能。

鉆鏟磨床在工作過程中，如果發(fā)生無法執(zhí)行作業(yè)、自檢以及數(shù)據(jù)差等故障問題時，對應(yīng)的系統(tǒng)就會出現(xiàn)一條相應(yīng)的報(bào)警信息，且每個信息會自動生成不同類型的報(bào)警文本與序號，為維修人員提供便利。在處理過程中還可以通過借助設(shè)備用戶手冊實(shí)現(xiàn)對磨床故障的排查，但在故障處理過程中，過程煩瑣且容易產(chǎn)生誤差。

4.1.2 機(jī)床控制系統(tǒng)故障

機(jī)床控制系統(tǒng)產(chǎn)生的報(bào)警和診斷信息多以“700”開頭。通過對應(yīng)的序號可以直接快速查出故障所在的具體位置，為維護(hù)人員的故障處理提供直接幫助。此外，系統(tǒng)給出報(bào)警時，機(jī)床會停止相關(guān)軸的運(yùn)動，并強(qiáng)制退出處于自動循環(huán)的系統(tǒng)。系統(tǒng)給出報(bào)警時，系統(tǒng)只會停止相關(guān)操作，會僅給出對應(yīng)的故障提示。如果機(jī)床在工作過程當(dāng)中出現(xiàn)自動循環(huán)故障，需要及時退出系統(tǒng)。

大部分報(bào)警具備記憶功能和聯(lián)鎖功能，所以當(dāng)故障報(bào)警或故障問題得到解決后，需要重新按一次機(jī)床控制面板上的故障復(fù)位按鈕，機(jī)床才會進(jìn)入正常工作狀態(tài)。故障問題發(fā)生在自動循環(huán)過程時，自動循環(huán)退出后，原則上不能再次進(jìn)入自動循環(huán)狀態(tài)，否則可能會再次出現(xiàn)故障問題，甚至?xí)斐晒收蠁栴}擴(kuò)大、磨削不精準(zhǔn)等問題。

4.1.3 對刀故障

在鉆鏟加工修磨時，砂輪直徑測量如果出現(xiàn)偏差，會導(dǎo)致砂輪和鉆鏟的修磨接觸面出現(xiàn)脫離的現(xiàn)象，砂輪的直徑也會不斷減小。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鉆鏟修磨以及砂輪對刀的精準(zhǔn)控制，對砂輪修磨速度的調(diào)整，需要工作人員在每次修磨完成一個鉆鏟后，重新自動對砂輪直徑進(jìn)行測量。

數(shù)控鉆鏟磨床的砂輪直徑測量設(shè)備在對砂輪表面和基準(zhǔn)點(diǎn)測量時，可以借助計(jì)算的方式得到砂輪的直徑數(shù)值。由于磨床屬于結(jié)束磨削狀態(tài)，最終從砂輪直徑測量的結(jié)果可能會受殘留的磨削液影響，造成測量結(jié)果誤差偏大。砂輪直徑的測量數(shù)據(jù)會被直接用于砂輪在線修磨、鉆鏟對刀等環(huán)節(jié)當(dāng)中，進(jìn)而導(dǎo)致鉆鏟磨床出現(xiàn)故障。因此，可以從兩個方面解決砂輪直徑測量誤差的問題：定期對激光測距儀的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測，加強(qiáng)對數(shù)控鉆鏟磨床控制系統(tǒng)當(dāng)中的砂輪直徑測量程序進(jìn)行優(yōu)化；在第二次進(jìn)行新鉆鏟修磨開始前增添測量環(huán)節(jié)，以此促進(jìn)砂輪直徑測量的準(zhǔn)確性得到提高。

4.2 維護(hù)技術(shù)

4.2.1 主控柜設(shè)備維護(hù)

數(shù)控鉆鏟磨床的主控柜當(dāng)中，除了擁有數(shù)控系統(tǒng)的電源模塊、軸控制模塊以及可編程控制器等主要模塊之外，還具備工件和砂輪調(diào)速系統(tǒng)、控制電源以及其他輔助組件。針對該部分電氣設(shè)備進(jìn)行故障維修時，不僅需要保證數(shù)控系統(tǒng)和可編程控制器以及調(diào)速系統(tǒng)等專業(yè)部件的外部連接的可靠性和正確性，還要加強(qiáng)注重對每個電纜插頭的連接處進(jìn)行維護(hù)，如數(shù)控軸動力電纜的U線和W線的連接。同時，還要注重設(shè)備和電器柜降溫處理和除塵工作，有效保證數(shù)控鉆鏟磨床機(jī)床電氣系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。此外，還需要注重對系統(tǒng)的保護(hù)開關(guān)和元件進(jìn)行檢測。

4.2.2 床身電氣設(shè)備維護(hù)

床身電氣設(shè)備維護(hù)中，機(jī)床的控制器、操作界面以及其他器件均是該控制系統(tǒng)的重要組成部分。因此，在維護(hù)工作中，需要注重每個部件和電控柜兩者之間連接電纜、直流電源之間的連接。同時，還要保障執(zhí)行電機(jī)、電磁閥等設(shè)備的安裝處于牢固狀態(tài)，最后還要保障設(shè)備的密閉性防護(hù)和清灰防護(hù)效果。

第一，磨床設(shè)備維護(hù)?？梢愿鶕?jù)數(shù)控鉆鏟磨床的實(shí)際運(yùn)行情況和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行定期維護(hù)，如磨削污泥清理、液壓油的清洗更換以及磨床底座、冷卻水噴水口維護(hù)等。當(dāng)操作臺停止工作后，還需要對其磨削沉積物進(jìn)行清理。

第二，砂輪養(yǎng)護(hù)。鉆鏟修磨后，在砂輪更換過程中，需要對砂輪罩里面進(jìn)行清理。同時，還要對其砂輪蓋板、防護(hù)罩、主軸軸套以及砂輪法蘭盤等進(jìn)行全方位維護(hù)。維護(hù)工作完成之后，要保持砂輪設(shè)備的干燥。

第三，液壓設(shè)備維護(hù)。在針對磨床設(shè)備的液壓設(shè)備方面的檢查維護(hù)時，需要對設(shè)備的油位、溫度以及臟污程度等進(jìn)行檢查，并選擇相應(yīng)的處理方式進(jìn)行處理。在維護(hù)過程中，需要注重盡可能地避免利用壓縮空氣，對設(shè)備的油位、溫度以及其他相關(guān)設(shè)備或組件進(jìn)行吹掃處理。在清理過程當(dāng)中，很容易使部分粉塵、碎料等雜物通過狹小的縫隙進(jìn)入設(shè)備當(dāng)中。這不僅會對設(shè)備表面造成劃傷，還可能會對電氣設(shè)備的運(yùn)行留下安全隱患。

5 結(jié)語

隨著國際經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程加快，我國制造產(chǎn)品質(zhì)量水平的不斷提高，人們對數(shù)控機(jī)床提出了更高的要求。目前，業(yè)內(nèi)技術(shù)人員都在進(jìn)行數(shù)控技術(shù)和制造工藝的改造，在制造業(yè)生產(chǎn)期間，無論是從材料到毛坯再到半成品，還是從半成品再到成品的全過程，都會受到數(shù)控技術(shù)的直接影響。本文提出了一種數(shù)控中心鉆鏟磨床方案，是具備先進(jìn)制造與自動化、先進(jìn)制造工藝與裝備、高檔數(shù)控裝備與數(shù)控加工技術(shù)、超精密數(shù)控機(jī)床、超高速數(shù)控機(jī)床、大型精密數(shù)控機(jī)床、多軸聯(lián)動加工中心、高效精密立臥式加工中心、超硬材料特種加工機(jī)床等諸多優(yōu)勢的高端數(shù)控裝備技術(shù)，能滿足制造業(yè)日益增長的產(chǎn)品生產(chǎn)需求。

參考文獻(xiàn)

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