刀剪端面磨削数控加工工艺研究.pdf

:./.刀剪端面磨削数控加工工艺研究乔龙阳杨智聪林毅贞赖泽标刘文彬(.阳江职业技术学院广东 阳江 .广东科拓自动化机械设备有限公司广东 阳江)摘 要:根据刀剪端面磨削加工的工艺特点分析了磨削加工参数与设计参数之间的函数关系针对不同特征的刀剪磨削面提出二轴联动插补法、刃口线垂直平移法和多轴联动加工法三种加工方法指出了手工编程和软件绘图编程的技术要点并对端面磨削加工方法进行了磨削实验 实验验证表明磨削出的刀具刃口线和轮廓线形状符合设计要求刃口厚度一致磨削表面粗糙度达到 .尺寸精度保持在.范围内所设计的加工工艺方法有效提升了刀剪产品的质量提高了生产效率关键词:端面磨削加工工艺加工参数刀剪中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:引 言复杂、高端刀剪的剪切面一般为空间曲面而依靠传统外圆磨削砂轮的仿形磨削方法难以满足现代刀剪产品加工质量和加工效率的要求 近年来多轴数控加工技术在曲面磨削加工中得到广泛应用曲面磨削加工一般采用“复杂的机床运动轮廓简单的砂轮”的加工方法关于曲面磨削加工的研究主要有多轴联动控制模型、切点跟踪磨削、轨迹包络磨削、机器人磨削等 对于刀剪端面磨削加工的研究刘汉云分析了剪刀凹圆弧曲面的结构特征首先提出了通过砂轮端面磨削代替外圆磨削的工艺原理并研制了半自动刀剪磨床陈银清等利用三轴数控磨刀机研究了一种刀剪数控磨削加工方法开发设计了圆弧曲面的循环加工指令焦青松等针对复杂形状刀剪的磨削分析了刀剪三轴端面磨削控制加工方法建立了磨削加工参数的函数关系并提出误差补偿方法这些研究对开展刀剪端面磨削加工工艺研究具有指导作用和借鉴价值为适应现代刀剪产品对表面粗糙度、锋利度及几何精度的要求必须大幅提升刀剪产品的生产效率和质量 笔者针对刀剪端面磨削的工艺特点及典型刀剪结构特征建立空间加工模型分析加工参数磨削倾角、砂轮进刀量、磨削面宽度和磨削量之间的函数关系针对特征不同的刀剪磨削面提出二轴联动插补法、刃口线垂直平移法和多轴联动加工法三种加工方法实现可编程控制磨削加工所设计的刀剪端面磨削加工工艺可高质量、高效率磨削加工刀剪产品 刀剪端面磨削加工原理刀剪行业通常采用筒形砂轮端面磨削法磨削刀剪为实现磨削工艺砂轮和刀坯工作位置如图 所示 砂轮通过砂轮安装盘固定在机床主轴上在主轴伺服电机带动下砂轮高速旋转为磨削主运动主轴直线进给轴为 轴 刀剪坯料通过夹具固定在工作研究与试验 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用收稿日期:基金项目:广东省普通高校重点科研项目:刀剪制造专用数控磨床 轴精密控制系统研发(编号:)作者简介:乔龙阳()男安徽阜南人工程硕士副教授研究方向:数控加工技术台上、轴为十字交叉直线轴驱动工作台实现横、纵向进给运动 由于刀剪刀身厚度薄、磨削面曲面曲率小要实现刀剪端面磨削加工时刀坯表面与砂轮端面需成一定加工角度因此设备需具备一个旋转轴 轴 传统设备通过夹具装置或液压装置调整刀坯角度这里 轴是绕直线轴 轴旋转的角度控制轴砂轮端面磨削刀坯的整个端面或端面的一部分可实现刀剪端面磨削加工图 刀剪端面磨削加工示意图 刀剪端面磨削加工工艺设计.刀剪磨削加工参数刀剪刀体部分的主要构成元素有:刃口线、磨削面、交线、刀坯面和刀背线如图 所示 磨削面按位置分为两种一种是刃口线和交线之间的部分如图 中的磨削面 另一种是刀背线和交线之间的部分如图 中的磨削面 典型刀剪磨削面结构常见有两种情况一是刀具磨削面 处刃口线与交线平行磨削面磨削宽度均匀相等在厨刀类刀具上比较常见二是刀具磨削面 处磨削面宽度为变量常见在小刀和异形刀剪上图 刀具平面结构示意图 刀剪端面磨削加工需确定加工参数磨削倾角 和砂轮进刀量 这两个加工参数与磨削面形状、磨削面截面参数尺寸有关 磨削面 和磨削面 刀体断面截图如图()、()所示 截面结构参数有磨削面宽度、刃口磨削量 和底部磨削量 磨削面 处磨削面为刀面一部分只有磨削面宽度、刃口磨削量 两个工艺参数磨削面 处磨削面为刀面全部表面工艺参数有磨削面宽度、刃口磨削量 和底部磨削量 综合两处情况磨削倾角 和砂轮进刀量 分别推导为:()()()图 磨削参数结构图.刀剪磨削加工方法.二轴联动插补法刀剪产品要求刃口锋利且整个刃口厚度均匀刀剪磨削加工一般采用刃口线跟踪磨削方法 当刃口磨削量 和磨削宽度 均为常量时磨削倾角、砂轮进刀量 均为常量可通过式()、()求得 刀剪磨削加工时将机床 轴设置到需要的倾角计算刀剪刃口线在 坐标面内的投影轨迹 通过砂轮刀位点跟踪刃口线投影轨迹路径在 坐标系中编程即可实现刀剪磨削面端面磨削加工刀具刃口线一般由直线和圆弧曲线组成如图 所示 这里刃口线由圆弧、斜线 和直线 组成刀坯成一定倾斜角度 刃口线、在 坐标面内的投影为实际长度与倾角 函数关系的数值这里需推理出刃口线圆弧、斜线、直线 在 坐标面内的轨迹规律 其中直线 在 平面内的投影为实际长度图 磨削面投影特征图 线段 在 坐标面内投影为直线 设 的长度为 与 轴的夹角为 则线段 在 平面内 轴和 轴的坐标分量为:()()机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)研究与试验圆弧 在 坐标面内投影为椭圆弧 设圆弧 所在圆的半径为 则椭圆弧 的椭圆方程式为:()()依据公式()()通过刃口磨削量和磨削宽度数值可计算出刃口线直线、圆弧或曲线在 坐标面内各节点的坐标值编制 二轴联动加工程序即可实现刀剪端面磨削加工.刃口线垂直平移法当磨削量 为常量而磨削宽度 为变量时磨削倾角 和砂轮进刀量 也为变量无法直接采用二轴联动插补法加工 这里可通过刃口线垂直平移法进行加工如图 所示 根据刀具设计的刃口线曲线使用绘图软件绘制出刃口线的二维线条图形使用垂直平移复制功能进行平移复制平移距离为磨削面宽度在交线位置生成一条与刃口线轨迹一样的曲线这条曲线为砂轮磨削运动的实际轨迹线图 刃口线垂直平移示意图 磨削时砂轮刀位点跟踪交线上的刃口线垂直平移线达到磨削刀具刃口轨迹线 通过刃口线垂直平移使得磨削宽度 等量不变这里的磨削倾角和砂轮进刀量要重新计算 磨削加工参数和设计参数结构图如图 所示图 垂直平移法磨削参数结构图 由图 可推出:()根据式()、()计算出此方法的 轴转角和砂轮进刀量利用绘图软件得出磨削轨迹线在 坐标面的投影轨迹线即可实现可编程控制磨削加工.三轴及以上多轴联动加工法当磨削量 为变量或磨削量 和磨削宽度 均为变量时磨削面为、和 轴中三轴或多轴合成的曲面加工时需要 轴与、轴中的三轴联动或多轴联动加工 这里通过机床系统配套编程软件实现曲面造型的自动编程加工 实验验证为了验证这里提出的端面磨削加工方法进行了典型刀具的磨削实验 实验机床采用广东科拓自动化机械设备有限公司的 型数控四轴联动多功能磨刀机筒形砂轮材质采用立方氮化硼 实验刀具设计图如图 所示图 刀具设计图 刀具主要磨削尺寸如图 所示 依据刀具设计参数利用式()()计算得出磨削倾角和砂轮进刀量等加工参数采用刃口线垂直平移法双面磨削加工刀具磨削面图 刀具磨削尺寸设计图 刀具磨削加工实验结果如图 所示 刀具的磨削面圆润轮廓形状均匀刃口线和轮廓线形状符合设计要求刃口线厚度一致刀具的表面粗糙度达.尺寸精度保持在.范围内图 刀具磨削加工实验结果(下转第 页)研究与试验 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用 由表 可知 组试验的拉瓦尔喷射器出口气压均高于 满足工程实际的要求(厂房内部气力输送的生产实践中要求喷射器出口气压不低于.)拉瓦尔喷管的结构参数对喷射器出口位置气压值的影响程度最大的是喉管长度其次是喉管管径再次是收缩管与水平面夹角最后是扩张管与水平面的夹角 因为叠加效应拉瓦尔喷射器的气压在截面积最小的窄喉位置出现最小值此后气压逐步增大 因此随着喉管长度的加长或扩散管与水平面夹角的增大气压变大的状态越良好越有利于拉瓦尔喷管出口气压的增大 拉瓦尔喷管的喉管长度越长喉管管径越小收缩管与水平面的夹角越小扩张管与水平面的夹角越小都将越有利于拉瓦尔喷射器输送性能的发挥 在进行拉瓦尔喷管的结构优化设计的过程中起决定性影响的是对喉管长度的调整它可以确保拉瓦尔喷射器的出口气压能够满足气力输送的要求 结 语本文通过基于 耦合的数值模拟方法比较了配置单套拉瓦尔喷管和基于叠加效应的配置两套拉瓦尔喷管的喷射器在粉体气力输送过程中的性能差异并利用正交试验法对拉瓦尔喷管的内部结构参数进行探讨分析了结构参数对拉瓦尔喷管出口气压的影响 结果表明:基于叠加效应的拉瓦尔喷射器有利于粉体进入喷射器拉瓦尔喷管喉管越长、管径越窄收缩管的锥角越小扩张管的锥角越小喷射器出口压力越大拉瓦尔管的出口压力受喉管长度影响最大其次是喉管管径再次是收缩管的锥角最后是扩张管的锥角在设计拉瓦尔粉体喷射器时通过增加一级拉瓦尔喷管以及增加喉管长度可以提高进料的流畅性同时有助于粉料更远距离的输送参考文献:.():.():.徐大伟卢 平钟文琪等.对影响气固喷射器性能的几个参数的总结与分析.锅炉技术():.李 勇陈树新.文丘里管及拉法尔管在气力输送系统中的应用.硫磷设计与粉体工程():.吴健伟.粉煤灰气力输送喷射器的设计及应用.应用能源技术():.():.吴 臻刘雪东黄令军.基于 耦合的径向移动床反应器数值模拟.中国粉体技术():.():.():.():.(上接第 页)结 语采用以上方法在四轴联动数控磨床上进行端面磨削刀剪产品加工与传统半自动靠模仿形的磨削方法相比文中所提方法加工效率提高 以上 磨削出的刀剪产品曲面均匀、美观刃线形状、刃口厚度、曲面轮廓均达到设计要求刀具的表面粗糙度和尺寸精度得到有效保证 所提出的加工方法适用于二轴、三轴或四轴及以上刀剪磨削机床适合磨削各类材质的厨刀、小刀、剪刀也可以磨削医疗、美容、园艺等特种用途刀剪 该加工方法为各类刀剪产品的数控端面磨削加工提供了极具价值的工程参考参考文献:焦青松李 迪王世勇等.刀剪空间端面磨削的运动控制方法.华理工大学学报(自然科学版)():.陈银清邱 列任 明等.高精刀剪专用数控磨床设计.机械设计():.宾鸿赞陈 芳.球面砂轮数控磨削复杂形状刀具.中国机械工程():.():.陈兴武蒋新华.球刃铣刀六轴数控磨削的控制模型.计算机集成制造系统():.蔡力钢彭宝营韩秋实等.一种新的非圆曲面零件切点跟踪磨削加工模型.计算机集成制造系统():.谢 晋孙晋祥黎宇弘等.自由曲面透镜的精密与镜面磨削.机械工程学报():.赵敬川赵吉宾李 论等.基于支持向量机的复杂曲面磨削去除量预测.组合机床与自动化加工技术():.刘汉云.我国第一台剪刀专用磨床设计原理.江南大学学报():.陈银清邱 列任 明.刀剪数控磨床专用指令.机械设计与制造():.焦青松李迪王世勇等.刀剪三轴端面磨削控制及误差补偿方法研究.机械工程学报():.研究与试验 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用