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数控麻花钻磨槽机的设计 |
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作者：常州技术师范学院机械系 刘浏 |
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小直径麻花钻(Ø1～3mm)的螺旋槽可在专用的磨床——磨槽机上加工，工人手工上料、夹紧、操作磨槽机，在高速钢毛坯上磨削出两条对称螺旋槽。其最大的缺点是生产准备繁琐，时间较长，Ø1～3mm小直径麻花钻规格很多，直径、螺旋槽长度、螺旋线导程、螺旋角不一。钻头规格改变时，磨槽机传动丝杠等零部件均需相应改变。劳动条件差，快节奏的单调动作、磨削时产生的巨大噪声、雾化的磨削液等都对操作工人的健康不利。为此，某厂委托我们对该磨槽机进行数控改造，实现柔性加工、提高生产率与产品质量，改善劳动条件。
国家标准对螺旋槽并未提出非常高的要求，因此决定采用开环控制。该磨槽机的动作程序为：上料→夹紧→磨一条螺旋槽→分度→磨另一条螺旋槽→下料，均由步进电机控制完成。
磨槽机的结构
磨槽机由工作台料斗与砂轮架两部分组成。
1 工作台料斗结构
工作台料斗的作用是装夹毛坯和实现自动上下料，并使其形成螺旋线运动。自动上下料是设计的难点，具体结构设计时参照了加工中心自动换刀装置。结构设计示意如图1所示，主轴安放在工作台上，工作台安装在矩形贴塑导轨上。由步进电机1通过挠性膜片联轴器连接滚珠丝杠副，驱动工作台直线运动。步进电机2通过同步齿形带驱动主轴转动。步进电机1与步进电机2协调运动，可形成任意导程的螺旋线。
图1 工作台料斗结构示意图
步进电机4与齿轮齿条(顶针)机构结合，可适应不同的钻头长度。
具体的装夹过程如下：
1) 步进电机1工作力矩很大，带动主轴后退至固定挡块处，再继续向后，将已处于压缩状态的碟形弹簧继续压缩至适当变形，导致弹簧夹头打开。
2) 加工第1个工件时，料斗中的毛坯在自身重力作用下，落于毛坯导管引导槽中。步进电机4通过齿轮齿条驱动顶针推动毛坯至加工位置，然后并不退回图1所示顶针位置，而是在图1所示毛坯位置。其后的装夹，顶针先将加工后的工件推出，然后退回图1所示顶针位置，再推动下一个毛坯。弹簧夹头夹紧长度为10mm。钻头直径为Ø1～3mm，为保证上下料动作可靠，料斗引导部分设计成可调。
3) 主轴前移，与固定挡块脱离，碟形弹簧的弹力可使弹簧夹头夹紧毛坯，上料、夹紧动作完成。
2 砂轮架结构
砂轮架结构的作用主要是安装砂轮，实现对麻花钻螺旋槽的磨削，由异步电机、平台、砂轮支架、滚珠丝杠副等组成，其示意图见图2。 
图2 砂轮架示意图
工作时，砂轮由异步电机通过V带传动，功率约1kW，靠异步电机的自重张紧V带轮。国家标准规定麻花钻的螺旋槽底在轴向有一定锥度，要求在磨削中砂轮切深要有变化，这由步进电机3通过挠性膜片联轴器连接滚珠丝杠副，使砂轮上下微动(设有平衡重，未画出)实现砂轮切深的变化。砂轮支架上的垂直导轨上贴有塑料。
如图2a所示，砂轮面与毛坯轴线有一夹角，即为钻头加工后的螺旋角b。不同规格麻花钻的螺旋角并不相同，因此，设计时，将砂轮支架以上作为砂轮架整体放置于图2所示平台上，使砂轮磨削面与毛坯轴线的夹角b可手工调节。
工作台料斗结构与砂轮架结构在制造时是彼此独立的，所以在装配时需仔细调整相互位置关系。
磨槽机的加工过程
1 主轴进至磨削位置，螺旋槽的根部正处于支架中心(见图1)，与砂轮对齐。磨削时，应从螺旋槽的根部向麻花钻顶部磨削，使细长毛坯承受拉力。
2 砂轮落下，接触毛坯，开始磨削。步进电机1、2、3协调动作，步进电机1、2使毛坯向后作螺旋线运动，步进电机3控制砂轮向下微动。最终，麻花钻的1条螺旋槽磨削完毕。
3 砂轮抬起，主轴再次前进至磨削位置，再由步进电机2控制，转动180°，以便磨削另一螺旋槽。
4 重复过程2。
5 砂轮抬起，重复前述毛坯装夹过程。
装夹过程与加工过程按程序交替进行，连续加工，工人无需干预。
该磨槽机为专用机床，动作简单。采用定位控制单元为控制系统(即PLC+控制器)，控制步进电机动作。磨槽机由1台PLC控制多个步进电机与其他电机电气设备。其突出优点是编程简单、可靠，适应较为恶劣的车间工作环境。
当钻头规格变化时，用户仍需根据国家标准，调节料斗的引导部分以及砂轮-毛坯轴线夹角(螺旋角β)，如果完全自动化，磨槽机结构会非常复杂。除此以外，一切均按事先输入的加工程序工作。本磨槽机设计成全封闭结构，油雾被抽走，噪声也被限制，劳动条件大为改善。1个工人可同时照看几台磨槽机，只需给料斗上料即可。其加工效率和加工质量均有较大提高。(end)
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(3/27/2007) |
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