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
2.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。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。
3.具体的装夹过程如下：
a.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。
b.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。
c.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。
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。
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。
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b),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。