小直徑麻花鉆(Ø1～3mm)的螺旋槽可在專用的磨床——磨槽機(jī)上加工，工人手工上料、夾緊、操作磨槽機(jī)，在高速鋼毛坯上磨削出兩條對稱螺旋槽。其最大的缺點(diǎn)是生產(chǎn)準(zhǔn)備繁瑣，時間較長，Ø1～3mm小直徑麻花鉆規(guī)格很多，直徑、螺旋槽長度、螺旋線導(dǎo)程、螺旋角不一。鉆頭規(guī)格改變時，磨槽機(jī)傳動絲杠等零部件均需相應(yīng)改變。勞動條件差，快節(jié)奏的單調(diào)動作、磨削時產(chǎn)生的巨大噪聲、霧化的磨削液等都對操作工人的健康不利。為此，某廠委托我們對該磨槽機(jī)進(jìn)行數(shù)控改造，實(shí)現(xiàn)柔性加工、提高生產(chǎn)率與產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件。
國家標(biāo)準(zhǔn)對螺旋槽并未提出非常高的要求，因此決定采用開環(huán)控制。該磨槽機(jī)的動作程序?yàn)椋荷狭稀鷬A緊→磨一條螺旋槽→分度→磨另一條螺旋槽→下料，均由步進(jìn)電機(jī)控制完成。
磨槽機(jī)的結(jié)構(gòu)
磨槽機(jī)由工作臺料斗與砂輪架兩部分組成。
1.工作臺料斗結(jié)構(gòu)
工作臺料斗的作用是裝夾毛坯和實(shí)現(xiàn)自動上下料，并使其形成螺旋線運(yùn)動。自動上下料是設(shè)計的難點(diǎn)，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計時參照了加工中心自動換刀裝置。結(jié)構(gòu)設(shè)計示意如圖1所示，主軸安放在工作臺上，工作臺安裝在矩形貼塑導(dǎo)軌上。由步進(jìn)電機(jī)1通過撓性膜片聯(lián)軸器連接滾珠絲杠副，驅(qū)動工作臺直線運(yùn)動。步進(jìn)電機(jī)2通過同步齒形帶驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動。步進(jìn)電機(jī)1與步進(jìn)電機(jī)2協(xié)調(diào)運(yùn)動，可形成任意導(dǎo)程的螺旋線。
圖1 工作臺料斗結(jié)構(gòu)示意圖
步進(jìn)電機(jī)4與齒輪齒條(頂針)機(jī)構(gòu)結(jié)合，可適應(yīng)不同的鉆頭長度。
具體的裝夾過程如下：
(1)步進(jìn)電機(jī)1工作力矩很大，帶動主軸后退至固定擋塊處，再繼續(xù)向后，將已處于壓縮狀態(tài)的碟形彈簧繼續(xù)壓縮至適當(dāng)變形，導(dǎo)致彈簧夾頭打開。
(2)加工第1個工件時，料斗中的毛坯在自身重力作用下，落于毛坯導(dǎo)管引導(dǎo)槽中。步進(jìn)電機(jī)4通過齒輪齒條驅(qū)動頂針推動毛坯至加工位置，然后并不退回圖1所示頂針位置，而是在圖1所示毛坯位置。其后的裝夾，頂針先將加工后的工件推出，然后退回圖1所示頂針位置，再推動下一個毛坯。彈簧夾頭夾緊長度為10mm。鉆頭直徑為Ø1～3mm，為保證上下料動作可靠，料斗引導(dǎo)部分設(shè)計成可調(diào)。
(3)主軸前移，與固定擋塊脫離，碟形彈簧的彈力可使彈簧夾頭夾緊毛坯，上料、夾緊動作完成。
2.砂輪架結(jié)構(gòu)
砂輪架結(jié)構(gòu)的作用主要是安裝砂輪，實(shí)現(xiàn)對麻花鉆螺旋槽的磨削，由異步電機(jī)、平臺、砂輪支架、滾珠絲杠副等組成，其示意圖見圖2。
圖2 砂輪架示意圖
工作時，砂輪由異步電機(jī)通過V帶傳動，功率約1kW，靠異步電機(jī)的自重張緊V帶輪。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定麻花鉆的螺旋槽底在軸向有一定錐度，要求在磨削中砂輪切深要有變化，這由步進(jìn)電機(jī)3通過撓性膜片聯(lián)軸器連接滾珠絲杠副，使砂輪上下微動(設(shè)有平衡重，未畫出)實(shí)現(xiàn)砂輪切深的變化。砂輪支架上的垂直導(dǎo)軌上貼有塑料。
如圖2a所示，砂輪面與毛坯軸線有一夾角，即為鉆頭加工后的螺旋角b。不同規(guī)格麻花鉆的螺旋角并不相同，因此，設(shè)計時，將砂輪支架以上作為砂輪架整體放置于圖2所示平臺上，使砂輪磨削面與毛坯軸線的夾角b可手工調(diào)節(jié)。
工作臺料斗結(jié)構(gòu)與砂輪架結(jié)構(gòu)在制造時是彼此獨(dú)立的，所以在裝配時需仔細(xì)調(diào)整相互位置關(guān)系。
磨槽機(jī)的加工過程
1.主軸進(jìn)至磨削位置，螺旋槽的根部正處于支架中心(見圖1)，與砂輪對齊。磨削時，應(yīng)從螺旋槽的根部向麻花鉆頂部磨削，使細(xì)長毛坯承受拉力。
2.砂輪落下，接觸毛坯，開始磨削。步進(jìn)電機(jī)1、2、3協(xié)調(diào)動作，步進(jìn)電機(jī)1、2使毛坯向后作螺旋線運(yùn)動，步進(jìn)電機(jī)3控制砂輪向下微動。最終，麻花鉆的1條螺旋槽磨削完畢。
3.砂輪抬起，主軸再次前進(jìn)至磨削位置，再由步進(jìn)電機(jī)2控制，轉(zhuǎn)動180°，以便磨削另一螺旋槽。
4.重復(fù)過程2。
5.砂輪抬起，重復(fù)前述毛坯裝夾過程。
裝夾過程與加工過程按程序交替進(jìn)行，連續(xù)加工，工人無需干預(yù)。
該磨槽機(jī)為專用機(jī)床，動作簡單。采用定位控制單元為控制系統(tǒng)(即PLC+控制器)，控制步進(jìn)電機(jī)動作。磨槽機(jī)由1臺PLC控制多個步進(jìn)電機(jī)與其他電機(jī)電氣設(shè)備。其突出優(yōu)點(diǎn)是編程簡單、可靠，適應(yīng)較為惡劣的車間工作環(huán)境。
當(dāng)鉆頭規(guī)格變化時，用戶仍需根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)料斗的引導(dǎo)部分以及砂輪-毛坯軸線夾角(螺旋角b)，如果完全自動化，磨槽機(jī)結(jié)構(gòu)會非常復(fù)雜。除此以外，一切均按事先輸入的加工程序工作。本磨槽機(jī)設(shè)計成全封閉結(jié)構(gòu)，油霧被抽走，噪聲也被限制，勞動條件大為改善。1個工人可同時照看幾臺磨槽機(jī)，只需給料斗上料即可。其加工效率和加工質(zhì)量均有較大提高。
