自動仿形磨邊機的改進設計

張海鷹，胡慶春

（湖南城市學院 建筑與城市規劃學院，益陽 413000）

自動仿形磨邊機的改進設計

張海鷹，胡慶春

（湖南城市學院 建筑與城市規劃學院，益陽 413000）

0 引言

自動仿形磨邊機是一種廣泛應用于加工各種薄脆性復雜外形產品的設備，如手機、手表玻璃屏幕等。現有的各種仿形磨床和相關機床多采用了旋轉工作臺和自動控制原理。隨著用戶需求的提高，所加工的產品外形更復雜，尺寸更大，精度也更高。FM-A型系列自動仿形磨邊機主要用于手機和照相機等玻璃產品的加工，磨邊精度一般要求在0.005-0.01mm，倒邊精度小于0.005mm。在提高系統運動的平穩性方面主要改進了機架和磨頭體平移機構，設計了新型加壓緩沖裝置，同時設計了快速安裝夾頭，能快速裝夾和拆卸工件，可靠的夾持機構能讓工件準確定位，保證磨削時不發生縱向位移和偏轉，確保工件的磨削外形和可靠度。

1 平移機構的設計

現有的各種仿形磨床利用固定在工件夾持軸上的仿形母輪帶動固定在磨頭軸上的偏心滾針軸輪，從而帶動磨頭和砂輪運動，進而實現對工件的加工要求。磨頭與磨頭機架之間一般采用燕尾槽和滑塊平移機構，實現平移和定位。這種平移機構的安裝復雜、能耗大、易磨損，容易影響精度。FM-A型系列自動仿形磨邊機采用了一種結構緊湊、精度高、易于安裝的平移機構。

FM-A型系列自動仿形磨邊機的工作臺和砂輪架都安裝了自行研制的滾柱交叉導軌副做導向定位裝置，解決工作臺和砂輪架平移的導向和定位問題。滾動直線導軌副是在滑塊與導軌之間放入適當的鋼球，使滑塊與導軌之間的滑動摩擦變為滾動摩擦，大大降低二者之間的運動摩擦阻力，從而獲得：動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅動信號與機械動作滯后的時間間隔極短，有益于提高數控系統的響應速度和靈敏度。

如圖1所示，平移機構由滾柱交叉導軌副(1)、磨頭機構(2)、上導軌鑲條(3)、下導軌鑲條(7)和磨頭機架(8)組成。滾柱交叉導軌副(1)由上導軌(4)、滾柱(5)、下導軌(6)組成。上導軌(4)則固定在工作臺或磨頭體上(2)，由上導軌鑲條(3)進行定位和調試，下導軌(6)安裝在工作臺架和磨頭架上，由下導軌鑲條(7)進行定位和調試。磨頭機構(2)運動時，帶動上導軌(4)在滾柱(5)上滾動，從而實現磨頭機構(2)的平移運動。

圖1 磨邊機平移機構

滾柱交叉導軌副是由兩根具有V型滾道的導軌、滾子保持架、圓柱滾子等組成，相互交叉排列的圓柱滾子在經過精密磨削的V型滾道面上作往復運動，可承受各個方向的載荷，實現高精度、平穩的直線運動。采用著種結構滾動摩擦阻力低，穩定性能好； 起動摩擦力小，隨動性能好；接觸面積大，彈性變形量小，有效運動體多，易實現高剛性、高負荷運動；結構設計靈活，安裝使用方便。

2 加壓緩沖裝置的設計

2.1 緩沖裝置設計原理

仿形磨邊機機械部分主要由兩部分組成，即工作臺和砂輪架。工作臺由齒輪傳動，保證左右兩主軸低速旋轉，兩主軸夾持工件，仿形靠模安裝在左主軸上，主軸、靠模、工件同時低速旋轉。主軸連接在傳動齒輪上，當工件磨削時，主軸旋轉運動能克服緩沖撥叉的摩擦阻力，消除各運動零部件的間隙，保持機床平穩運動。當系統斷電停機時，工作臺傳動部分會因為慣性力繼續運動，此時砂輪還沒與工件分離，由于仿形靠模安裝在主軸上，也會因慣性受到沖擊，這樣產品（玻璃工件）必將受到沖擊和震動，對外形和精度都會產生很大的影響，有了加壓摩擦緩沖裝置，即可消除瞬間慣性力的影響，實現工作臺主軸的平穩停機。

2.2 緩沖裝置結構

下圖為FM-A型系列自動仿形磨邊機的加壓摩擦緩沖裝置結構圖。加長軸(9)通過螺蚊連接在主軸齒輪左端，緩沖摩擦功能主要由尼龍摩擦片(7)和緩沖撥叉(8)完成，增壓功能由壓緊螺母(2)、左右緩沖壓輪(4)(6)、緩沖彈簧(5)完成。緩沖裝置的壓力來自于緩沖彈簧，根據需要旋緊壓緊螺母可以給左右壓輪施加壓力，右壓輪壓緊尼龍摩擦片，在工件加工時，主軸齒輪帶動整個緩沖裝置旋轉，緩沖撥叉會被撥叉擋桿(12)擋住，這時，主軸在齒輪的傳動下可以克服緩沖撥叉的摩擦力完成磨削加工，同時有了緩沖裝置的存在，使得主軸運動更加平穩可靠。

3 工件夾持機構的設計

FM-A型自動仿形磨邊機工件夾持機構分為三個部分，包括夾頭體組件、進給齒輪組件和控制手柄組件。如圖3工件夾持機構原理圖所示，工件左右夾頭體分別安裝在左右主軸上，主軸通過軸承裝在左右套筒內，右套筒下方有進給齒槽，與進給齒輪配合完成進給運動，夾持和釋放工件。

圖2 加壓緩沖裝置

圖3 工件夾持機構原理圖

3.1 夾頭體的設計

FM-A型自動仿形磨邊機工件夾頭體有兩種，一種是將夾頭板用螺蚊直接連接在左右主軸的端面，連接簡單，但可靠性不好，適用于對外形和倒邊精度不高的產品。另一種是專門設計的快速安裝夾頭，采用了主軸和夾頭座的錐面配合，夾頭座通過高精度錐面配合安裝在左右主軸上，使得夾頭座定位準確，工件夾板由金屬夾板和工程塑料或尼龍板合二為一組成，金屬夾板通過螺釘安裝在夾頭座上，夾板經過改進后，由金屬夾板和工程塑料或尼龍板組成，既能保證一定的剛性，又能保證夾持工件所需要的彈性。

3.2 進給齒輪組件的設計

進給齒輪組件包括右套筒、進給齒輪、進給軸套和進給軸等組成，在工件夾持機構圖中可以看出，進給軸套能保證進給齒輪和軸的準確定位。進給齒輪和右套筒齒槽配合完成進給運動，夾緊或釋放工件。進給軸與進給齒輪由60度的錐面連接，靠相互的靜摩擦力傳遞運動，進給軸和控制手柄連接。為了保證夾持工件的可靠性，進給齒輪和進給軸都需要進行熱處理，硬度為28-32HRC，錐面配合研磨，表面粗糙度小于1.6，接觸面不小于三分之二，進給齒輪和進給軸的同軸度小于0.02mm。

圖4 工件夾持機構圖

3.3 控制手柄組件的設計

進給齒輪的運動由夾持手柄組件控制，夾持手柄組件包括夾持手柄（控制桿）、手柄固定座、定位端蓋和夾持彈簧座及彈簧等組成，如圖3所示。夾持手柄（控制桿）可以控制組件繞夾持進給軸旋轉，向右旋轉時，彈簧固定座壓縮夾持彈簧，夾持進給軸與進給齒輪靠摩擦力隨進給軸轉動，進給齒輪帶動右主軸夾緊工件，通過調整夾持彈簧的位置，就可以改變壓縮簧力的大小，既可以控制夾持工件的力度，又不會夾碎工件，確保夾持的穩定可靠。

4 結論

FM-A型自動仿形磨邊機產品目前廣泛采用了這種設計方法，目前，該產品已經生產了一千多臺，由于改進了運動平移方式，增加了加壓緩沖裝置，機器的運動非常平穩可靠，基本上消除了普通仿形磨邊機的常見產品質量缺陷，大大降低了工件破裂、形狀不準、精度不合格、歪邊、倒邊不勻等，能確保工件的磨削外形和可靠度，提高了產品的質量和生產效率。緩沖裝置和平移機構都獲得了國家專利，專利號為：ZL200820158551.0、ZL200820158544.0。

[1]張海鷹.仿形靠模的計算機設計方法,裝備制造[M].2009.

[2]李世國.輕工機械CAD[M].北京:中國輕工業出版社,1998.

[3]濮良貴.機械設計[M].北京:高等教育出版社,2005.

Automatic prof i ling grinder perfection design

ZHANG Hai-ying, HU Qing-chun

各種仿形磨邊機和相關機床大多采用了旋轉工作臺和自動控制原理。對于精密仿形磨邊機，加工過程需要平穩、準確，在手機、手表玻璃等加工行業，外形要求非常精確，工件易碎。因此，各運動部件的運動穩定性和工件的夾持可靠性是影響產品質量的關鍵環節。FM-A型系列自動仿形磨邊機改進了機架和磨頭體平移機構，設計了新型加壓緩沖裝置，同時設計了快速安裝夾頭，有效提高了磨削產品的精度和可靠性。

仿形；磨邊機；改進；設計

張海鷹，(1968－)，男，湖南寧遠人，高級工程師，主要從事機械設計、制造和智能檢測的教學和科學研究。

TG74

B

1009-0134(2010)06-0166-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.06.54

2010-03-24