王宏波

摘 要：結合市場需求，應用新技術、新材料、新工藝，研發了一種數控倒角刀前刃磨床，可對倒角刀前刃進行自動打磨，不僅有利于提高生產效率和安全性，還能降低勞動強度。利用粗磨砂輪和精磨砂輪對倒角刀前刃進行兩次打磨，還可以提高打磨質量，對相關行業的發展具有重要推動意義。

關鍵詞：數控中心；鉆鏟磨床方案；研發與探討

中圖分類號：TG527? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）04-0052-03

0 引言

某司“數控中心鉆鏟磨床”研發項目于2022年1月立項，按照《浙江省省級工業新產品項目備案通知書》（項目編號：202234JJ076）要求進行研發，于2022年6月完成主要研發工作，研制樣機經過公司內部檢測，其技術指標均符合備案要求。后又按照技術標準，批量試制了部分產品，產品經客戶使用后反應良好。

1 項目介紹

倒角刀是用于加工工件倒角與錐孔的、倒模棱角的刀具，屬于工業消耗品，使用量很大，對機床的加工效率也有很高的要求。目前通用的倒角刀前刃的加工方法是使用普通的磨床，絕大部分還是手動或半自動的全敞開式設備，生產效率低，勞動強度大，環境惡劣，安全性不高。

該項目研發了一種數控倒角刀前刃磨床，可對倒角刀前刃進行自動打磨，提高了生產效率和安全性，降低了勞動強度。同時，利用粗磨砂輪和精磨砂輪對倒角刀前刃進行兩次打磨，提高打磨質量[1]。

本項目產品主要用于中心鉆錐度及小外圓鏟磨，成形砂輪強力磨削工藝，磨削總長40～120 mm，強力油冷（過濾精度≤0.003 mm）。采用液壓式的料斗式自動料架上料，工件柄部外圓與刃部外圓作磨削定位，溝槽作圓周定位。整機功率8.5 kW，機床尺寸1 850 mm ×2 100 mm×2 200 mm，機床總質量2 800 kg。

2 項目實施方案及組織方式

2.1 項目實施方案

公司結合市場需求，應用持續顯現的新技術、新材料、新工藝，更換掉落后部分，提升車床的功能專業性和精準度，使得車床更安全、快捷、環保，質量更可靠，成本更低，技術性與國際大廠要求接軌。具體有以下4點。

第一，針對產業現狀、前景、市場銷售狀況開展資料收集、匯總，召開會議討論，分析市場，針對現有市場上的數控中心鉆鏟磨床設計存在的缺陷以及加工工藝上的不足，有針對性地討論并擬定研發方向，編寫可行性報告，確立研究課題，制定總體設計方案[2]。

第二，以可行性報告為依據，組織研發人員進行技術攻關，對產品結構以及加工工藝進行設計，對新產品設計方案進行分析比較，運用價值工程理論，研究確定產品的合理性能及通過對不同結構產品的對比分析，選擇結構最合理的產品進行產品樣品試制。

第三，試制產品，對樣品進行主要技術指標檢測，考核產品設計質量，檢驗產品結構、性能及主要工藝，驗證和修正設計圖紙，并根據客戶反映，進一步完善生產工藝及產品性能，使產品設計基本定型。

第四，小批試制，檢驗產品的工藝設計和工藝裝備設計的合理性，并對產品圖紙進行工藝性審查，以便進行必要的校正，保證大批量生產能順利推進，項目鑒定、驗收，最終實現產業化生產[3]。

2.2 項目組織方式

公司對本項目高度重視，配備了高水平的科技人員和強有力的項目組織實施隊伍，能保證項目的順利實施。

3 項目研發過程

3.1 組織實施及確定研發課題

本項目由浙江維克機械科技有限公司研發中心負責實施，成立項目研發小組，實行組長責任制，由研發中心主任負責監督實施，項目小組合成員相互配合協作，保證項目順利開展。項目主要課題為三工位磨床上料裝置的研發。

3.2 關鍵技術的研發

磨削加工是通過磨具切除工件上多余材料的加工方法。目前常見的磨床多是單一工位或者單一磨具，不能一次完成全部加工，需要重新裝夾或者更換磨具，工作效率較低。重復裝夾或更換磨具會產生裝夾誤差，從而降低了加工精度，而且拆裝過程還會大量增加操作者的時間和勞動負擔。另外，磨床的上料裝置比較原始，無法實現自動上料，即使有簡易的自動上料機構，其上料的穩定性也比較差[4]。

為此，設計人員研發一種穩定性更高的三工位磨床的上料裝置，能夠使物料上料軸線始終保持橫向，上料更加穩定。其結構是在主體機架上安裝夾料塊的打磨機構和橫向滑軌，橫向滑軌上設有能夠在橫向滑軌上滑動的主軸箱，主軸箱的附近安裝繞橫軸轉動的三抓卡盤，三抓卡盤橫向設有三根裝有彈簧夾頭的轉軸。機架上表面設有上料裝置以及與打磨機構相對的清邊機構。送料桿的左端、打磨機構的夾料塊以及清邊機構的位置，分別與三抓卡盤的三根轉軸配合，三抓卡盤的三根轉軸上的彈簧夾頭能夠同時完成從送料桿取料，將工件放置到夾料塊上進行打磨，并可放置到清邊機構內進行清邊操作。三工位磨床上料裝置立體圖如圖1所示。

工作流程第一步，需要根據物料的直徑來調整擋料塊的位置以及滑板前端與送料桿的位置，確保每次只有一根物料能從擋料塊和斜板之間經過以及物料能夠順利的從滑板前端掉落并經過進料槽進入送料桿內。第二步根據物料的長度調整限位板的位置，使每根物料的直徑均能夠平行于橫向。第三步將物料堆放在料斗內。由于斜板前低后高傾斜設置，物料在重力左右下會進過擋料塊和斜板之間的縫隙掉落到滑板上，并被爪子擋住。

上料時，轉動連接軸使爪子向上轉動，物料會沿著滑板進入到進料槽內，然后爪子復位，將下一個物料擋住。在物料進入進料槽的過程中，感應開關感應到有物料進入，送料電磁閥打開，驅動物料沿送料桿向左移動，完成上料。如果物料在擋料塊和斜板之間或者擋料塊和滑板之間卡住，可以打開油缸驅動滑塊輕微的前后滑動，物料即可正常滑落，穩定性更高。

3.3 技術創新

本項目產品屬于國家重點支持的高新技術產品，符合《國家重點支持的高新技術領域》中的“八、先進制造與自動化/先進制造工藝與裝備/高檔數控裝備與數控加工技術/超精密數控機床、超高速數控機床、大型精密數控機床、多軸聯動加工中心、高效精密立臥式加工中心、超硬材料特種加工機床等高端數控裝備技術”要求。

本產品主要創新點有兩點：第一，數控中心鉆鏟磨床結構。磨床底座上設置有X軸和Y軸滑軌，X軸滑塊上設置有分度工件夾具，可用于夾緊倒角刀，方向傾斜向上。Y軸滑塊上設置有磨頭座，磨頭前端同軸平行設置有粗磨砂輪和精磨砂輪。可對倒角刀前刃進行自動打磨，提高了生產效率和安全性，降低了勞動強度，同時利用粗磨砂輪和精磨砂輪對倒角刀前刃進行兩次打磨，提高打磨質量。第二，X軸滑塊上相對于粗磨砂輪和精磨砂輪的位置上設有修整器。修整器設置有修整砂輪，修整時修整砂輪與待整修的砂輪軸線相互平行且上下對齊，用于修整粗磨砂輪和精磨砂輪。

4 數控中心鉆鏟磨床故障診斷及維修技術

數控中心鉆鏟磨床出現故障時，需要對其進行診斷，并采取符合的技術進行維修，以此來保障數控中心鉆鏟磨床的正常運行。

4.1 數控鉆鏟磨床的故障診斷分析

4.1.1 機床故障

針對數控鉆鏟磨床的故障診斷，主要利用德國西門子840D數控系統以及機床控制系統中設置相應的自動報警診斷功能。

鉆鏟磨床在工作過程中，如果發生無法執行作業、自檢以及數據差等故障問題時，對應的系統就會出現一條相應的報警信息，且每個信息會自動生成不同類型的報警文本與序號，為維修人員提供便利。在處理過程中還可以通過借助設備用戶手冊實現對磨床故障的排查，但在故障處理過程中，過程煩瑣且容易產生誤差。

4.1.2 機床控制系統故障

機床控制系統產生的報警和診斷信息多以“700”開頭。通過對應的序號可以直接快速查出故障所在的具體位置，為維護人員的故障處理提供直接幫助。此外，系統給出報警時，機床會停止相關軸的運動，并強制退出處于自動循環的系統。系統給出報警時，系統只會停止相關操作，會僅給出對應的故障提示。如果機床在工作過程當中出現自動循環故障，需要及時退出系統。

大部分報警具備記憶功能和聯鎖功能，所以當故障報警或故障問題得到解決后，需要重新按一次機床控制面板上的故障復位按鈕，機床才會進入正常工作狀態。故障問題發生在自動循環過程時，自動循環退出后，原則上不能再次進入自動循環狀態，否則可能會再次出現故障問題，甚至會造成故障問題擴大、磨削不精準等問題。

4.1.3 對刀故障

在鉆鏟加工修磨時，砂輪直徑測量如果出現偏差，會導致砂輪和鉆鏟的修磨接觸面出現脫離的現象，砂輪的直徑也會不斷減小。為了進一步實現鉆鏟修磨以及砂輪對刀的精準控制，對砂輪修磨速度的調整，需要工作人員在每次修磨完成一個鉆鏟后，重新自動對砂輪直徑進行測量。

數控鉆鏟磨床的砂輪直徑測量設備在對砂輪表面和基準點測量時，可以借助計算的方式得到砂輪的直徑數值。由于磨床屬于結束磨削狀態，最終從砂輪直徑測量的結果可能會受殘留的磨削液影響，造成測量結果誤差偏大。砂輪直徑的測量數據會被直接用于砂輪在線修磨、鉆鏟對刀等環節當中，進而導致鉆鏟磨床出現故障。因此，可以從兩個方面解決砂輪直徑測量誤差的問題：定期對激光測距儀的運行狀態進行檢測，加強對數控鉆鏟磨床控制系統當中的砂輪直徑測量程序進行優化；在第二次進行新鉆鏟修磨開始前增添測量環節，以此促進砂輪直徑測量的準確性得到提高。

4.2 維護技術

4.2.1 主控柜設備維護

數控鉆鏟磨床的主控柜當中，除了擁有數控系統的電源模塊、軸控制模塊以及可編程控制器等主要模塊之外，還具備工件和砂輪調速系統、控制電源以及其他輔助組件。針對該部分電氣設備進行故障維修時，不僅需要保證數控系統和可編程控制器以及調速系統等專業部件的外部連接的可靠性和正確性，還要加強注重對每個電纜插頭的連接處進行維護，如數控軸動力電纜的U線和W線的連接。同時，還要注重設備和電器柜降溫處理和除塵工作，有效保證數控鉆鏟磨床機床電氣系統的正常穩定運行。此外，還需要注重對系統的保護開關和元件進行檢測。

4.2.2 床身電氣設備維護

床身電氣設備維護中，機床的控制器、操作界面以及其他器件均是該控制系統的重要組成部分。因此，在維護工作中，需要注重每個部件和電控柜兩者之間連接電纜、直流電源之間的連接。同時，還要保障執行電機、電磁閥等設備的安裝處于牢固狀態，最后還要保障設備的密閉性防護和清灰防護效果。

第一，磨床設備維護。可以根據數控鉆鏟磨床的實際運行情況和設備狀態進行定期維護，如磨削污泥清理、液壓油的清洗更換以及磨床底座、冷卻水噴水口維護等。當操作臺停止工作后，還需要對其磨削沉積物進行清理。

第二，砂輪養護。鉆鏟修磨后，在砂輪更換過程中，需要對砂輪罩里面進行清理。同時，還要對其砂輪蓋板、防護罩、主軸軸套以及砂輪法蘭盤等進行全方位維護。維護工作完成之后，要保持砂輪設備的干燥。

第三，液壓設備維護。在針對磨床設備的液壓設備方面的檢查維護時，需要對設備的油位、溫度以及臟污程度等進行檢查，并選擇相應的處理方式進行處理。在維護過程中，需要注重盡可能地避免利用壓縮空氣，對設備的油位、溫度以及其他相關設備或組件進行吹掃處理。在清理過程當中，很容易使部分粉塵、碎料等雜物通過狹小的縫隙進入設備當中。這不僅會對設備表面造成劃傷，還可能會對電氣設備的運行留下安全隱患。

5 結語

隨著國際經濟一體化的進程加快，我國制造產品質量水平的不斷提高，人們對數控機床提出了更高的要求。目前，業內技術人員都在進行數控技術和制造工藝的改造，在制造業生產期間，無論是從材料到毛坯再到半成品，還是從半成品再到成品的全過程，都會受到數控技術的直接影響。本文提出了一種數控中心鉆鏟磨床方案，是具備先進制造與自動化、先進制造工藝與裝備、高檔數控裝備與數控加工技術、超精密數控機床、超高速數控機床、大型精密數控機床、多軸聯動加工中心、高效精密立臥式加工中心、超硬材料特種加工機床等諸多優勢的高端數控裝備技術，能滿足制造業日益增長的產品生產需求。

參考文獻

[1] 范晉偉，張理想，劉會普，等.基于FMECA與FTA的數控磨床數控系統可靠性分析[J].機床與液壓，2022，50（10）：188-191.

[2] 朱俊，朱良峰.基于Profinet的雙主軸數控磨床控制系統的設計與實現[J].機床與液壓，2022，50（5）：129-132，37.

[3] 屠宏濤，魏平安，唐衛東.數控磨床電主軸典型故障分析與排除方法[J].金屬加工（冷加工），2022（6）：79-82.

[4] 范晉偉，劉會普，張理想，等.基于改進粒子群算法數控磨床可靠性分配優化研究[J].制造技術與機床，2022（6）：153-157.