自動仿形磨邊機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

張海鷹，胡慶春

（湖南城市學(xué)院 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，益陽 413000）

自動仿形磨邊機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

張海鷹，胡慶春

（湖南城市學(xué)院 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，益陽 413000）

0 引言

自動仿形磨邊機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于加工各種薄脆性復(fù)雜外形產(chǎn)品的設(shè)備，如手機(jī)、手表玻璃屏幕等?，F(xiàn)有的各種仿形磨床和相關(guān)機(jī)床多采用了旋轉(zhuǎn)工作臺和自動控制原理。隨著用戶需求的提高，所加工的產(chǎn)品外形更復(fù)雜，尺寸更大，精度也更高。FM-A型系列自動仿形磨邊機(jī)主要用于手機(jī)和照相機(jī)等玻璃產(chǎn)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(tǒng)運(yùn)動的平穩(wěn)性方面主要改進(jìn)了機(jī)架和磨頭體平移機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了新型加壓緩沖裝置，同時(shí)設(shè)計(jì)了快速安裝夾頭，能快速裝夾和拆卸工件，可靠的夾持機(jī)構(gòu)能讓工件準(zhǔn)確定位，保證磨削時(shí)不發(fā)生縱向位移和偏轉(zhuǎn)，確保工件的磨削外形和可靠度。

1 平移機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

現(xiàn)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(yùn)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對工件的加工要求。磨頭與磨頭機(jī)架之間一般采用燕尾槽和滑塊平移機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)平移和定位。這種平移機(jī)構(gòu)的安裝復(fù)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(jī)采用了一種結(jié)構(gòu)緊湊、精度高、易于安裝的平移機(jī)構(gòu)。

FM-A型系列自動仿形磨邊機(jī)的工作臺和砂輪架都安裝了自行研制的滾柱交叉導(dǎo)軌副做導(dǎo)向定位裝置，解決工作臺和砂輪架平移的導(dǎo)向和定位問題。滾動直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)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(qū)動信號與機(jī)械動作滯后的時(shí)間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。

如圖1所示，平移機(jī)構(gòu)由滾柱交叉導(dǎo)軌副(1)、磨頭機(jī)構(gòu)(2)、上導(dǎo)軌鑲條(3)、下導(dǎo)軌鑲條(7)和磨頭機(jī)架(8)組成。滾柱交叉導(dǎo)軌副(1)由上導(dǎo)軌(4)、滾柱(5)、下導(dǎo)軌(6)組成。上導(dǎo)軌(4)則固定在工作臺或磨頭體上(2)，由上導(dǎo)軌鑲條(3)進(jìn)行定位和調(diào)試，下導(dǎo)軌(6)安裝在工作臺架和磨頭架上，由下導(dǎo)軌鑲條(7)進(jìn)行定位和調(diào)試。磨頭機(jī)構(gòu)(2)運(yùn)動時(shí)，帶動上導(dǎo)軌(4)在滾柱(5)上滾動，從而實(shí)現(xiàn)磨頭機(jī)構(gòu)(2)的平移運(yùn)動。

圖1 磨邊機(jī)平移機(jī)構(gòu)

滾柱交叉導(dǎo)軌副是由兩根具有V型滾道的導(dǎo)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(jīng)過精密磨削的V型滾道面上作往復(fù)運(yùn)動，可承受各個(gè)方向的載荷，實(shí)現(xiàn)高精度、平穩(wěn)的直線運(yùn)動。采用著種結(jié)構(gòu)滾動摩擦阻力低，穩(wěn)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(yùn)動體多，易實(shí)現(xiàn)高剛性、高負(fù)荷運(yùn)動；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，安裝使用方便。

2 加壓緩沖裝置的設(shè)計(jì)

2.1 緩沖裝置設(shè)計(jì)原理

仿形磨邊機(jī)機(jī)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(zhuǎn)，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(shí)低速旋轉(zhuǎn)。主軸連接在傳動齒輪上，當(dāng)工件磨削時(shí)，主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動能克服緩沖撥叉的摩擦阻力，消除各運(yùn)動零部件的間隙，保持機(jī)床平穩(wěn)運(yùn)動。當(dāng)系統(tǒng)斷電停機(jī)時(shí)，工作臺傳動部分會因?yàn)閼T性力繼續(xù)運(yùn)動，此時(shí)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?jīng)_擊，這樣產(chǎn)品（玻璃工件）必將受到?jīng)_擊和震動，對外形和精度都會產(chǎn)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(shí)現(xiàn)工作臺主軸的平穩(wěn)停機(jī)。

2.2 緩沖裝置結(jié)構(gòu)

下圖為FM-A型系列自動仿形磨邊機(jī)的加壓摩擦緩沖裝置結(jié)構(gòu)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(jù)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(shí)，主軸齒輪帶動整個(gè)緩沖裝置旋轉(zhuǎn)，緩沖撥叉會被撥叉擋桿(12)擋住，這時(shí)，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(shí)有了緩沖裝置的存在，使得主軸運(yùn)動更加平穩(wěn)可靠。

3 工件夾持機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

FM-A型自動仿形磨邊機(jī)工件夾持機(jī)構(gòu)分為三個(gè)部分，包括夾頭體組件、進(jìn)給齒輪組件和控制手柄組件。如圖3工件夾持機(jī)構(gòu)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(nèi)，右套筒下方有進(jìn)給齒槽，與進(jìn)給齒輪配合完成進(jìn)給運(yùn)動，夾持和釋放工件。

圖2 加壓緩沖裝置

圖3 工件夾持機(jī)構(gòu)原理圖

3.1 夾頭體的設(shè)計(jì)

FM-A型自動仿形磨邊機(jī)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(chǎn)品。另一種是專門設(shè)計(jì)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(zhǔn)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(jīng)過改進(jìn)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(jìn)給齒輪組件的設(shè)計(jì)

進(jìn)給齒輪組件包括右套筒、進(jìn)給齒輪、進(jìn)給軸套和進(jìn)給軸等組成，在工件夾持機(jī)構(gòu)圖中可以看出，進(jìn)給軸套能保證進(jìn)給齒輪和軸的準(zhǔn)確定位。進(jìn)給齒輪和右套筒齒槽配合完成進(jìn)給運(yùn)動，夾緊或釋放工件。進(jìn)給軸與進(jìn)給齒輪由60度的錐面連接，靠相互的靜摩擦力傳遞運(yùn)動，進(jìn)給軸和控制手柄連接。為了保證夾持工件的可靠性，進(jìn)給齒輪和進(jìn)給軸都需要進(jìn)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(jìn)給齒輪和進(jìn)給軸的同軸度小于0.02mm。

圖4 工件夾持機(jī)構(gòu)圖

3.3 控制手柄組件的設(shè)計(jì)

進(jìn)給齒輪的運(yùn)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(jìn)給軸旋轉(zhuǎn)，向右旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧固定座壓縮夾持彈簧，夾持進(jìn)給軸與進(jìn)給齒輪靠摩擦力隨進(jìn)給軸轉(zhuǎn)動，進(jìn)給齒輪帶動右主軸夾緊工件，通過調(diào)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(wěn)定可靠。

4 結(jié)論

FM-A型自動仿形磨邊機(jī)產(chǎn)品目前廣泛采用了這種設(shè)計(jì)方法，目前，該產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)了一千多臺，由于改進(jìn)了運(yùn)動平移方式，增加了加壓緩沖裝置，機(jī)器的運(yùn)動非常平穩(wěn)可靠，基本上消除了普通仿形磨邊機(jī)的常見產(chǎn)品質(zhì)量缺陷，大大降低了工件破裂、形狀不準(zhǔn)、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(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。緩沖裝置和平移機(jī)構(gòu)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(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方法,裝備制造[M].2009.

[2]李世國.輕工機(jī)械CAD[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1998.

[3]濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)[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(jī)和相關(guān)機(jī)床大多采用了旋轉(zhuǎn)工作臺和自動控制原理。對于精密仿形磨邊機(jī)，加工過程需要平穩(wěn)、準(zhǔn)確，在手機(jī)、手表玻璃等加工行業(yè)，外形要求非常精確，工件易碎。因此，各運(yùn)動部件的運(yùn)動穩(wěn)定性和工件的夾持可靠性是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。FM-A型系列自動仿形磨邊機(jī)改進(jìn)了機(jī)架和磨頭體平移機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了新型加壓緩沖裝置，同時(shí)設(shè)計(jì)了快速安裝夾頭，有效提高了磨削產(chǎn)品的精度和可靠性。

仿形；磨邊機(jī)；改進(jìn)；設(shè)計(jì)

張海鷹，(1968－)，男，湖南寧遠(yuǎn)人，高級工程師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)、制造和智能檢測的教學(xué)和科學(xué)研究。

TG74

B

1009-0134(2010)06-0166-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.06.54

2010-03-24