脆硬材料玻璃和陶瓷切割在数控铣床上的实现方法探索
2019-12-10曹军李新淼江纪东
曹军 李新淼 江纪东
[摘 要] 探讨脆硬材料陶瓷和玻璃的非专用设备切割。针对切削参数、装夹方式、提供详尽实验数据和方法。设备采用教学型数控铣床,程序编制采用宏程序。
[关键词] 脆硬材料陶瓷和玻璃;切割参数;数控加工;第二课堂;创新
玻璃和陶瓷在装饰装修方面应用广泛,自身物理性能硬度高、脆性大、易破损,因而其加工需要专用切割机、水刀、激光切割机等专用设备。这里我们用陶瓷、玻璃酒瓶切割来探索其在数控铣床上实现加工的可行性。
一、装夹方法和切割方式
1.通用夹具装夹
三爪卡盘装夹圆柱外形各种瓶体。台钳适合方形瓶体。异形瓶体可以掉头装夹瓶嘴部分。通常需要在瓶体和夹具间垫橡胶类缓冲物并施加合适夹紧力,以防夹碎瓶体。方形瓶尤其注意夹紧力不能过大,否则会在切割加工过程中由于内应力释放和夹紧力的共同作用,导致瓶体开裂。
2.特殊装夹办法
大直径、异形瓶身无法采用台钳、三爪卡盘装夹时,可以采用胶粘方法,倒立装夹瓶口法。
3.切割方式
按照瓶体装夹后轴线方向不同,可以采用轴线竖直、水平、倾斜装夹。
(1)轴线竖直
垂直装夹瓶体切割后的瓶子截面为圆口或方形。
(2)轴线倾斜
倾斜轴线装夹瓶体切割后的瓶子截面为椭圆口,带角度方口。倾斜角度不宜过大,防止干涉。圆形瓶体可采用两个V型口木块辅助装夹于钳口。
(3)轴线水平
水平装夹瓶体切割后的瓶子截面截割位置不同形状各异。
二、刀具选用
采用玻璃、玉石类切割片。市场常见直径100mm以上割片,厚度0.5~1mm及以上不等。一般为金刚砂喷涂或烧结材质的即可满足加工要求。也有一些直径16~60mm的小直径切割片,厚度一般为0.5~1mm。割片厚度选用不超过1mm为宜,否则切割中侧向切割力过大会导致瓶体破碎。
三、刀片装夹
加工试验中采用钻夹头装夹小直径金刚砂割片。切割过程中发现夹紧力不足,易出现割片打滑现象。同时,钻夹头尺寸和割片尺寸匹配瓶身结构时容易出现干涉。后采用小直径接长杆来避免尺寸干涉和延长夹持长度。但仍存在夹紧力不足,割片打滑影响加工问题。多次试验后,采用角磨机夹头与100mm大直径割片装夹方式,获得了足够的夹紧力,获得了理想的加工质量和效率。
四、切削液防喷溅和过滤
为防止切削热积聚导致瓶体热裂和减轻割片磨损,需在加工过程中加入以降温为主要目的切削液来实现冷却。因此,需要防止刀片旋转带来喷溅。另外,磨下的陶瓷微粒作为硬质相会对机床丝杠等移动部件产生磨损,因而需要防止喷溅到上述部位。切削液可以用水替代,但循环使用时需过滤和沉淀处理。
五、切削参数选用
主轴转速S:1000~3000 r/min,进给速度F:100~1000mm/min,吃刀深度0.1~1mm。可以根据刀片直径大小不同灵活选用,以吃刀力大小不会挤碎瓶体为度。
采用钻夹头装夹小直径金刚砂割,经反复试验,主轴转速S1000转每分钟,匹配进给速度F100和单边吃刀深度0.2mm,获得满意的切口质量。但加工单个瓶子切割时间较长,长达30分钟。
采用角磨机夹头与100mm大直径割片,经反复试验,主轴转速S1000转每分钟,匹配进给速度F500和单边吃刀深度0.5~1mm,获得满意的切口质量。加工效率大为提高,单个瓶子切割时间7~10分钟(包括装夹瓶子时间在内)。
六、数控程序编制
程序可以采用软件生成和宏程序,软件编程适合瓶身截面为异形结构,但程序量较大,程序可读性不强。瓶身截面方形和圆形的采用宏程序编程,程序量小,程序可读性强,尺寸调整方便。
%1234(圆瓶) while[#3le4](壁厚4MM)
G54 #6=#5-#3(吃刀量计算)
M03S1000 G0X[#6]Y[10+#1](每次进刀点)
G 00Z100 Z[-#4](下刀深度)
G43Z30h1 G01Y0F[#7](圆起点)
X0Y0 G02i[-#6](整圆切割)
#1=74(瓶直径) #3=#3+0.2(每刀切深)
#2=60(刀直径) endw
#5=[#1+#2]/2(刀
具回转半径计算) G00X[#6]Y[10+#1](退刀点)
#3=0(吃刀初值) Z100
#4=70(下刀深度) G49Z30
#7=500(进给速度) X0Y0
M05
M30
七、加工中需要注意的其他问题
1.刀片直径和瓶身截面尺寸与机床行程的尺寸干涉。
2.刀片夹持高度和瓶身切割高度干涉。
3.切口的破口敏感性。
玻璃材质切口破口敏感,需要磨邊处理,以防割伤。陶瓷破口不敏感,切口光滑平整无锐边,可以不进行磨边处理。
八、结论
其一,数控实习教学设备可以加工日常教学中不常加工的玻璃和陶瓷材料。
其二,认识刀具的不同结构、装夹和应用。为今后在生产活动中创新、革新提供鲜活实例。
其三,酒瓶切割作为兴趣课题用于第二课堂教学,学生展现出浓厚兴趣。
参考文献:
冯志刚.数控宏程序编程方法、技巧与实例[M].机械工业出版社,2011-05.
[作者简介]
曹军,辽西技师学院,高级讲师,从事数控教学工作、数控实习管理工作16年。
李新淼,辽西技师学院,硕士研究生、讲师,从事数控教学工作多年。
江纪东,阜新技师学院,讲师,从事数控教学工作、数控实习管理工作多年。
[作者单位]
1.阜新市第三职专 2.阜新技师学院
(编辑:薄跃华)