浅析数控中心钻铲磨床方案的研发与探讨

王宏波

摘 要：结合市场需求，应用新技术、新材料、新工艺，研发了一种数控倒角刀前刃磨床，可对倒角刀前刃进行自动打磨，不仅有利于提高生产效率和安全性，还能降低劳动强度。利用粗磨砂轮和精磨砂轮对倒角刀前刃进行两次打磨，还可以提高打磨质量，对相关行业的发展具有重要推动意义。

关键词：数控中心；钻铲磨床方案；研发与探讨

中图分类号：TG527                                    文献标识码：A                             文章编号：2096-6903（2023）04-0052-03

0 引言

某司“数控中心钻铲磨床”研发项目于2022年1月立项，按照《浙江省省级工业新产品项目备案通知书》（项目编号：202234JJ076）要求进行研发，于2022年6月完成主要研发工作，研制样机经过公司内部检测，其技术指标均符合备案要求。后又按照技术标准，批量试制了部分产品，产品经客户使用后反应良好。

1 项目介绍

倒角刀是用于加工工件倒角与锥孔的、倒模棱角的刀具，属于工业消耗品，使用量很大，对机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，绝大部分还是手动或半自动的全敞开式设备，生产效率低，劳动强度大，环境恶劣，安全性不高。

该项目研发了一种数控倒角刀前刃磨床，可对倒角刀前刃进行自动打磨，提高了生产效率和安全性，降低了劳动强度。同时，利用粗磨砂轮和精磨砂轮对倒角刀前刃进行两次打磨，提高打磨质量[1]。

本项目产品主要用于中心钻锥度及小外圆铲磨，成形砂轮强力磨削工艺，磨削总长40～120 mm，强力油冷（过滤精度≤0.003 mm）。采用液压式的料斗式自动料架上料，工件柄部外圆与刃部外圆作磨削定位，沟槽作圆周定位。整机功率8.5 kW，机床尺寸1 850 mm ×2 100 mm×2 200 mm，机床总质量2 800 kg。

2 项目实施方案及组织方式

2.1 项目实施方案

公司结合市场需求，应用持续显现的新技术、新材料、新工艺，更换掉落后部分，提升车床的功能专业性和精准度，使得车床更安全、快捷、环保，质量更可靠，成本更低，技术性与国际大厂要求接轨。具体有以下4点。

第一，针对产业现状、前景、市场销售状况开展资料收集、汇总，召开会议讨论，分析市场，针对现有市场上的数控中心钻铲磨床设计存在的缺陷以及加工工艺上的不足，有针对性地讨论并拟定研发方向，编写可行性报告，确立研究课题，制定总体设计方案[2]。

第二，以可行性报告为依据，组织研发人员进行技术攻关，对产品结构以及加工工艺进行设计，对新产品设计方案进行分析比较，运用价值工程理论，研究确定产品的合理性能及通过对不同结构产品的对比分析，选择结构最合理的产品进行产品样品试制。

第三，试制产品，对样品进行主要技术指标检测，考核产品设计质量，检验产品结构、性能及主要工艺，验证和修正设计图纸，并根据客户反映，进一步完善生产工艺及产品性能，使产品设计基本定型。

第四，小批试制，检验产品的工艺设计和工艺装备设计的合理性，并对产品图纸进行工艺性审查，以便进行必要的校正，保证大批量生产能順利推进，项目鉴定、验收，最终实现产业化生产[3]。

2.2 项目组织方式

公司对本项目高度重视，配备了高水平的科技人员和强有力的项目组织实施队伍，能保证项目的顺利实施。

3 项目研发过程

3.1 组织实施及确定研发课题

本项目由浙江维克机械科技有限公司研发中心负责实施，成立项目研发小组，实行组长责任制，由研发中心主任负责监督实施，项目小组合成员相互配合协作，保证项目顺利开展。项目主要课题为三工位磨床上料装置的研发。

3.2 关键技术的研发

磨削加工是通过磨具切除工件上多余材料的加工方法。目前常见的磨床多是单一工位或者单一磨具，不能一次完成全部加工，需要重新装夹或者更换磨具，工作效率较低。重复装夹或更换磨具会产生装夹误差，从而降低了加工精度，而且拆装过程还会大量增加操作者的时间和劳动负担。另外，磨床的上料装置比较原始，无法实现自动上料，即使有简易的自动上料机构，其上料的稳定性也比较差[4]。

为此，设计人员研发一种稳定性更高的三工位磨床的上料装置，能够使物料上料轴线始终保持横向，上料更加稳定。其结构是在主体机架上安装夹料块的打磨机构和横向滑轨，横向滑轨上设有能够在横向滑轨上滑动的主轴箱，主轴箱的附近安装绕横轴转动的三抓卡盘，三抓卡盘横向设有三根装有弹簧夹头的转轴。机架上表面设有上料装置以及与打磨机构相对的清边机构。送料杆的左端、打磨机构的夹料块以及清边机构的位置，分别与三抓卡盘的三根转轴配合，三抓卡盘的三根转轴上的弹簧夹头能够同时完成从送料杆取料，将工件放置到夹料块上进行打磨，并可放置到清边机构内进行清边操作。三工位磨床上料装置立体图如图1所示。

工作流程第一步，需要根据物料的直径来调整挡料块的位置以及滑板前端与送料杆的位置，确保每次只有一根物料能从挡料块和斜板之间经过以及物料能够顺利的从滑板前端掉落并经过进料槽进入送料杆内。第二步根据物料的长度调整限位板的位置，使每根物料的直径均能够平行于横向。第三步将物料堆放在料斗内。由于斜板前低后高倾斜设置，物料在重力左右下会进过挡料块和斜板之间的缝隙掉落到滑板上，并被爪子挡住。

上料时，转动连接轴使爪子向上转动，物料会沿着滑板进入到进料槽内，然后爪子复位，将下一个物料挡住。在物料进入进料槽的过程中，感应开关感应到有物料进入，送料电磁阀打开，驱动物料沿送料杆向左移动，完成上料。如果物料在挡料块和斜板之间或者挡料块和滑板之间卡住，可以打开油缸驱动滑块轻微的前后滑动，物料即可正常滑落，稳定性更高。

3.3 技术创新

本项目产品属于国家重点支持的高新技术产品，符合《国家重点支持的高新技术领域》中的“八、先进制造与自动化/先进制造工艺与装备/高档数控装备与数控加工技术/超精密数控机床、超高速数控机床、大型精密数控机床、多轴联动加工中心、高效精密立卧式加工中心、超硬材料特种加工机床等高端数控装备技术”要求。

本产品主要创新点有两点：第一，数控中心钻铲磨床结构。磨床底座上设置有X轴和Y轴滑轨，X轴滑块上设置有分度工件夹具，可用于夹紧倒角刀，方向倾斜向上。Y轴滑块上设置有磨头座，磨头前端同轴平行设置有粗磨砂轮和精磨砂轮。可对倒角刀前刃进行自动打磨，提高了生产效率和安全性，降低了劳动强度，同时利用粗磨砂轮和精磨砂轮对倒角刀前刃进行两次打磨，提高打磨质量。第二，X轴滑块上相对于粗磨砂轮和精磨砂轮的位置上设有修整器。修整器设置有修整砂轮，修整时修整砂轮与待整修的砂轮轴线相互平行且上下对齐，用于修整粗磨砂轮和精磨砂轮。

4 数控中心钻铲磨床故障诊断及维修技术

数控中心钻铲磨床出现故障时，需要对其进行诊断，并采取符合的技术进行维修，以此来保障数控中心钻铲磨床的正常运行。

4.1 数控钻铲磨床的故障诊断分析

4.1.1 机床故障

针对数控钻铲磨床的故障诊断，主要利用德国西门子840D数控系统以及机床控制系统中设置相应的自动报警诊断功能。

钻铲磨床在工作过程中，如果发生无法执行作业、自检以及数据差等故障问题时，对应的系统就会出现一条相应的报警信息，且每个信息会自动生成不同类型的报警文本与序号，为维修人员提供便利。在处理过程中还可以通过借助设备用户手册实现对磨床故障的排查，但在故障处理过程中，过程烦琐且容易产生误差。

4.1.2 机床控制系统故障

机床控制系统产生的报警和诊断信息多以“700”开头。通过对应的序号可以直接快速查出故障所在的具体位置，为维护人员的故障处理提供直接帮助。此外，系统给出报警时，机床会停止相关轴的运动，并强制退出处于自动循环的系统。系统给出报警时，系统只会停止相关操作，会仅给出对应的故障提示。如果机床在工作过程当中出现自动循环故障，需要及时退出系统。

大部分报警具备记忆功能和联锁功能，所以当故障报警或故障问题得到解决后，需要重新按一次机床控制面板上的故障复位按钮，机床才会进入正常工作状态。故障问题发生在自动循环过程时，自动循环退出后，原则上不能再次进入自动循环状态，否则可能会再次出现故障问题，甚至会造成故障问题扩大、磨削不精准等问题。

4.1.3 对刀故障

在钻铲加工修磨时，砂轮直径测量如果出现偏差，会导致砂轮和钻铲的修磨接触面出现脱离的现象，砂轮的直径也会不断减小。为了进一步实现钻铲修磨以及砂轮对刀的精准控制，对砂轮修磨速度的调整，需要工作人员在每次修磨完成一个钻铲后，重新自动对砂轮直径进行测量。

数控钻铲磨床的砂轮直径测量设备在对砂轮表面和基准点测量时，可以借助计算的方式得到砂轮的直径数值。由于磨床属于结束磨削状态，最终从砂轮直径测量的结果可能会受残留的磨削液影响，造成测量结果误差偏大。砂轮直径的测量数据会被直接用于砂轮在线修磨、钻铲对刀等环节当中，进而导致钻铲磨床出现故障。因此，可以从两个方面解决砂轮直径测量误差的问题：定期对激光测距仪的运行状态进行检测，加强对数控钻铲磨床控制系统当中的砂轮直径测量程序进行优化；在第二次进行新钻铲修磨开始前增添测量环节，以此促进砂轮直径测量的准确性得到提高。

4.2 维护技术

4.2.1 主控柜设备维护

数控钻铲磨床的主控柜当中，除了拥有数控系统的电源模块、轴控制模块以及可编程控制器等主要模块之外，还具备工件和砂轮调速系统、控制电源以及其他辅助组件。针对该部分电气设备进行故障维修时，不仅需要保证数控系统和可编程控制器以及调速系统等专业部件的外部连接的可靠性和正确性，还要加强注重对每个电缆插头的连接处进行维护，如数控轴动力电缆的U线和W线的连接。同时，还要注重设备和电器柜降温处理和除尘工作，有效保证数控钻铲磨床机床电气系统的正常稳定运行。此外，还需要注重对系统的保护开关和元件进行检测。

4.2.2 床身电气设备维护

床身电气设备维护中，机床的控制器、操作界面以及其他器件均是该控制系统的重要组成部分。因此，在维护工作中，需要注重每个部件和电控柜两者之间连接电缆、直流电源之间的连接。同时，还要保障执行电机、电磁阀等设备的安装处于牢固状态，最后还要保障设备的密闭性防护和清灰防护效果。

第一，磨床设备维护。可以根据数控钻铲磨床的实际运行情况和设备状态进行定期维护，如磨削污泥清理、液压油的清洗更换以及磨床底座、冷却水喷水口维护等。当操作台停止工作后，还需要对其磨削沉积物进行清理。

第二，砂轮养护。钻铲修磨后，在砂轮更换过程中，需要对砂轮罩里面进行清理。同时，还要对其砂轮盖板、防护罩、主轴轴套以及砂轮法兰盘等进行全方位维护。维护工作完成之后，要保持砂轮设备的干燥。

第三，液压设备维护。在针对磨床设备的液压设备方面的检查维护时，需要对设备的油位、温度以及脏污程度等进行检查，并选择相应的处理方式进行处理。在维护过程中，需要注重尽可能地避免利用压缩空气，对设备的油位、温度以及其他相关设备或组件进行吹扫处理。在清理过程当中，很容易使部分粉尘、碎料等雜物通过狭小的缝隙进入设备当中。这不仅会对设备表面造成划伤，还可能会对电气设备的运行留下安全隐患。

5 结语

随着国际经济一体化的进程加快，我国制造产品质量水平的不断提高，人们对数控机床提出了更高的要求。目前，业内技术人员都在进行数控技术和制造工艺的改造，在制造业生产期间，无论是从材料到毛坯再到半成品，还是从半成品再到成品的全过程，都会受到数控技术的直接影响。本文提出了一种数控中心钻铲磨床方案，是具备先进制造与自动化、先进制造工艺与装备、高档数控装备与数控加工技术、超精密数控机床、超高速数控机床、大型精密数控机床、多轴联动加工中心、高效精密立卧式加工中心、超硬材料特种加工机床等诸多优势的高端数控装备技术，能满足制造业日益增长的产品生产需求。

参考文献

[1] 范晋伟，张理想，刘会普，等.基于FMECA与FTA的数控磨床数控系统可靠性分析[J].机床与液压，2022，50（10）：188-191.

[2] 朱俊，朱良峰.基于Profinet的双主轴数控磨床控制系统的设计与实现[J].机床与液压，2022，50（5）：129-132，37.

[3] 屠宏涛，魏平安，唐卫东.数控磨床电主轴典型故障分析与排除方法[J].金属加工（冷加工），2022（6）：79-82.

[4] 范晋伟，刘会普，张理想，等.基于改进粒子群算法数控磨床可靠性分配优化研究[J].制造技术与机床，2022（6）：153-157.