小直徑麻花鉆(Ø1～3mm)的螺旋槽可在專用的磨床——磨槽機上加工，工人手工上料、夾緊、操作磨槽機，在高速鋼毛坯上磨削出兩條對稱螺旋槽。其最大的缺點是生產(chǎn)準備繁瑣，時間較長，Ø1～3mm小直徑麻花鉆規(guī)格很多，直徑、螺旋槽長度、螺旋線導程、螺旋角不一。鉆頭規(guī)格改變時，磨槽機傳動絲杠等零部件均需相應改變。勞動條件差，快節(jié)奏的單調(diào)動作、磨削時產(chǎn)生的巨大噪聲、霧化的磨削液等都對操作工人的健康不利。為此，某廠委托我們對該磨槽機進行數(shù)控改造，實現(xiàn)柔性加工、提高生產(chǎn)率與產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件。
國家標準對螺旋槽并未提出非常高的要求，因此決定采用開環(huán)控制。該磨槽機的動作程序為：上料→夾緊→磨一條螺旋槽→分度→磨另一條螺旋槽→下料，均由步進電機控制完成。
磨槽機的結構
磨槽機由工作臺料斗與砂輪架兩部分組成。
1.工作臺料斗結構
工作臺料斗的作用是裝夾毛坯和實現(xiàn)自動上下料，并使其形成螺旋線運動。自動上下料是設計的難點，具體結構設計時參照了加工中心自動換刀裝置。結構設計示意如圖1所示，主軸安放在工作臺上，工作臺安裝在矩形貼塑導軌上。由步進電機1通過撓性膜片聯(lián)軸器連接滾珠絲杠副，驅(qū)動工作臺直線運動。步進電機2通過同步齒形帶驅(qū)動主軸轉動。步進電機1與步進電機2協(xié)調(diào)運動，可形成任意導程的螺旋線。
圖1 工作臺料斗結構示意圖
步進電機4與齒輪齒條(頂針)機構結合，可適應不同的鉆頭長度。
具體的裝夾過程如下：
(1)步進電機1工作力矩很大，帶動主軸后退至固定擋塊處，再繼續(xù)向后，將已處于壓縮狀態(tài)的碟形彈簧繼續(xù)壓縮至適當變形，導致彈簧夾頭打開。
(2)加工第1個工件時，料斗中的毛坯在自身重力作用下，落于毛坯導管引導槽中。步進電機4通過齒輪齒條驅(qū)動頂針推動毛坯至加工位置，然后并不退回圖1所示頂針位置，而是在圖1所示毛坯位置。其后的裝夾，頂針先將加工后的工件推出，然后退回圖1所示頂針位置，再推動下一個毛坯。彈簧夾頭夾緊長度為10mm。鉆頭直徑為Ø1～3mm，為保證上下料動作可靠，料斗引導部分設計成可調(diào)。
(3)主軸前移，與固定擋塊脫離，碟形彈簧的彈力可使彈簧夾頭夾緊毛坯，上料、夾緊動作完成。
2.砂輪架結構
砂輪架結構的作用主要是安裝砂輪，實現(xiàn)對麻花鉆螺旋槽的磨削，由異步電機、平臺、砂輪支架、滾珠絲杠副等組成，其示意圖見圖2。
圖2 砂輪架示意圖
工作時，砂輪由異步電機通過V帶傳動，功率約1kW，靠異步電機的自重張緊V帶輪。國家標準規(guī)定麻花鉆的螺旋槽底在軸向有一定錐度，要求在磨削中砂輪切深要有變化，這由步進電機3通過撓性膜片聯(lián)軸器連接滾珠絲杠副，使砂輪上下微動(設有平衡重，未畫出)實現(xiàn)砂輪切深的變化。砂輪支架上的垂直導軌上貼有塑料。
如圖2a所示，砂輪面與毛坯軸線有一夾角，即為鉆頭加工后的螺旋角b。不同規(guī)格麻花鉆的螺旋角并不相同，因此，設計時，將砂輪支架以上作為砂輪架整體放置于圖2所示平臺上，使砂輪磨削面與毛坯軸線的夾角b可手工調(diào)節(jié)。
工作臺料斗結構與砂輪架結構在制造時是彼此獨立的，所以在裝配時需仔細調(diào)整相互位置關系。
磨槽機的加工過程
1.主軸進至磨削位置，螺旋槽的根部正處于支架中心(見圖1)，與砂輪對齊。磨削時，應從螺旋槽的根部向麻花鉆頂部磨削，使細長毛坯承受拉力。
2.砂輪落下，接觸毛坯，開始磨削。步進電機1、2、3協(xié)調(diào)動作，步進電機1、2使毛坯向后作螺旋線運動，步進電機3控制砂輪向下微動。最終，麻花鉆的1條螺旋槽磨削完畢。
3.砂輪抬起，主軸再次前進至磨削位置，再由步進電機2控制，轉動180°，以便磨削另一螺旋槽。
4.重復過程2。
5.砂輪抬起，重復前述毛坯裝夾過程。
裝夾過程與加工過程按程序交替進行，連續(xù)加工，工人無需干預。
該磨槽機為專用機床，動作簡單。采用定位控制單元為控制系統(tǒng)(即PLC+控制器)，控制步進電機動作。磨槽機由1臺PLC控制多個步進電機與其他電機電氣設備。其突出優(yōu)點是編程簡單、可靠，適應較為惡劣的車間工作環(huán)境。
當鉆頭規(guī)格變化時，用戶仍需根據(jù)國家標準，調(diào)節(jié)料斗的引導部分以及砂輪-毛坯軸線夾角(螺旋角b)，如果完全自動化，磨槽機結構會非常復雜。除此以外，一切均按事先輸入的加工程序工作。本磨槽機設計成全封閉結構，油霧被抽走，噪聲也被限制，勞動條件大為改善。1個工人可同時照看幾臺磨槽機，只需給料斗上料即可。其加工效率和加工質(zhì)量均有較大提高。
