陶瓷口蓋自動化溼切磨削加工方法與流程
2023-05-09 07:15:30 2
1.本發明屬於陶瓷材料精密結構件機械加工技術領域，具體涉及一種陶瓷口蓋自動化溼切磨削加工方法。
背景技術：
2.飛彈裝配至彈頭部位的陶瓷口蓋(如圖1)是飛彈戰鬥部系統接收作戰信息的重要結構件，作為飛彈「視網膜」的陶瓷口蓋需具有抗電磁幹擾、耐高溫、耐衝刷等特性，因此需採用耐超高溫陶瓷基複合材料進行加工。陶瓷材料是經過緻密化後形成，硬度極高，加工過程需保持高度潔淨以避免帶入金屬離子雜質，外型尺寸與表觀質量要求較高，加工難度極大。且陶瓷材料中的編制體纖維(如圖2)在加工過程中極易扯斷，造成其中的緻密物脫落，影響其表面粗糙度，進而影響產品電性能。
3.國內現有的陶瓷口蓋加工方式均為銑加工幹切，幹切加工方法可避免帶入金屬離子雜質，但幹切方式會產生極大的摩擦熱，刀具壽命極低，且對編制體的破壞較大，不能滿足陶瓷口蓋的穩定連續加工要求和表面粗糙度要求，同時幹切會產生大量粉塵對操作者身體健康造成負面影響。
技術實現要素：
4.針對背景技描述的問題，本發明的目的在於提供一種既能實現穩定連續批量加工、又能大大提升產品表面粗糙度，同時還儘量減少粉塵產生的陶瓷口蓋的加工方法。
5.為達到上述目的，本發明設計的陶瓷口蓋自動化溼切磨削加工方法，包括如下步驟：
6.s1，坯料切割：將胚料緻密化且硬度達到要求後切割成陶瓷口蓋所需長、寬方向尺寸的方料；
7.s2，粗加工：將步驟s1處理後的方料再次進行緻密化處理，材料硬度需達到立式加工中心裝夾要求；銑加工出陶瓷口蓋所需長、寬、高方向尺寸的胚料；
8.s3，內型半精加工：將步驟s2處理後的胚料繼續進行緻密化處理後，在胚料中心粗加工出陶瓷口蓋凹坑；
9.s4，內型自動化精加工：將步驟s3處理後的胚料繼續進行緻密化處理，材料硬度需達到柔性單元自動加工要求；裝夾胚料至一託盤，按照粗修、精修、勾圓角順序加工出陶瓷口蓋內型；在整個內型自動精加工過程中，均需採用高純水作為冷卻液；
10.s5，外型自動化精加工：將步驟s4處理後的胚料翻面，裝夾至另一託盤；加工出陶瓷口蓋外型，自動加工工序與步驟s4相同。
11.優選的，s1中，採用高純水作為冷卻液，sic砂輪片進行切割。
12.優選的，s2中，方料的裝夾接觸面需用尼龍薄片進行隔離保護，防止金屬雜質及汙物進入產品內部。
13.優選的，s2中，採用pcd金剛石銑刀進行銑加工，銑加工過程中不得使用任何冷卻
液，為避免切削熱過大進而降低刀具壽命，加工過程的進給速率需控制在3200mm/min以內，切削量控制為0.5mm每層，主軸轉速控制在3600rpm以內。
14.優選的，s3中，凹坑深度按內型最終深度外偏1mm。
15.優選的，s3中，採用pcd金剛石銑刀進行銑加工，銑加工過程中不得使用任何冷卻液，為避免切削熱過大進而降低刀具壽命，加工過程的進給速率需控制在3200mm/min以內，切削量控制為0.5mm每層，主軸轉速控制在3600rpm以內。
16.優選的，s4中，裝夾胚料後使用塞尺檢測工件與託盤接觸面間隙，間隙小於0.02mm即為裝夾合格。
17.優選的，s4中，粗修使用燒結磨頭快速去除餘量，加工至最終尺寸單邊留0.2mm餘量，粗修設定切削量為0.2mm每層；精修使用噴砂磨頭加工內型至最終尺寸，精修設定切削量為0.05mm每層；勾圓角需使用pcd金剛石銑刀進行插補加工。
18.本發明與現有技術相比，具有以下優點：本發明所述的陶瓷口蓋自動化溼切磨削加工方法，在核心的精加工工序取消了常規的pcd金剛石銑刀幹切加工方式，創新性使用了高純水作為冷卻液，不帶入金屬離子雜質的前提下起到了水冷效果，將主軸許可轉速上限提高近3倍，主軸轉速提高後使用了燒結磨頭和噴砂磨頭代替pcd金剛石銑刀，配合專用裝夾工裝，使得加工出的產品表面粗糙度得到大幅提高。
19.同時，「空冷」升級為「水冷」使得刀具壽命可延長5～10倍，不再需要人工頻繁換刀，達到了自動化生產的要求，通過自動上料託盤、楔形壓塊實現快速上料，通過工具機內置探頭實現自動檢測，通過在加工程序中設置邏輯判斷可對未加工到位的尺寸進行自動刀補，最終實現精加工過程的全自動化。相較於人工精加工，產品的尺寸一致性大幅提高，消除了人為質量問題，實際投入生產一年以來，共加工2000餘件陶瓷口蓋，無一超差，實現了加工合格率100％。
20.本發明所述的陶瓷口蓋自動化溼切磨削加工方法，解決了常規銑加工幹切方法刀具壽命低、產品表觀質量差的不足，既有效提高刀具壽命降低生產成本，又能提高產品表觀質量。本方法適用於各類帶有矩形法蘭的陶瓷口蓋的加工。
21.本發明是根據陶瓷口蓋的材料特性，合理設計切割、銑削、磨削等不同的成型工序，通過創新性使用高純水進行「溼切」和磨頭替換銑刀進行高速磨削的方法提升了產品表觀質量，減少了粉塵產生，並進一步引入自動化加工方法極大提升了產品質量穩定性。
附圖說明
22.圖1是陶瓷口蓋的立體示意圖；
23.圖2是陶瓷材料中的編制體纖維示意圖；
24.圖3是本發明t型滑槽工裝結構示意圖；
25.圖4是圖3中a-a的截面圖；
26.圖5是本發明t型鍵塊結構示意圖；
27.圖6是本發明陶瓷口蓋半精加工結構示意圖；
28.圖7是本發明圖6中b-b截面圖；
29.圖8是本發明自動上料託盤裝夾及工裝結構主視示意圖；
30.圖9是本發明自動上料託盤裝夾及工裝結構俯視示意圖；
31.圖10是本發明楔形壓塊工裝結構示意圖；
32.圖11是本發明楔形壓塊工裝截面圖；
33.圖12是本發明陶瓷口蓋內型精加工結構示意圖；
34.圖13是本發明陶瓷口蓋內型精加工結構截面示意圖；
35.圖14是本發明陶瓷口蓋外型精加工結構c-c示意圖；
36.圖15是本發明陶瓷口蓋外型精加工結構d-d示意圖。
具體實施方式
37.下面通過附圖以及列舉本發明的一些可選實施例的方式，對本發明的技術方案(包括優選技術方案)做進一步的詳細描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
38.本發明設計的陶瓷口蓋自動化溼切磨削加工方法，包括如下步驟：
39.1)坯料切割：最初坯料為織物狀態無法機加，經過三道緻密化工序後坯料硬度達到切割要求，將坯料裝夾在數控鋸床上，採用高純水作為冷卻液(高純水可起到製冷效果且不會帶入金屬離子雜質)，通過t型鍵塊2將不鏽鋼氣動夾具安裝在t型滑槽工裝1上，工裝如圖3至圖5所示，啟動不鏽鋼氣動夾具壓緊坯料，採用sic砂輪片進行切割，切割為長265mm、寬235mm的方料，厚度方向不進行加工。
40.2)粗加工：將步驟1)處理後的方料繼續進行三道緻密化工序，緻密化完成後，材料硬度達到立式加工中心裝夾要求。將工件用普通虎鉗夾緊，裝夾接觸面需用尼龍薄片進行隔離保護，防止虎鉗鐵鏽或汙物進入產品內部。採用pcd金剛石銑刀進行銑加工，銑加工過程中不得使用任何冷卻液，為避免切削熱過大進而降低刀具壽命，加工過程的進給速率需控制在3200mm/min以內，切削量控制為0.5mm每層，主軸轉速控制在3600rpm以內。最終將產品加工至尺寸長261mm、寬231mm、高65mm。
41.3)內型半精加工：將步驟2)處理後的工件繼續進行三道緻密化工序，此時緻密工序的緻密化效果開始降低，需增大工件外表面與緻密物接觸面積，因此進行內型半精加工。半精加工同樣採用pcd金剛石銑刀進行加工，過程中不得使用任何冷卻液，切削參數與步驟2)相同，最終於產品中心加工出長216mm、寬186mm的凹坑，凹坑深度按內型最終深度外偏1mm，半精加工結構圖見圖6、圖7。
42.4)內型自動化精加工：由於陶瓷口蓋5產品一致性要求和清潔度要求高，人為加工易導致加工結果離散，且生產準備過程易引入雜質，因此精加工過程需實現自動化加工。內型自動化精加工具體流程為：將步驟3)處理後的工件繼續進行3道緻密化工序，緻密化完成後，材料硬度達到柔性單元自動加工要求。將工件裝夾在自動上料託盤上，託盤裝夾示意圖見圖8、圖9，通過四個楔形壓塊3和擋板4進行固定，楔形壓塊見圖10、圖11，固定完成後，使用塞尺檢測工件與託盤接觸面間隙，間隙小於0.02mm即為裝夾合格。操作者將裝夾合格的託盤放在自動料倉的上料工位上，機械手將託盤叉運至待加工工位，重複上述操作直至待加工工位填滿。啟動柔性單元，調用自動加工主程序開始自動加工，主程序包含檢測程序和加工程序，檢測程序通過三坐標探頭進行採點，獲得點位數據後執行程序內邏輯判斷，可實現尺寸檢測、自動找正分中和自動刀補；加工程序分為粗修、精修和勾圓角，粗修使用燒結
磨頭快速去除餘量，加工至最終尺寸單邊留0.2mm餘量，粗修設定切削量為0.2mm每層，精修使用噴砂磨頭加工內型至最終尺寸，精修設定切削量為0.05mm每層，由於燒結磨頭和噴砂磨頭在生產製造過程中尺寸離散性較大，實際刀具直徑的偏差較大，因此勾圓角不可使用燒結磨頭和噴砂磨頭，勾圓角需使用pcd金剛石銑刀進行插補加工，保證4處內型圓角尺寸合格。內型精加工結構圖見圖12、圖13。
43.在整個內型自動精加工過程中，均需採用高純水作為冷卻液(由於高純水冷卻無防鏽能力，工具機中整個水循環冷卻系統部件均需為不鏽鋼件)，水冷狀態下，各刀具壽命可大大延長，經實際加工數據統計，相較於幹切，水冷切削的刀具壽命可延長5～10倍，可滿足陶瓷口蓋的穩定連續加工要求。在水冷前提下，主軸轉速可進一步提高至12000rpm，低速切削微觀效果為「扯斷」編制體，而高速切削微觀效果為「磨掉」編制體，因此高速磨削加工出的陶瓷口蓋表面粗糙度得到極大提高，無需再進行表面人工修補。
44.5)外型自動化精加工：在步驟4)完成後，直接將產品翻面裝夾在另一組託盤上，該組託盤上的楔形壓塊和擋板位置適配於已加工的法蘭尺寸，完成裝夾後，啟動柔性單元進行加工，自動加工原理、程序和刀具與步驟4)相同。外型精加工結構圖見圖10。
45.6)冷卻系統清理：在原幹切加工過程中，粉塵會彌散至整個加工區，需全程使用大功率抽風機抽出粉塵，空氣汙染嚴重，對操作者身體負擔大。本發明中上述1)、4)和5)工序中均採用高純水進行「水冷」，加工過程中產生的全部粉塵均會溶入高純水中，加工區域空氣品質極大提高。但隨著粉塵溶入逐漸變多，高純水的ph值會受粉塵中的矽溶膠等酸性成分影響，ph值由中性變為酸性，酸性的高純水對冷卻系統的不鏽鋼配件有微弱腐蝕作用，因此需過濾出高純水中的粉塵，本發明中採取三級過濾的方式，分別為：高目過濾網過濾、水箱沉澱過濾、高速離心機過濾，綜合實現高純水冷卻液的過濾需求。
46.本發明所述的陶瓷口蓋自動化溼切磨削加工方法應用於某工程戰鬥部陶瓷口蓋的加工，共加工2000餘件陶瓷口蓋，合格率達到100％，加工出的產品表觀質量好，無需再進行人工修補。刀具壽命提升5～10倍，極大降低生產成本。重要加工工序實現全自動化，產品一致性高，且加工過程不再產生粉末，對環境和操作者身體的損害大幅降低。
47.本領域技術人員容易理解，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並不以限制本發明，凡在本發明的精神和原則下所做的任何修改、組合、替換、改進等均包含在本發明的保護範圍之內。