光学抛光精磨机气动控制优化设计.pdf

２０１６ 年 ２ 月 第 ４４ 卷 第 ４ 期 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｆｅｂ􀆱 ２０１６ Ｖｏｌ􀆱 ４４ Ｎｏ􀆱 ４ ＤＯＩ１０．３９６９／ ｊ􀆱 ｉｓｓｎ􀆱 １００１－３８８１􀆱 ２０１６􀆱 ０４􀆱 ０４９ 收稿日期 ２０１５－０１－０８ 基金项目 河南省 ２０１４ 科技发展计划资助项目 （１４２１０２３１０５４６） 作者简介 刘旸 （１９７０）， 男， 学士， 副教授， 高级工程师， 主要研究方向为机械制造工艺与机械结构设计。 Ｅ－ｍａｉｌ ｌｉ⁃ ｕｙａｎｇ＿７５＠ １２６􀆱 ｃｏｍ。 光学抛光精磨机气动控制优化设计 刘旸， 刘吉彪， 李成思 （河南工业职业技术学院， 河南南阳 ４７３０００） 摘要 以现在大量使用的光学抛光精磨设备为研究对象， 分析了产品加工过程中出现的严重工废问题。 通过分析现有 光学设备的加工工艺， 对整机的相关部分进行优化， 得出光学精磨抛光设备加工光学产品的优化设计方案， 并设计了新的 气动控制结构。 对新结构的实际使用效果进行检验， 结果表明 新的气动控制结构能有效提高产品合格率、 降低劳动强度 和生产成本。 关键词 抛光精磨设备； 气动控制； 优化设计 中图分类号 ＴＨ１３８􀆱 ９ 文献标志码 Ｂ 文章编号 １００１－３８８１ （２０１６） ４－１５５－２ 从 ２０ 世纪 ８０ 年代以来， 全球光电科学技术发展 与进步迅猛， 我国的光学加工在引进消化吸收的基础 上， 也迅速发展起来。 最近二十多年， 我国逐渐成为 全球光学产品的加工基地， 光学产品的精度要求越来 越高， 加工机床性能、 精度也必然要得到提高， 这就 涉及到一部分此类机床设备的设计与改造， 提高产品 质量、 完善增加设备性能、 提高生产效率、 降低劳动 强度等一系列问题就显现出来， 要求相关技术人员必 须解决。 在光学产品精磨、 抛光阶段， 对上道工序粗磨 （铣磨） 完工后的半成品进行精磨抛光加工时， 半成 品的面型和精磨抛光模具的一致性比较差。 一开始， 压力就加大， 会造成玻璃产品破边； 压力小， 高速旋 转的工件会因离心力从模具飞出， 磕碰到金属水锅而 废掉。 这些问题的解决就涉及到设备气动控制方面的 设计优化。 解决好这个问题， 产品质量的合格率、 劳 动生产效率的提高， 操作人员劳动强度的降低等问 题， 都可一并得到解决。 下面就该类光学加工机床的加工所出现的问题进 行分析， 并对现有的设计进行优化， 以期得到最佳的 设计方案。 １ 现有的气动控制 高速精磨抛光机重点在高速和效率上， 与传统的 低速精磨抛光设备比较， 主要是为了提高劳动生产效 率、 降低劳动强度、 减小人工成本。 但在高速研磨时 受很多外在因素影响， 例如 加工时气动控制的压力 大小， 前道工序流转过来的零件面型、 尺寸的一致 性， 精抛液温度、 湿度的变化影响等。 这里着重讲一下高速精磨抛光机气动控制原理， 气动控制原理图如图 １ 所示。 图 １ 现有的气动原理图 加工工艺过程 前一道工序流转过来的零件， 需 用精磨机将零件中心厚度、 面型精度控制在规定范围 内， 一般要求是在 ０􀆱 １～０􀆱 ２ ｍｍ 内， 以便抛光机能够 顺利地把零件抛光。 这就要求精磨机对零件的尺寸控 制非常精准， 既能磨掉前一道工序加工留下的疵病， 还要尽可能地少下尺寸， 以降低成本。 加工时压力的 控制非常重要， 但是在每一片精磨零件刚开始加工 时， 由于前道铣磨 （粗磨） 留下的面型精度不一致， 零件和磨具面型的贴合度随着零件的被磨削而趋向一 致， 那么在零件的加工初期 １～２ ｓ 内压力的控制尤为 重要， 一般是很小的一个压力， 通常压力计压力为 ０􀆱 ２ ＭＰａ。 既要保证能按住零件不从高速旋转的主轴 上飞出去， 还得保证零件有效地被磨削以致面型贴合。 而以往这个过程全凭操作工人的经验控制， 因人而异。 尤其是在遇到 ＺＦ、 ＬＦ 等材质较脆、 材料价格又高的零 件时往往会产生很多废品， 大大增加了成本。 缺点 （１） 因操作人员的技术水平不一， 很容 易破边、 甩掉造成废品， 很难解决， 使成本居高不 下； （２） 生产效率低， 成本高； （３） 对生产工人的 技术水平要求较高， 不利于降低人工成本。 ２ 优化设计的气动控制 根据以上分析， 针对所出现的难加工、 废品等问 题， 对原气动控制结构进行优化， 优化后的气动控制 原理图如图 ２ 所示。 优化后的高速精抛机很好地解决 了这些问题。 图 ２ 高低压切换的气动原理图 首先， 设置一套气源处理三联体， 这是为了保证 有一个恒定工作压力的气源。 其次， 在气压进入气缸工作时， 设置了两条气 路， 主要是考虑了精磨加工时的初期磨削和后期正常 磨削。 先设置了初加压气动系统， 例如 系统的压力 设定 ０􀆱 ０１ ＭＰａ， 通过时间继电器控制时间， 那么在 初期这几秒内， 就可以很好地保证零件的加工。 当零 件与模具的贴合度已经很好了， 正常加压气动系统启 动， 加上 ０􀆱 １ ＭＰａ 的正常工作压力， 快速研磨。 两套 气压系统， 都通过时间继电器互锁控制， 做到初加压 时间继电器随主轴启动先启动， 正常加压时间继电器 受初加压时间继电器停止时控制启动， 最终随主轴停 止， 这样就完成了电路控制， 两条气路均由电磁阀控 制通断， 在每一路电磁阀的后面装上一个单向阀， 这 样两条气路工作时相互不干扰， 最后再由一个三通将 两条气路会合引到工作气缸， 这样就可以很好地解决 了气动工作。 应用该气动控制系统， 由于人工操作水平的不同 引起的工废问题便能够很好解决。 又由于时间控制的精 准性， 保证了零件批量加工的一致性， 更有利于下道工 序的加工， 提高产品的加工质量和产品的生产效率。 具体的操作程序是 脚踏阀切换至水平位置或自由位置， 或用手自由 地上下转动， 就很容易使摆臂杆调整起来。 启动水泵， 调整研磨液流量， 研磨到设定时间， 主轴及摆轴会自动停止， 脚踏阀恢复到水平位置， 摆 臂杆处于自由位置， 镜片就容易取下。 摆臂自动加压二级变换 （高低压切换） 机构进 气压力不低于 ０􀆱 ５ ＭＰａ， 参照图 ２。 主轴、 摆轴启动－运转－停止场合， 摆臂前端自 动加压， 加低压约 ２ ｓ 后 （可用计时器调节） 加高 压， 同时停止低压， 可以防止研磨咬合， 即在低压状 态启动约 ２ ｓ 后自动切换成高压的研磨状态， 同时自 动停止低压状态。 主轴和摆轴启动工作顺序 启动➝运转➝停止。 对应摆臂前端压力的气压控制顺序 低压➝高压➝ 低压。 在低压范围内调整低压， 调节器设定低压， 防止 启动时镜片飞出。 通常压力计压力为 ０􀆱 ２ ＭＰａ， 请按 符合研磨条件来设定高压。 优点 （１） 解决了工件破边和甩出的难题， 提 高产品合格率；（２） 对人工技术要求降低， 人力成 本减少； （３） 生产效率提高； （４） 加工成本降低。 缺点 气动控制成本有所增加， 单台成本增加 ５００～７００ 元。 但对于一台 ２ 万～３ 万元的设备， 此费 用可不用考虑， 毕竟改造后设备要比以前的好用得 多， 从长远看， 创造的经济价值会更高。 ３ 结论 通过对以上两种气动控制方法进行分析对比， 优 化后的气动控制系统优势很明显。 此技术可以在现有 设备的改造中推广， 也可以在新设备上推广应用， 定 会创造更可观的经济效益。 此气动设计的优化， 在提高产品的合格率、 减少 对员工技术的依赖、 提高生产效率、 节约加工制造成 本、 有良好的社会经济效益等方面， 都作出了有益的 探索。 参考文献 ［１］ 杨叔子．机械加工工艺师手册［Ｍ］．北京机械工业出版 社，２００６． ［２］ 吴宗泽．机械设计师［Ｍ］．北京机械工业出版社，２００６． ［３］ 徐成海．真空工程技术［Ｍ］．北京化学工业出版社， ２００６． ［４］ 陈旭东．机床夹具设计［Ｍ］．北京清华大学出版社， ２０１０． ［５］ 徐灏．机械设计手册［Ｍ］．北京机械工业出版社，２００１． ［６］ 李壮云．液压、气动与液力工程手册［Ｍ］．北京电子工 业出版社，２００８． ［７］ 徐福玲，陈尧明．液压与气压传动［Ｍ］．北京机械工业 出版社，２００７． ６５１机床与液压第 ４４ 卷