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

天工 2019年8期

关键词：数控加工第二课堂创新

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）