CN110732934A - 一种3d产品的加工方法及加工装置 - Google Patents

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    • B24B19/008Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding ceramics, pottery, table ware

Abstract

本发明提供了一种3D产品的加工方法,待加工工件在旋转的同时通过加工工具进行加工,加工工具与待加工工件的待加工面成15°‑75°的夹角;待加工工件的旋转速率为100‑500rpm;加工工具的转速为15000‑30000rpm。应用本发明的技术方案,效果是:待加工工件在旋转的同时通过加工工具进行分层加工;通过主轴倾斜设置带着加工工具倾斜,实现加工工具侧边对待加工工件进行加工,可有效的改善加工工具在加工过程中的冷却和散热问题;该方法省去了传统加工方法需要后期抛光处理的过程,能够保证产品加工的合格率和减少成本,对公司降本增效有显著的效果。本发明还提供了一种加工装置,CNC数控机床实现加工工具倾斜,旋转底座带动待加工工件旋转,设备结构简单易于实现。

Description

一种3D产品的加工方法及加工装置
技术领域
本发明涉及磨削加工技术领域,具体涉及一种3D产品的加工方法及加工装置。
背景技术
随着社会的发展,陶瓷无论在生活上还是工业上都得到了广泛的应用。目前在陶瓷表面加工内凹3D面的传统加工方法是采用分层挖槽,即加工工具沿Z轴进给磨削,待加工工件沿X轴、Y轴进给,通过多次磨削形成多个磨削面,由多个磨削面拼凑成一个完整的加工面;拼凑成完整的加工面后再通过抛光的方式对加工面进行后期修复。该加工方式中待加工工件不能自转,加工工具的端面作为加工部位对待加工工件进行磨削,不利于散热和冷却并且加工工具容易磨损使用寿命低。此外,该方式的加工时间长且表面有严重刀纹印、表面粗糙度较高影响后期抛光效果和品质。
综上所述,急需一种能保证加工品质、提高加工效率的加工方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种3D产品的加工方法及加工装置,具体技术方案如下:
一种3D产品的加工方法,待加工工件在旋转的同时通过加工工具进行加工,加工工具与待加工工件的待加工面成15°-75°的夹角;待加工工件的旋转速率为100-500rpm;加工工具的转速为15000-30000rpm。
以上技术方案中优选的,所述加工工具设置在CNC数控机床的主轴上,主轴的倾斜角度为15°-75°,主轴的进给速度为300-600mm/min,主轴在竖直方向的吃刀量为0.02-0.1mm。
以上技术方案中优选的,所述加工工具与待加工工件的待加工面成15°-75°中的一个定值对待加工工件进行加工;
或者是,所述加工工具与待加工工件的待加工面成15°-75°中连续变化的角度对待加工工件进行加工,角度的变化速率为1-15度/每秒。
以上技术方案中优选的,加工工具进行加工时通过加工工具的侧边对待加工工件进行分层加工。
以上技术方案中优选的,分层加工的层数为20-60层。
以上技术方案中优选的,分层加工的层数为48层;加工工具的转速为26000rpm,主轴的进给速度为500mm/min,主轴在竖直方向的吃刀量为0.05mm,待加工工件的旋转速率为100rpm。
以上技术方案中优选的,所述待加工工件为陶瓷件、玻璃件或者是蓝宝石。
应用本发明的技术方案,具有以下有益效果:
1、传统的加工方式是:分层挖槽,即加工工具沿Z轴进给磨削,待加工工件沿X轴、Y轴进给,通过多次磨削形成多个磨削面,由多个磨削面拼凑成一个完整的加工面。本发明的3D产品的加工方法为加工主轴带着加工工具一起倾斜和待加工工件能够旋转,通过加工工具的侧边对待加工工件表面进行加工。本发明的加工方法从时间成本、经济成本以及加工效果等方面都明显优于传统的加工方式。通过加工工具倾斜实现利用加工工具侧边对待加工工件表面进行加工的目的,可有效改善加工工具在加工中的冷却散热问题,明显的提高了加工工具的使用寿命。
2、本发明的3D产品的加工方法中加工工具使用的是砂轮,砂轮为常用加工工具,无需针对本发明的加工方法额外研发加工工具,节省了加工工具的研发费用。
3、本发明的3D产品的加工方法其主要加工设备为CNC数控机床,因此通过CNC数控机床的控制系统可实现自动化加工,节约人力成本。CNC数控机床与砂轮均为机械加工中常用设备,因此本发明的加工方法有着很好便于推广、实用性强等优点。
4、本发明的3D产品的加工方法对产品加工后无需再进行抛光修复,相对于传统的加工方式简化了产品的加工工艺并且加工合格率高,节约了产品加工的时间成本和人力成本,带来了良好的经济效益。
5、本发明的3D产品的加工方法采用加工工具倾斜和待加工工件旋转的方式对待加工工件进行加工,采用本发明的加工方法加工后的工件表面粗糙度可达Ra1.6,采用本发明的参数进行加工的合格率可达83%-87%,相对于传统加工方式明显提升了加工的良率,节约了成本。
本发明还公开一种3D产品的加工装置,包括CNC数控机床、旋转底座以及产品固定治具;
所述CNC数控机床包括工作台以及加工用的主轴,所述主轴上设有用于对待加工工件进行加工的加工工具;
所述旋转底座包括本体、电机和竖向布置的输出轴,本体设置在所述工作台上,所述电机设置在所述本体上且与输出轴的一端连接提供旋转动力,所述输出轴的另外一端连接产品固定治具,通过电机与输出轴的组合带动产品固定治具进行旋转;
所述产品定位治具用于对待加工工件进行定位和夹紧,所述产品定位治具位于所述主轴上的加工工具的正下方,主轴上的加工工具能够对位于所述产品固定治具上的待加工工件进行加工。
以上技术方案中优选的,所述CNC数控机床主轴为可倾斜角度并且倾斜角度可调的主轴,主轴的倾斜角度为15°-75°。
以上技术方案中优选的,所述主轴上的加工工具转速、主轴的进给速度、主轴的倾斜角度、主轴在竖直方向的吃刀量以及旋转底座带动待加工工件的旋转速率均通过程序自动化控制。
通过CNC数控机床实现主轴倾斜并带着加工工具一起倾斜,通过旋转底座带动待加工工件旋转,实现待加工工件在旋转的状态下利用加工工具的侧边进行加工,设备的结构简单易于实现。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明中实施例1的3D产品的加工方法(主轴倾斜角度固定)示意图;
图2是本发明中实施例8的3D产品的加工方法(主轴倾斜角度连续变化)示意图;
其中,1、加工工具,2、走刀路径,3、待加工工件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1:
一种3D产品的加工装置,包括CNC数控机床、旋转底座以及产品固定治具。所述CNC数控机床包括工作台以及加工用的主轴,所述主轴上设有用于对待加工工件3进行加工的加工工具1。
所述旋转底座包括本体、电机和竖向布置的输出轴,本体设置在所述工作台上,所述电机设置在所述本体上且与输出轴的一端连接提供旋转动力,所述输出轴的另外一端连接产品固定治具,通过电机与输出轴的组合带动产品固定治具进行旋转。
所述产品定位治具还包括位于所述主轴上的加工工具1的正下方的气动夹爪,所述气动夹爪用于对待加工工件3进行定位、夹紧;主轴上的加工工具1能够对位于所述气动夹爪上的待加工工件3进行加工。
优选的,所述加工工具1为砂轮。
所述CNC数控机床主轴为可倾斜角度并且倾斜角度可调的主轴,主轴的倾斜角度可根据产品需求设定为固定倾斜角度,优选为15°-75°。
所述主轴上的加工工具转速、主轴的进给速度、主轴的倾斜角度、主轴在竖直方向的吃刀量均通过CNC数控机床的控制系统自动化控制;所述旋转底座带动待加工工件的旋转速率由设置在旋转底座的本体上的控制盒自动化控制。根据产品加工需求确定加工工具1的走刀路径2和分层加工的层数,根据确定的走刀路径2和层数通过CNC数控机床的控制系统编写加工程序。
一种3D产品的加工方法,陶瓷产品总加工深度为2.4mm,主轴在竖直方向的吃刀量为0.05mm,分层加工的数量为48层;所述主轴上的加工工具转速为26000rpm;所述主轴的进给速度为500mm/min;所述旋转底座带动待加工工件的旋转速率为100rpm;所述主轴的倾斜角度为45°。
应用本实施例的技术方案,具体是:
步骤1:将CNC数控机床以及旋转底座接通电源,操作CNC数控机床回零位。
步骤2:根据3D产品的内凹3D面与水平面的夹角确定CNC数控机床主轴倾斜角度(不同3D产品的内凹3D面与水平面夹角不同,因此主轴倾斜角度应该根据需要加工的产品确定);
步骤3:根据待加工工件工艺需求编写加工程序,并且设置主轴上的加工工具转速、主轴的进给速度、主轴在竖直方向的吃刀量、旋转底座带动待加工工件的旋转速率以及主轴的倾斜角度,并且空转运行编写的加工程序检查是否有误;
步骤4:将待加工工件定位并夹紧在旋转底座的气动夹爪上;
步骤5:按下启动键,CNC数控机床主轴上的砂轮旋转,旋转底座带动待加工工件旋转,通过CNC数控机床上的X轴、Y轴以及Z轴进给键控制主轴带动砂轮相对于待加工工件旋转中心慢慢进给,直到砂轮侧面刚刚接触待加工工件旋转中心表面时停止进给,完成对刀;
步骤6:调用编写好的加工程序并按下启动键,在加工程序的控制下旋转底座带动待加工工件旋转,主轴上的砂轮高速旋转通过砂轮侧面对待加工工件分层加工;直至达到加工程序设定值时停止加工并且CNC数控机床回零位。
本实施例的加工效果见表3。
实施例2-实施例9:
实施例2-实施例9的加工装置同实施例1。
一种3D产品的加工方法,设置主轴的倾斜角度为45°,陶瓷产品总加工深度为2.4mm;其中实施例2-实施例7设置主轴在竖直方向的吃刀量为0.05mm,分层加工的数量为48层;实施例8设置主轴在竖直方向的吃刀量为0.1mm,分层加工的数量为24层;实施例9设置主轴在竖直方向的吃刀量为0.04mm,分层加工的数量为60层;实施例2-实施例9参数设置详见表1:
表1实施例2-实施例9参数设置统计表
实施例2-实施例9的加工效果见表3。
实施例10:
实施例10的加工装置同实施例1。
一种3D产品的加工方法,陶瓷产品总加工深度为2.4mm,主轴在竖直方向的吃刀量为0.05mm,分层加工的数量为48层;所述主轴上的加工工具转速为26000rpm;所述主轴的进给速度为500mm/min;所述旋转底座带动待加工工件的旋转速率为100rpm;本实施例中:所述主轴的倾斜角度在加工过程中为连续变化;相应的,所述加工工具与待加工工件的待加工面的角度也为连续变化,详见图2(示意了加工工具与待加工工件的待加工面成45°、60°和65°三个状态)。主轴的倾斜角度变化可充分利用砂轮的侧边进行磨削,在不同的加工位置使用不同的角度进行磨削;通过角度的变化所述砂轮与待加工工件的接触部位也会相应的变化,可提高砂轮使用寿命。通过CNC数控机床的控制系统控制主轴倾斜角度、主轴进给运动以及主轴竖直运动进行联动加工,主轴的倾斜角度的变化范围为25°-45°(相应的,加工工具与待加工工件的待加工面的角度变化范围为45°-65°),所述主轴的倾斜角度具体角度变化速率为:3.2度/每秒。
实施例10的加工效果见表3。
对比实施例1-对比实施例7:
对比实施例1-对比实施例6的加工装置同实施例1。
对比实施例7的加工装置在实施例1的基础上减去旋转底座,待加工工件直接定位夹紧在CNC数控机床的工作台上,并由CNC数控机床上的工作台带动待加工工件沿X轴、Y轴运动;对比实施例7为采用传统加工方式对待加工工件进行加工,即分层挖槽,加工工具沿Z轴进给磨削,待加工工件沿X轴、Y轴进给,通过多次磨削形成多个磨削面,由多个磨削面拼凑成一个完整的加工面;陶瓷产品总加工深度为2.4mm,对比实施例7的参数设置详见表2。
一种3D产品的加工方法,陶瓷产品总加工深度为2.4mm,主轴在竖直方向的吃刀量为0.05mm,分层加工的数量为48层;对比实施例1-对比实施例6参数设置详见表2:
表2对比实施例1-对比实施例7参数设置统计表
对比实施例1-对比实施例7的加工效果见表3。
表3实施例1-实施例10以及对比实施例1-对比实施例7加工效果统计表
由表3可知:
由实施例1-实施例7与对比实施例7的加工效果对比可知:本发明采用加工主轴带着砂轮一起倾斜和待加工工件旋转的方式对待加工工件进行加工,从加工时间、砂轮寿命、表面粗糙度以及有无刀纹印等方面来讲其加工效果远优于传统加工方式(即分层挖槽,加工工具沿Z轴进给磨削,待加工工件沿X轴、Y轴进给,通过多次磨削形成多个磨削面,由多个磨削面拼凑成一个完整的加工面),省去了传统加工方式需要对工件进行后期抛光处理的步骤,明显的降低了加工的时间成本。此外,本发明的加工方法有效的延长了砂轮的使用寿命降低了加工的经济成本,提高了加工效率和产品合格率,对公司降本增效起到巨大的作用。
由实施例1-实施例7与对比实施例1-对比实施例6的加工效果对比可知:主轴上的加工工具转速、主轴的进给速度以及待加工工件的旋转速率对加工效果影响明显,其具体的加工效果为各参数之间相互配合的结果,具体反映在加工时间、砂轮寿命、加工合格率、表面粗糙度以及有无刀纹印的差别上。当主轴上的加工工具转速在15000-30000rpm、主轴的进给速度在300-600mm/min以及待加工工件的旋转速率在100-500rpm范围内时,其产品的加工效果优于对比实施例1-对比实施例6。
由实施例8、实施例9与实施例1的加工效果对比可知:在本发明的参数范围之内对产品进行分层加工,可取得良好的加工效果;分层加工的层数可直接影响加工的时间以及加工合格率,因此各参数之间的相互配合对提升产品合格率、节约加工成本尤为重要。
由实施例10与实施例1的加工效果对比可知:主轴的倾斜角度连续变化不会对加工时间、表面粗糙度以及有无刀纹印产生影响,同时可以提高砂轮的使用寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D产品的加工方法,其特征在于,待加工工件在旋转的同时通过加工工具进行加工,加工工具与待加工工件的待加工面成15°-75°的夹角;待加工工件的旋转速率为100-500rpm;加工工具的转速为15000-30000rpm。
2.根据权利要求1所述的3D产品的加工方法,其特征在于,所述加工工具设置在CNC数控机床的主轴上,主轴的倾斜角度为15°-75°,主轴的进给速度为300-600mm/min,主轴在竖直方向的吃刀量为0.02-0.1mm。
3.根据权利要求2所述的3D产品的加工方法,其特征在于,所述加工工具与待加工工件的待加工面成15°-75°中的一个定值对待加工工件进行加工;
或者是,所述加工工具与待加工工件的待加工面成15°-75°中连续变化的角度对待加工工件进行加工,角度的变化速率为1-15度/每秒。
4.根据权利要求3任意一项所述的3D产品的加工方法,其特征在于,加工工具进行加工时通过加工工具的侧边对待加工工件进行分层加工。
5.根据权利要求4所述的3D产品的加工方法,其特征在于,分层加工的层数为20-60层。
6.根据权利要求5所述的3D产品的加工方法,其特征在于,分层加工的层数为48层;加工工具的转速为26000rpm,主轴的进给速度为500mm/min,主轴在竖直方向的吃刀量为0.05mm,待加工工件的旋转速率为100rpm。
7.根据权利要求4所述的3D产品的加工方法,其特征在于,所述待加工工件为陶瓷件、玻璃件或者是蓝宝石。
8.一种3D产品的加工装置,其特征在于,包括CNC数控机床、旋转底座以及产品固定治具;
所述CNC数控机床包括工作台以及加工用的主轴,所述主轴上设有用于对待加工工件进行加工的加工工具;
所述旋转底座包括本体、电机和竖向布置的输出轴,本体设置在所述工作台上,所述电机设置在所述本体上且与输出轴的一端连接提供旋转动力,所述输出轴的另外一端连接产品固定治具,通过电机与输出轴的组合带动产品固定治具进行旋转;
所述产品定位治具用于对待加工工件进行定位和夹紧,所述产品定位治具位于所述主轴上的加工工具的正下方,主轴上的加工工具能够对位于所述产品固定治具上的待加工工件进行加工。
9.根据权利要求8所述的3D产品的加工装置,其特征在于,所述CNC数控机床主轴为可倾斜角度并且倾斜角度可调的主轴,主轴的倾斜角度为15°-75°。
10.根据权利要求8所述的3D产品的加工装置,其特征在于,所述主轴上的加工工具转速、主轴的进给速度、主轴的倾斜角度、主轴在竖直方向的吃刀量以及旋转底座带动待加工工件的旋转速率均通过程序自动化控制。
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