陶瓷口盖自动化湿切磨削加工方法与流程

1.本发明属于陶瓷材料精密结构件机械加工技术领域，具体涉及一种陶瓷口盖自动化湿切磨削加工方法。


背景技术：

2.导弹装配至弹头部位的陶瓷口盖(如图1)是导弹战斗部系统接收作战信息的重要结构件，作为导弹“视网膜”的陶瓷口盖需具有抗电磁干扰、耐高温、耐冲刷等特性，因此需采用耐超高温陶瓷基复合材料进行加工。陶瓷材料是经过致密化后形成，硬度极高，加工过程需保持高度洁净以避免带入金属离子杂质，外型尺寸与表观质量要求较高，加工难度极大。且陶瓷材料中的编制体纤维(如图2)在加工过程中极易扯断，造成其中的致密物脱落，影响其表面粗糙度，进而影响产品电性能。
3.国内现有的陶瓷口盖加工方式均为铣加工干切，干切加工方法可避免带入金属离子杂质，但干切方式会产生极大的摩擦热，刀具寿命极低，且对编制体的破坏较大，不能满足陶瓷口盖的稳定连续加工要求和表面粗糙度要求，同时干切会产生大量粉尘对操作者身体健康造成负面影响。


技术实现要素：

4.针对背景技描述的问题，本发明的目的在于提供一种既能实现稳定连续批量加工、又能大大提升产品表面粗糙度，同时还尽量减少粉尘产生的陶瓷口盖的加工方法。
5.为达到上述目的，本发明设计的陶瓷口盖自动化湿切磨削加工方法，包括如下步骤：
6.s1，坯料切割：将胚料致密化且硬度达到要求后切割成陶瓷口盖所需长、宽方向尺寸的方料；
7.s2，粗加工：将步骤s1处理后的方料再次进行致密化处理，材料硬度需达到立式加工中心装夹要求；铣加工出陶瓷口盖所需长、宽、高方向尺寸的胚料；
8.s3，内型半精加工：将步骤s2处理后的胚料继续进行致密化处理后，在胚料中心粗加工出陶瓷口盖凹坑；
9.s4，内型自动化精加工：将步骤s3处理后的胚料继续进行致密化处理，材料硬度需达到柔性单元自动加工要求；装夹胚料至一托盘，按照粗修、精修、勾圆角顺序加工出陶瓷口盖内型；在整个内型自动精加工过程中，均需采用高纯水作为冷却液；
10.s5，外型自动化精加工：将步骤s4处理后的胚料翻面，装夹至另一托盘；加工出陶瓷口盖外型，自动加工工序与步骤s4相同。
11.优选的，s1中，采用高纯水作为冷却液，sic砂轮片进行切割。
12.优选的，s2中，方料的装夹接触面需用尼龙薄片进行隔离保护，防止金属杂质及污物进入产品内部。
13.优选的，s2中，采用pcd金刚石铣刀进行铣加工，铣加工过程中不得使用任何冷却
液，为避免切削热过大进而降低刀具寿命，加工过程的进给速率需控制在3200mm/min以内，切削量控制为0.5mm每层，主轴转速控制在3600rpm以内。
14.优选的，s3中，凹坑深度按内型最终深度外偏1mm。
15.优选的，s3中，采用pcd金刚石铣刀进行铣加工，铣加工过程中不得使用任何冷却液，为避免切削热过大进而降低刀具寿命，加工过程的进给速率需控制在3200mm/min以内，切削量控制为0.5mm每层，主轴转速控制在3600rpm以内。
16.优选的，s4中，装夹胚料后使用塞尺检测工件与托盘接触面间隙，间隙小于0.02mm即为装夹合格。
17.优选的，s4中，粗修使用烧结磨头快速去除余量，加工至最终尺寸单边留0.2mm余量，粗修设定切削量为0.2mm每层；精修使用喷砂磨头加工内型至最终尺寸，精修设定切削量为0.05mm每层；勾圆角需使用pcd金刚石铣刀进行插补加工。
18.本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明所述的陶瓷口盖自动化湿切磨削加工方法，在核心的精加工工序取消了常规的pcd金刚石铣刀干切加工方式，创新性使用了高纯水作为冷却液，不带入金属离子杂质的前提下起到了水冷效果，将主轴许可转速上限提高近3倍，主轴转速提高后使用了烧结磨头和喷砂磨头代替pcd金刚石铣刀，配合专用装夹工装，使得加工出的产品表面粗糙度得到大幅提高。
19.同时，“空冷”升级为“水冷”使得刀具寿命可延长5～10倍，不再需要人工频繁换刀，达到了自动化生产的要求，通过自动上料托盘、楔形压块实现快速上料，通过机床内置探头实现自动检测，通过在加工程序中设置逻辑判断可对未加工到位的尺寸进行自动刀补，最终实现精加工过程的全自动化。相较于人工精加工，产品的尺寸一致性大幅提高，消除了人为质量问题，实际投入生产一年以来，共加工2000余件陶瓷口盖，无一超差，实现了加工合格率100％。
20.本发明所述的陶瓷口盖自动化湿切磨削加工方法，解决了常规铣加工干切方法刀具寿命低、产品表观质量差的不足，既有效提高刀具寿命降低生产成本，又能提高产品表观质量。本方法适用于各类带有矩形法兰的陶瓷口盖的加工。
21.本发明是根据陶瓷口盖的材料特性，合理设计切割、铣削、磨削等不同的成型工序，通过创新性使用高纯水进行“湿切”和磨头替换铣刀进行高速磨削的方法提升了产品表观质量，减少了粉尘产生，并进一步引入自动化加工方法极大提升了产品质量稳定性。
附图说明
22.图1是陶瓷口盖的立体示意图；
23.图2是陶瓷材料中的编制体纤维示意图；
24.图3是本发明t型滑槽工装结构示意图；
25.图4是图3中a-a的截面图；
26.图5是本发明t型键块结构示意图；
27.图6是本发明陶瓷口盖半精加工结构示意图；
28.图7是本发明图6中b-b截面图；
29.图8是本发明自动上料托盘装夹及工装结构主视示意图；
30.图9是本发明自动上料托盘装夹及工装结构俯视示意图；
31.图10是本发明楔形压块工装结构示意图；
32.图11是本发明楔形压块工装截面图；
33.图12是本发明陶瓷口盖内型精加工结构示意图；
34.图13是本发明陶瓷口盖内型精加工结构截面示意图；
35.图14是本发明陶瓷口盖外型精加工结构c-c示意图；
36.图15是本发明陶瓷口盖外型精加工结构d-d示意图。
具体实施方式
37.下面通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.本发明设计的陶瓷口盖自动化湿切磨削加工方法，包括如下步骤：
39.1)坯料切割：最初坯料为织物状态无法机加，经过三道致密化工序后坯料硬度达到切割要求，将坯料装夹在数控锯床上，采用高纯水作为冷却液(高纯水可起到制冷效果且不会带入金属离子杂质)，通过t型键块2将不锈钢气动夹具安装在t型滑槽工装1上，工装如图3至图5所示，启动不锈钢气动夹具压紧坯料，采用sic砂轮片进行切割，切割为长265mm、宽235mm的方料，厚度方向不进行加工。
40.2)粗加工：将步骤1)处理后的方料继续进行三道致密化工序，致密化完成后，材料硬度达到立式加工中心装夹要求。将工件用普通虎钳夹紧，装夹接触面需用尼龙薄片进行隔离保护，防止虎钳铁锈或污物进入产品内部。采用pcd金刚石铣刀进行铣加工，铣加工过程中不得使用任何冷却液，为避免切削热过大进而降低刀具寿命，加工过程的进给速率需控制在3200mm/min以内，切削量控制为0.5mm每层，主轴转速控制在3600rpm以内。最终将产品加工至尺寸长261mm、宽231mm、高65mm。
41.3)内型半精加工：将步骤2)处理后的工件继续进行三道致密化工序，此时致密工序的致密化效果开始降低，需增大工件外表面与致密物接触面积，因此进行内型半精加工。半精加工同样采用pcd金刚石铣刀进行加工，过程中不得使用任何冷却液，切削参数与步骤2)相同，最终于产品中心加工出长216mm、宽186mm的凹坑，凹坑深度按内型最终深度外偏1mm，半精加工结构图见图6、图7。
42.4)内型自动化精加工：由于陶瓷口盖5产品一致性要求和清洁度要求高，人为加工易导致加工结果离散，且生产准备过程易引入杂质，因此精加工过程需实现自动化加工。内型自动化精加工具体流程为：将步骤3)处理后的工件继续进行3道致密化工序，致密化完成后，材料硬度达到柔性单元自动加工要求。将工件装夹在自动上料托盘上，托盘装夹示意图见图8、图9，通过四个楔形压块3和挡板4进行固定，楔形压块见图10、图11，固定完成后，使用塞尺检测工件与托盘接触面间隙，间隙小于0.02mm即为装夹合格。操作者将装夹合格的托盘放在自动料仓的上料工位上，机械手将托盘叉运至待加工工位，重复上述操作直至待加工工位填满。启动柔性单元，调用自动加工主程序开始自动加工，主程序包含检测程序和加工程序，检测程序通过三坐标探头进行采点，获得点位数据后执行程序内逻辑判断，可实现尺寸检测、自动找正分中和自动刀补；加工程序分为粗修、精修和勾圆角，粗修使用烧结
磨头快速去除余量，加工至最终尺寸单边留0.2mm余量，粗修设定切削量为0.2mm每层，精修使用喷砂磨头加工内型至最终尺寸，精修设定切削量为0.05mm每层，由于烧结磨头和喷砂磨头在生产制造过程中尺寸离散性较大，实际刀具直径的偏差较大，因此勾圆角不可使用烧结磨头和喷砂磨头，勾圆角需使用pcd金刚石铣刀进行插补加工，保证4处内型圆角尺寸合格。内型精加工结构图见图12、图13。
43.在整个内型自动精加工过程中，均需采用高纯水作为冷却液(由于高纯水冷却无防锈能力，机床中整个水循环冷却系统部件均需为不锈钢件)，水冷状态下，各刀具寿命可大大延长，经实际加工数据统计，相较于干切，水冷切削的刀具寿命可延长5～10倍，可满足陶瓷口盖的稳定连续加工要求。在水冷前提下，主轴转速可进一步提高至12000rpm，低速切削微观效果为“扯断”编制体，而高速切削微观效果为“磨掉”编制体，因此高速磨削加工出的陶瓷口盖表面粗糙度得到极大提高，无需再进行表面人工修补。
44.5)外型自动化精加工：在步骤4)完成后，直接将产品翻面装夹在另一组托盘上，该组托盘上的楔形压块和挡板位置适配于已加工的法兰尺寸，完成装夹后，启动柔性单元进行加工，自动加工原理、程序和刀具与步骤4)相同。外型精加工结构图见图10。
45.6)冷却系统清理：在原干切加工过程中，粉尘会弥散至整个加工区，需全程使用大功率抽风机抽出粉尘，空气污染严重，对操作者身体负担大。本发明中上述1)、4)和5)工序中均采用高纯水进行“水冷”，加工过程中产生的全部粉尘均会溶入高纯水中，加工区域空气质量极大提高。但随着粉尘溶入逐渐变多，高纯水的ph值会受粉尘中的硅溶胶等酸性成分影响，ph值由中性变为酸性，酸性的高纯水对冷却系统的不锈钢配件有微弱腐蚀作用，因此需过滤出高纯水中的粉尘，本发明中采取三级过滤的方式，分别为：高目过滤网过滤、水箱沉淀过滤、高速离心机过滤，综合实现高纯水冷却液的过滤需求。
46.本发明所述的陶瓷口盖自动化湿切磨削加工方法应用于某工程战斗部陶瓷口盖的加工，共加工2000余件陶瓷口盖，合格率达到100％，加工出的产品表观质量好，无需再进行人工修补。刀具寿命提升5～10倍，极大降低生产成本。重要加工工序实现全自动化，产品一致性高，且加工过程不再产生粉末，对环境和操作者身体的损害大幅降低。
47.本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。