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官方微信摘要 魏和平杨宇张明德 程荣凯/文重庆大学机械工程学院重庆市材料表面精密加工及成套装备工程技术研究中心重庆理工大学 1.背景 不锈钢星盆因其耐酸耐碱，耐氧化，经久耐用，表面美观，光亮...
魏和平 杨宇 张明德 程荣凯/文
重庆大学机械工程学院 重庆市材料表面精密加工及成套装备工程技术研究中心 重庆理工大学
1.背景
不锈钢星盆因其耐酸耐碱，耐氧化，经久耐用，表面美观，光亮如新，而越来越受消费者青睐，广泛用做厨房清洗容器。
就目前星盆市场看，有整体冲压盆和焊接盆两种。整体冲压盆因模具成本高，工艺复杂难度大而见于高档商品中。市场上常见的是焊接盆，其工艺主要是先拉伸单槽槽体，再成型面板，将槽体焊接到面板上，再进行修磨处理，因此修磨处理对星盆的外观十分关键，如果处理不好将使星盆的品质大打折扣。
而目前国内该行业还普遍采用传统手工磨削与抛光的加工方法，加工效率极低、劳动强度大、作业环境恶劣、粉尘污染严重、产品一致性很难保证，致使国内产品与国外产品存在较大差距，严重制约了我国该行业的发展。
因此, 研制数控砂带磨床以实现对星盆的高效、自动化加工，解决类似产品的磨削抛光技术难题有着重要的意义。
2.数控砂带磨削方法
重庆大学重庆市材料表面精密加工及成套装备工程技术研究中心和重庆三磨海达磨床有限公司集二十多年生产各种砂带磨床之经验，提出了星盆边缘磨削方法，该方法以砂带为磨具，以星盆矩形腔体倒边为加工对象，高效精密砂带磨头安装在C轴回转和坐标（X）移动的磨头架上，工件（星盆）被固定在床身上，床身可以沿Y轴方向移动，如图1所示。本方法采用全数控编程（3轴联动）方式，自动完成对工件表面的加工。
图1 数控星盆磨边机原理
3.数控星盆磨边机介绍
数控星盆磨边机主要由八部分组成：磨头、磨头联接座、磨头旋转滑座、龙门架主机、床身及工作台、星盆专用工装、吸尘系统及电气控制系统。（图2所示），有两组磨头（用于粗磨和精磨），实现对星盆腔体倒边的粗磨、精磨和抛光加工。
工作时在数控系统的驱动下，驱动机构使星盆与磨头移动到合适位置，磨头驱动电机工作，在磨头进给机构的作用下，磨头与工件接触并开始磨削，吸尘系统将磨屑吸走，与此同时磨头在龙门架上沿X方向移动，装夹星盆的工作台沿Y方向移动，磨头旋转滑座带动磨头沿C轴旋转，三者联动完成磨头沿星盆周边的进给，磨削完成后，在抬刀气缸作用下磨头与工件分离，依次完成粗磨、精磨和抛光加工。该机床的样式、星盆加工后的效果和机床主要技术参数如图3、4和表1所示：
图2 数控星盆砂带磨边机结构示意图
（1 磨头机构 2 磨头联接座部件 3 磨头旋转滑座部件 4 龙门架床身 5 床身及X轴组件 6 工装 7 吸尘系统 8 安装横梁）
图3 数控星盆磨边机
图4 星盆加工后的效果
4.样机磨削实验
在研制的样机上进行了如下磨削性能测试试验：材料去除率Zw、磨削力Fn、砂带磨损Δδ、砂带寿命T、磨削表面是否烧伤（是否烧伤以磨削试件表面颜色判定）。鉴于篇幅这里只介绍有关表面粗糙度及砂带的磨损情况，实验条件如下：
通过实验得到的实验数据如图5、6所示：
图5 磨削时间与表面粗糙度的关系
图6 法向磨削压力与表面粗糙度的关系
由图5可见，表面粗糙度的变化都分为两个阶段：表面粗糙度Ra值快速减小阶段和稳定阶段。从一个阶段变化到另一个阶段的时间与实际接触时间ts相一致，由图5可以看出，两个阶段的分界线大约是在8s。因此，磨削时间对表面粗糙度的影响很大。当t
法向磨削压力与表面粗糙度的关系如图6所示，从图中可以知道，表面粗糙度随着磨削压力的增大而减小。当法向磨削压力较小时（30N以下），表面粗糙度的减小得较快；当法向压力较大时，表面粗糙度的减小变得缓慢。
砂带磨损与磨削效率、加工精度、表面质量和生产成本等密切相关，因此砂带磨损也受到广泛关注。砂带磨损在正常情况下有三种基本形式：黏盖，脱落和磨钝。为此从微观角度研究了不同种类磨料的磨损形式，如图7、8所示：
图7 锆刚玉砂带磨损微观形貌
图8 碳化硅砂带磨损微观形貌
由图7可以看出，磨削一段时间后锆刚玉磨料砂带磨粒顶部出现了钝化的小平面，但其表面相对平滑，此外除磨粒边缘有少量破碎外，几乎没有发现有块状破碎和黏附磨损，砂带以缓慢钝化磨损为主。
碳化硅磨料与锆刚玉相比，砂带磨损形式呈现出明显的差异（图8），碳化硅磨料磨削后的磨粒顶部几乎都出现较大的磨损小平面，在磨损小平面周围出现有少量的磨粒脱落和破碎现象，且砂带表面有较明显的裂纹。从放大后的SEM照片还可以发现小平面几乎被黏附物覆盖，即砂带磨粒顶部被黏附物包裹，并且磨削过程中还可以观察到大量明亮的火花。以上迹象表明碳化硅磨料砂带在磨削过程中磨粒与304不锈钢的亲合力较强，出现了较严重的黏盖磨损。经过多次工艺试验，我们采用了锆刚玉砂带。
5.结论
研制成功的数控星盆磨边机已经在国内多家企业成功应用，为企业解决了长期依靠手工打磨的难题。实践表明，研制的该数控星盆磨边机是完全符合相关技术要求,而且不论从加工精度、磨具成本、加工效率等方面与传统手工修磨方法进行比较，该技术都是一种高效、合理的新工艺。同时对其它类似工件的加工也有借鉴意义。
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