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精密制造与自动化 2010年第3期 仿形靠模的计算机设计方法 张海鹰 湖南城市学院建筑与城市规划学院 (413000) 摘 要 对于各种仿形磨床，仿形靠模的设计和制造非常重要，特别是在手机玻璃视窗加工等行业，靠模的形 状多样、精度要求高而且磨损快、使用频率高，采用计算机进行辅助设计，是解决快速、精确设计仿形靠模的 有效途径。 关键词 仿形 磨床 靠模 CAD 很多高科技电子产品都有多种多样的视窗和显 示屏，对于各种玻璃视窗、显示屏和一些金属／非金 属模具、饰品的加工，广泛采用仿形磨边机和雕刻 机，由于加工精度要求高，而且形状复杂多样，仿 形靠模的设计非常关键。如手机玻璃，磨边精度要 求在 0．005~0．01 innq，倒边精度小于0．005 mm。目 前市场上广泛使用的高精度 FM 系列仿形磨边机， 能加工直径 300 mm以下的各种异型视窗玻璃，为 了满足客户快速、精确设计的需要，采用了各种计 算机辅助设计方法，对于批量生产仿形靠模，成本 低，效率高、精度好。 1 仿形原理 仿形磨边机机械部分主要有两部分组成，即工 作台和砂轮架。工作台由电机驱动左右两主轴低速 旋转，两主轴夹持工件，仿形靠模安装在左主轴上， 主轴、靠模、工件同时低速旋转。砂轮架由高速电 机驱动，安装在精密导轨上前后运动，仿形磨边机 砂轮架由带轴滚针轴承顶住仿形靠模，前后运动距 离由仿形靠模的外形决定，也决定了砂轮磨削工件 的形状。图 1所示为加工的工件外形，图 2所示为 仿形原理示意图。 36 图 1 加工的工件外形 2 仿形靠模的设计原理 1)砂轮与工件的运动关系 如图2所示，玻璃工件A夹在左右主轴之间， 和靠模 B一起随主轴作旋转运动，玻璃工件A的外 沿与砂轮 C的接触点由靠模 B与带轴滚针轴承 D (R9．5 mm)决定。由于砂轮 C和带轴滚针轴承 D (R9．5 mm)都安装在砂轮架上，在 OX轴上作直线 运动，因此，砂轮 C磨削工件A的最后尺寸就相当 于保持它们的外沿处于相切位置，如图3所示。砂 轮 C中心到工件 A的外沿距离 80 nlnl始终等于砂 轮的半径R80 mm。砂轮 C磨削工件 A的相对运动 可以假想为砂轮中心的运动轨迹曲线E。 A一工件 (玻璃) B一仿形靠模 C一砂轮 (RS0 ram) D一带轴滚针轴承 (R9．5 mm) 图2 仿形原理示意图 A．工件 C一砂轮 E．运动轨迹 图 3 砂轮与工件的运动关系 张海鹰 仿形靠模的计算机设计方法 2)砂轮中心到靠模外沿距离 由于砂轮 C和带轴滚针轴承 D (R9．5 ram)都 安装在砂轮架上，带轴滚针轴承 D (R9．5 mm)顶 住靠模外沿运动，带轴滚针轴承 D (R9．5 ram)和 砂轮 C在 轴方向的运动距离等于靠模 B的中心 到靠模B外沿接触点的距离，经过计算，砂轮中心 到靠模 B的外沿的距离为 80．5 mm，如图4所示， 这样，就可以根据砂轮中心轨迹曲线 E到主轴中心 D的距离来确定靠模 B的形状，即从轨迹曲线 E上 的点到主轴中心D的距离等于80．5 mm的点的轨迹 就是靠模 B的图形，KL的距离为 80．5 mm，也就 是根据曲线E上的无数个 点求出靠模 B上的无数 个 点 ，得到靠模 B的曲线。 3)求靠模 B的参数点 图 5所示以第一限象为例作图，可以将 XOY 坐标区域分成 17等分，为了保证足够的精确度，分 成 90等分，与曲线 E相交于 90个点，图6所示的 点，在 OK上可以找到距离 点 80．5 mm的 点， 分别求出 90个三点，就可以得到如图 7所示的靠 模 BDE外形图。 图5 靠模B的参数点 图 6 找距 点的工点 4)求靠模 B的图形 在图 7中，分别测量出 90个点的坐标，如图 中 a(39．5，0)，b(39．51，0．7)，c(39．55，1．4) 等，用样条曲线把 90个点光滑地连接起来，它实际 上就是带轴滚针轴承 (R9．5 mm)在靠模 B的外沿 运动的包络线曲线，再通过镜像处理，就可以得到 如图8所示的曲线 B，它就是要求的靠模 B的外形 轮廓线。只要把轮廓线上的 360个点的坐标输入计 算机，就可以很容易利用线切割等方式生产出精确 的仿形靠模。 图7 靠模 B的外沿运动的包络线 图8 靠模 B的外形轮廓线 3 结语 目前，与 FM系列仿形磨床产品配套的各种靠 模广泛采用了这种设计方法，它的设计速度快、精 度高，而且能快速精确地为计算机提供线切割的坐 标，为加工仿形靠模带来了方便，它是一种理想的 靠模设计技巧。 参考文献 [1] 许林成．包装机械原理与设St[M]．上海：上海科学技 术出版社，1998． [2] 李世国．轻工机械 CAD[M]．北京：中国轻工业出版 社，1998．