脆硬材料玻璃和陶瓷切割在數控銑床上的實現方法探索

曹軍　李新淼　江紀東

[摘 要] 探討脆硬材料陶瓷和玻璃的非專用設備切割。針對切削參數、裝夾方式、提供詳盡實驗數據和方法。設備采用教學型數控銑床，程序編制采用宏程序。

[關鍵詞] 脆硬材料陶瓷和玻璃;切割參數;數控加工;第二課堂;創新

玻璃和陶瓷在裝飾裝修方面應用廣泛，自身物理性能硬度高、脆性大、易破損，因而其加工需要專用切割機、水刀、激光切割機等專用設備。這里我們用陶瓷、玻璃酒瓶切割來探索其在數控銑床上實現加工的可行性。

一、裝夾方法和切割方式

1.通用夾具裝夾

三爪卡盤裝夾圓柱外形各種瓶體。臺鉗適合方形瓶體。異形瓶體可以掉頭裝夾瓶嘴部分。通常需要在瓶體和夾具間墊橡膠類緩沖物并施加合適夾緊力，以防夾碎瓶體。方形瓶尤其注意夾緊力不能過大，否則會在切割加工過程中由于內應力釋放和夾緊力的共同作用，導致瓶體開裂。

2.特殊裝夾辦法

大直徑、異形瓶身無法采用臺鉗、三爪卡盤裝夾時，可以采用膠粘方法，倒立裝夾瓶口法。

3.切割方式

按照瓶體裝夾后軸線方向不同，可以采用軸線豎直、水平、傾斜裝夾。

（1）軸線豎直

垂直裝夾瓶體切割后的瓶子截面為圓口或方形。

（2）軸線傾斜

傾斜軸線裝夾瓶體切割后的瓶子截面為橢圓口，帶角度方口。傾斜角度不宜過大，防止干涉。圓形瓶體可采用兩個V型口木塊輔助裝夾于鉗口。

（3）軸線水平

水平裝夾瓶體切割后的瓶子截面截割位置不同形狀各異。

二、刀具選用

采用玻璃、玉石類切割片。市場常見直徑100mm以上割片，厚度0.5～1mm及以上不等。一般為金剛砂噴涂或燒結材質的即可滿足加工要求。也有一些直徑16～60mm的小直徑切割片，厚度一般為0.5～1mm。割片厚度選用不超過1mm為宜，否則切割中側向切割力過大會導致瓶體破碎。

三、刀片裝夾

加工試驗中采用鉆夾頭裝夾小直徑金剛砂割片。切割過程中發現夾緊力不足，易出現割片打滑現象。同時，鉆夾頭尺寸和割片尺寸匹配瓶身結構時容易出現干涉。后采用小直徑接長桿來避免尺寸干涉和延長夾持長度。但仍存在夾緊力不足，割片打滑影響加工問題。多次試驗后，采用角磨機夾頭與100mm大直徑割片裝夾方式，獲得了足夠的夾緊力，獲得了理想的加工質量和效率。

四、切削液防噴濺和過濾

為防止切削熱積聚導致瓶體熱裂和減輕割片磨損，需在加工過程中加入以降溫為主要目的切削液來實現冷卻。因此，需要防止刀片旋轉帶來噴濺。另外，磨下的陶瓷微粒作為硬質相會對機床絲杠等移動部件產生磨損，因而需要防止噴濺到上述部位。切削液可以用水替代，但循環使用時需過濾和沉淀處理。

五、切削參數選用

主軸轉速S：1000～3000 r/min，進給速度F：100～1000mm/min，吃刀深度0.1～1mm。可以根據刀片直徑大小不同靈活選用，以吃刀力大小不會擠碎瓶體為度。

采用鉆夾頭裝夾小直徑金剛砂割，經反復試驗，主軸轉速S1000轉每分鐘，匹配進給速度F100和單邊吃刀深度0.2mm，獲得滿意的切口質量。但加工單個瓶子切割時間較長，長達30分鐘。

采用角磨機夾頭與100mm大直徑割片，經反復試驗，主軸轉速S1000轉每分鐘，匹配進給速度F500和單邊吃刀深度0.5～1mm，獲得滿意的切口質量。加工效率大為提高，單個瓶子切割時間7～10分鐘（包括裝夾瓶子時間在內）。

六、數控程序編制

程序可以采用軟件生成和宏程序，軟件編程適合瓶身截面為異形結構，但程序量較大，程序可讀性不強。瓶身截面方形和圓形的采用宏程序編程，程序量小，程序可讀性強，尺寸調整方便。

%1234（圓瓶）? while[#3le4]（壁厚4MM）

G54? ? ? ? ? ? ? ?#6=#5-#3（吃刀量計算）

M03S1000? G0X[#6]Y[10+#1]（每次進刀點）

G 00Z100 ? Z[-#4]（下刀深度）

G43Z30h1? G01Y0F[#7]（圓起點）

X0Y0? ? ? ? ? ? ? ?G02i[-#6]（整圓切割）

#1=74（瓶直徑）? #3=#3+0.2（每刀切深）

#2=60（刀直徑） ? ?endw

#5=[#1+#2]/2（刀

具回轉半徑計算）? G00X[#6]Y[10+#1]（退刀點）

#3=0（吃刀初值） ? Z100

#4=70（下刀深度）? ?G49Z30

#7=500（進給速度） X0Y0

M05

M30

七、加工中需要注意的其他問題

1.刀片直徑和瓶身截面尺寸與機床行程的尺寸干涉。

2.刀片夾持高度和瓶身切割高度干涉。

3.切口的破口敏感性。

玻璃材質切口破口敏感，需要磨邊處理，以防割傷。陶瓷破口不敏感，切口光滑平整無銳邊，可以不進行磨邊處理。

八、結論

其一，數控實習教學設備可以加工日常教學中不常加工的玻璃和陶瓷材料。

其二，認識刀具的不同結構、裝夾和應用。為今后在生產活動中創新、革新提供鮮活實例。

其三，酒瓶切割作為興趣課題用于第二課堂教學，學生展現出濃厚興趣。

參考文獻：

馮志剛.數控宏程序編程方法、技巧與實例[M].機械工業出版社，2011-05.

[作者簡介]

曹軍，遼西技師學院，高級講師，從事數控教學工作、數控實習管理工作16年。

李新淼，遼西技師學院，碩士研究生、講師，從事數控教學工作多年。

江紀東，阜新技師學院，講師，從事數控教學工作、數控實習管理工作多年。

[作者單位]

1.阜新市第三職專 2.阜新技師學院

（編輯：薄躍華）