阅读说明：本技术 平面工件的加工系统和加工工艺 (Machining system and machining process for plane workpiece ) 是由 黄战军 于 2019-03-11 设计创作，主要内容包括：本公开是关于一种平面工件的加工系统和加工工艺。平面加工系统包括数控铣床和夹紧装置,数控铣床包括加工台和加工机头,夹紧装置安装于加工台；加工机头安装有盘刀,盘面的外周缘设置有刀刃,盘刀用于加工平面工件的大面；夹紧装置包括X方向定位机构、Y方向定位机构和Z方向定位机构,X方向定位机构在数控铣床的X方向上夹紧平面工件,Y方向定位机构在Y方向上夹紧平面工件,Z方向定位机构具有真空源,真空源能够沿数控铣床的Z方向吸引平面工件而使平面工件相对于加工台沿Z方向固定。利用CNC数控铣床和夹紧装置的组合代替现有的双面研磨设备,对平面工件进行大面加工,拓宽了现有的CNC数控铣床的适用范围,减少设备成本投资。(The present disclosure relates to a machining system and a machining process for a planar workpiece. The plane processing system comprises a numerical control milling machine and a clamping device, the numerical control milling machine comprises a processing table and a processing machine head, and the clamping device is arranged on the processing table; the processing machine head is provided with a disc cutter, the outer periphery of the disc surface is provided with a cutting edge, and the disc cutter is used for processing the large surface of a plane workpiece; the clamping device comprises an X-direction positioning mechanism, a Y-direction positioning mechanism and a Z-direction positioning mechanism, wherein the X-direction positioning mechanism clamps a plane workpiece in the X direction of the numerically controlled milling machine, the Y-direction positioning mechanism clamps the plane workpiece in the Y direction, the Z-direction positioning mechanism is provided with a vacuum source, and the vacuum source can attract the plane workpiece along the Z direction of the numerically controlled milling machine so that the plane workpiece is fixed relative to the processing table along the Z direction. The combination of the CNC milling machine and the clamping device is used for replacing the existing double-sided grinding equipment to process large surfaces of plane workpieces, so that the application range of the existing CNC milling machine is widened, and the equipment cost investment is reduced.)

平面工件的加工系统和加工工艺

技术领域

本公开涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种平面工件的加工系统和加工工艺。

背景技术

终端(例如手机、平板电脑)的壳体胚料属于平面工件，其一般采用铝挤工艺成型，在厚度方向上存在变形，大面(在厚度方向上的平面)平面度为例如0.2mm。在进行后加工前，首先需对坯料的大面进行加工，消除胚料变形，保证一个大面的平面度为例如0.02mm，以此大面作为后续加工的加工基准面。

通常采用双端面磨床加工大面，这能保证平面度在0.02mm。

如图1所示，双端面磨床具有相对设置的上研磨盘101和下研磨盘104，下研磨盘104具有固定治具103，固定治具103具有预定的安装位，每个安装位可以用于安装一个胚料102。

双端面磨床的工作流程如下：先将上研磨盘101升起，然后将胚料102安装于固定治具103的安装位，再降下上研磨盘101，上研磨盘101下降到位后，上研磨盘101与下研磨盘104相对逆向地旋转，从而对胚料102的厚度方向上的大面进行研磨，单边去除量为0.2mm。

双面研磨设备具有以下缺点：

第一，设备成本高；

第二，设备使用范围不广泛，通用性不强；

第三，难于自动化地实现上下料。

因而，亟待本领域技术人员解决的技术问题是，提供一种通用性较强的并可用于批量生产的加工系统。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种平面工件的加工系统和加工工艺。

根据本公开实施方式的第一方面，提供一种平面工件的加工系统，包括数控铣床和夹紧装置；所述数控铣床包括：

加工台，所述夹紧装置安装于所述加工台；以及

加工机头，所述加工机头安装有盘刀，所述盘刀具有在所述数控铣床的XY平面内延伸的盘面，所述盘面的外周缘设置有刀刃，所述盘刀用于加工所述平面工件的大面；

所述夹紧装置包括：

X方向定位机构，所述X方向定位机构在所述数控铣床的X方向上夹紧所述平面工件；

Y方向定位机构，所述Y方向定位机构在所述Y方向上夹紧所述平面工件；以及

Z方向定位机构，所述Z方向定位机构具有真空源，所述真空源能够沿所述数控铣床的Z方向吸引所述平面工件而使所述平面工件相对于所述加工台沿Z方向固定。

在至少一个实施方式中，所述X方向定位机构包括X方向致动压缸和X方向定位块，所述X方向致动压缸用于在X方向推动所述平面工件以使所述平面工件在所述X方向定位块和所述X方向致动压缸之间被夹紧；并且/或者

所述Y方向定位机构包括Y方向致动压缸和Y方向定位块，所述Y方向致动压缸用于在Y方向推动所述平面工件以使所述平面工件在所述Y方向定位块和所述Y方向致动压缸之间被夹紧。

在至少一个实施方式中，所述加工系统还包括上下料装置，所述上下料装置包括机械手。

在至少一个实施方式中，所述加工系统还包括基板，所述基板沿所述Y方向具有多个供所述X方向定位块安装的位置，所述X方向定位块可拆卸地连接于所述基板，和/或所述基板沿X方向具有多个供所述Y方向定位块安装的位置，所述Y方向定位块可拆卸地连接于所述基板。

在至少一个实施方式中，所述X方向定位机构包括X方向滑动组件，所述X方向滑动组件还包括滑块和夹紧块，所述滑块在所述X方向上的一端连接于所述X方向致动压缸的工作轴，所述滑块在所述X方向上的另一端可拆卸地安装有所述夹紧块，所述平面工件能够在所述夹紧块和所述X方向定位块之间被夹紧。

在至少一个实施方式中，所述X方向滑动组件还包括滑块导向板和滑块固定座，所述滑块固定座安装于所述基板，所述滑块固定座具有沿X方向延伸的滑块凹槽，所述滑块在所述滑块凹槽内滑动，所述滑块导向板在所述滑块凹槽的Y方向上的两侧安装于所述滑块固定座并在所述Z方向上阻挡所述滑块。

在至少一个实施方式中，所述滑块组件还包括防护罩，所述防护罩在所述滑块固定座的上方和/或侧方遮盖所述滑块和所述滑块导向板，所述防护罩的下表面基本与所述滑块的上表面和所述滑块导向板的上表面接触。

在至少一个实施方式中，所述Y方向定位机构包括柱形定位块，所述柱形定位块可拆卸地安装于所述Y方向致动压缸的工作轴的自由端，所述柱形定位块的外周面与所述平面工件线接触；

所述X方向定位块与所述平面工件面接触。

在至少一个实施方式中，所述加工系统还包括基板，所述基板具有供所述平面工件安装的安装位，所述Y方向定位块位于所述基板的所述Y方向上的一个侧部，所述Y方向致动压缸在所述基板的下方安装于所述基板，所述基板在所述Y方向上的另一侧部具有沿所述Y方向开口的U形缺口，所述Y方向定位机构还包括Y方向滑动组件，所述Y方向滑动组件安装于所述Y方向致动压缸的工作轴的自由端，所述Y方向滑动组件在所述U形缺口内移动。

在至少一个实施方式中，所述盘刀的直径大于所述平面工件在所述X方向或所述Y方向上的尺寸。

在至少一个实施方式中，所述Z方向定位机构包括Z方向定位块和环形的密封部件，所述Z方向定位块具有与所述真空源连通的气孔，所述Z方向定位块的上表面安装有所述密封部件，当所述平面工件吸附固定于所述Z方向定位块时，所述密封构件密封所述平面工件与所述Z方向定位块之间的Z方向间隙。

根据本公开实施方式的第二方面，本公开提供一种平面工件的加工工艺，该加工工艺使用上根据本发明的平面工件的加工系统，所述加工工艺包括以下步骤：

开启Z方向定位机构的真空源；

将平面工件放置于Z方向定位机构，所述平面工件被吸附于所述Z方向定位机构；

操作X方向定位机构和Y方向定位机构，以使所述平面工件在XY平面内被夹紧；

操作所述数控铣床，以使所述盘刀加工所述平面工件。

本公开的实施方式提供的技术方案可以获得以下有益效果：

利用CNC数控铣床和夹紧装置的组合代替现有的双面研磨设备，对平面工件，比如手机的壳体胚料进行大面加工，拓宽了现有的CNC数控铣床的适用范围，提升其利用率，减少设备成本投资。

该平面工件的加工系统通过X方向定位机构和Y方向定位机构在XY平面内夹紧平面工件，通过Z方向定位机构在Z方向上吸引平面工件，避免如现有技术般在Z方向上夹紧工件，保证平面工件在夹紧过程中不产生厚度方向的变形。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施方式，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为现有的双端面磨床的立体示意图；

图2为本发明提供的一种平面工件的加工系统的立体示意图；

图3为图2中的加工系统的夹紧装置的立体的***示意图。

附图标记说明：

101上研磨盘；102胚料；103固定治具；104下研磨盘；

1基板；2 Z方向定位块；3密封构件；4 X方向连接块；5 X方向定位块；6 Y方向定位块；7压缸连接块；8柱形定位块；9 Y方向致动压缸；10滑块固定座；11滑块；12滑块导向板；13压紧块；14压缸固定板；15拉杆；16第一防护罩；17第二防护罩；18 X方向致动压缸；19平面工件；20盘刀。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施方式进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施方式中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本公开提供一种平面工件19的加工系统，如图2和图3所示，该平面工件加工系统包括数控铣床和夹紧装置。夹紧装置安装于数控铣床的加工台，用于在X、Y、Z三个方向上夹紧平面工件19。数控铣床的加工机头安装有盘刀20，盘刀20具有在XY平面内延伸的盘面，盘面的外周缘设置有刀刃。当加工平面工件19时，盘刀20沿预设的路径打磨平面工件19在Z方向上的上表面。

这里定义，平面工件19的厚度方向沿加工系统(数控铣床)的Z方向，Z方向也称为上下方向，“上侧”指安装平面工件19的一侧，“下侧”为与上侧相反的一侧；加工机头和夹紧装置沿加工系统(数控铣床)的Y方向布置，当不加工时，加工机头在Y方向上远离夹紧装置，当加工时，加工机头在Y方向上靠近夹紧装置；与Z方向和Y方向垂直的方向为加工系统(数控铣床)的X方向。

盘刀20大致沿Y方向行进，盘刀20的直径可以大于平面工件19在X方向上的尺寸，比如大于100mm(大于手机壳体的胚料的X方向上的尺寸)，这样的盘刀20具有较大的线速度，保证加工出平面度在例如0.02mm以内的大面，而且具有较高的加工效率。

利用CNC数控铣床和夹紧装置的组合代替现有的双面研磨设备，对平面工件19，比如手机的壳体胚料进行大面加工，拓宽了现有的CNC数控铣床的适用范围，提升其利用率，减少设备成本投资。

夹紧装置包括基板1，以及X方向定位机构、Y方向定位机构和Z方向定位机构，X方向定位机构、Y方向定位机构和Z方向定位机构均安装于基板1并分别用于在X方向上、Y方向上和Z方向上夹紧平面工件19。

基板1可以固定于数控铣床的加工台，在基板1上形成有沿X方向排布的两个安装位，每个安装位安装一个平面工件19。应当理解，在其他实施方式中，还可以具有其他数目的安装位，从而安装其他数目的平面工件19。在一个基板1上设置多个安装位能够提高生产效率。

Z方向定位机构安装于安装位，包括Z方向定位块2和密封构件3。

Z方向定位块2固定于基板1，Z方向定位块2的内部安装有真空源，Z方向定位块2在Z方向上的上表面具有吸气孔，真空源与吸气孔连通从而当开启真空源时气流被从吸气孔的外部吸入而使得位于Z方向定位块2的平面工件19被吸引而固定于Z方向定位块2。每个Z方向定位块2可以具有例如20mm×30mm的吸附面积。

安装位可以大致呈矩形，Z方向定位块2可以为四个并在安装位的四个拐角处设置。对于手机、平板电脑等具有大致矩形外壳的移动终端来说，采用分散设置的Z方向定位块2吸引外壳胚料，将保证胚料不会在厚度方向上被吸变形，又能够沿Z方向被可靠地定位。这样，在动力装置(下文详述)在XY平面内推动平面工件19的过程(下文详述)中，平面工件19始终吸附在Z向定位块的上表面。

该平面工件加工系统通过X方向定位机构和Y方向定位机构在XY平面内夹紧平面工件19，通过Z方向定位机构在Z方向上吸引平面工件19，避免如现有技术般在Z方向上夹紧的工件，保证平面工件19在夹紧过程的中不产生厚度方向上的变形。

Z方向定位块2的上表面还安装有密封构件3，该密封构件3用于密封平面工件19的下表面与Z方向定位块2的上表面之间的Z方向间隙，从而确保平面工件19能够被牢固地吸附于Z方向定位块2。

密封构件3可以为环形的高压缩比的密封绳，该密封绳的截面直径可以为2mm至3mm，密封绳的压缩量可以为0.2mm至0.5mm。Z方向定位块2的上表面开设有环形的密封绳凹槽，密封绳嵌入密封绳凹槽而安装。该环形的密封绳围成的空间限定上述吸附面积。

Z方向定位块2沿X方向和Y方向具有多个安装位置。例如基板1具有多个长圆形的安装孔，长圆形的安装孔沿X轴方向延伸并在Y方向上依次布置，Z方向定位块2可以与不同的长圆形的安装孔的不同位置螺纹连接从而沿X方向和Y方向具有不同的位置。

X方向定位机构包括X方向定位块5、X方向连接块4、X方向致动压缸18和X方向滑动组件。

X方向连接块4在安装位之间可拆卸地安装于基板1，比如在基板1形成沿Z方向延伸的安装孔，且在X方向连接块4形成沿Z方向延伸并与该安装孔连通的螺纹孔，将螺纹件***该安装孔和螺纹孔以使二者螺纹连接。基板1可以具有多个安装孔以便于选择性地与X方向连接块4安装，基板1的多个安装孔可以沿Y方向依次布置。

X方向定位块5例如通过螺纹连接的方式安装于X方向连接块4的上方。X方向定位块5在X方向上的两个侧部分别与两个安装位的两个平面工件19接触。可以通过更换在X方向具有不同尺寸的X方向定位块5而对在X方向具有不同尺寸的平面工件19进行定位。

当X方向连接块4安装于基板1的不同的安装孔时，可以获得不同的沿Y方向的位置，从而固定于X方向连接块4的X方向定位块5可以与平面工件19的沿Y方向的不同位置接触。

X方向致动压缸18安装于基板1的在X方向上的侧部，在该实施方式中，沿Y方向在基板1的在X方向上的一侧可以设置两个X方向致动压缸18，在基板1的在X方向上的两侧均设置X方向致动压缸18。

X方向滑动组件安装于安装位和X方向致动压缸18之间，X方向致动压缸18具有沿X方向伸缩的工作轴，该工作轴作用于X方向滑动组件。当工作轴伸缩时，X方向滑动组件也同步地伸缩，X方向滑动组件沿X方向移动而与平面工件19的在X方向上的侧部接触从而调整平面工件19在X方向上的位置。

当X方向致动压缸18在X方向上推动平面工件19时，平面工件19能够靠近X方向定位块5，从而在X方向致动压缸18(X方向滑动组件)和X方向定位块5之间夹紧平面工件19。

X方向滑动组件包括滑块固定座10、滑块11、压紧块13、滑块导向板12和防护罩。

滑块固定座10固定安装于基板1，滑块固定座10具有沿X方向延伸的滑块凹槽。

滑块11容纳于滑块凹槽并在滑块凹槽内沿X方向滑动。滑块11在X方向上的一端受X方向致动压缸18的工作轴的驱动而与工作轴同步伸出和缩回。

滑块11可以在X方向上的一端具有沿Y方向延伸的凹槽，X方向致动压缸18的工作轴的自由端连接有拉杆15，拉杆15的自由端具有向工作轴的径向外侧凸出的凸起，该凸起能够嵌入滑块11的上述凹槽从而与该凹槽的在X方向上的两个内侧壁接触。当工作轴带动拉杆15沿X方向伸缩时，凸起在该凹槽内卡住，滑块11与拉杆15同步地伸缩。

滑块11在X方向上的另一端可拆卸地安装有压紧块13，压紧块13可以具有垂直于X方向的定位平面，压紧块13通过其定位平面与平面工件19在X方向上的侧部面接触。滑块11与压紧块13分体设置，从而能够适应更大范围的平面工件19的外形尺寸变化。

应当理解，滑块11还可以与压紧块13一体设置。

滑块导向板12在滑块凹槽的Y方向上的两侧固定于滑块固定座10。滑块导向板12与滑块固定座10共同形成滑块11的滑动轨道，滑块11与滑动轨道之间的间隙小于例如0.005mm。滑块凹槽与滑块11的在Y方向上的两个侧部接触，滑块导向板12与滑块11的上部接触从而能够在Z方向上止挡滑块11，这样，滑块11在Z方向上和Y方向上均获得支撑并能够稳定地滑动。

滑块11的一部分可以嵌入滑块凹槽，滑块11的另一部分可以在Z方向上从滑块凹槽凸出，滑块11的另一部分具有比滑块11的一部分更小的Y方向尺寸，从而在滑块11的一部分与滑块11的另一部分的连接处形成肩部，滑块11具有“凸”字形的截面形状。

滑块导向板12与滑块11的肩部接触，即滑块导向板12与滑块11的另一部分在Y方向上的侧部和滑块11的一部分在Z方向上的上部接触。滑块11与滑块导向板12组装完毕后，滑块11的上表面和滑块导向板12的上表面齐平。这样，滑块11既在Z方向上和Y方向上均获得稳定的支撑还节省了X方向滑动组件在Z方向上占用的空间。

防护罩安装于滑块固定座10并在滑块固定座10的上方和/或侧方遮盖滑块11、滑块导向板12和滑块凹槽。

防护罩可以包括组合的第一防护罩16和第二防护罩17，第一防护罩16具有沿X方向延伸的长条形的缺口，该缺口朝向X方向致动压缸18开口，第二防护罩17在该缺口的上方固定于第一防护罩16以遮盖该缺口。该缺口是为了避让X方向致动压缸18的工作轴与拉杆15的连接处的向径向外侧凸出的零件。

第一防护罩16的下表面基本与滑块11的上表面和滑块导向板12的上表面接触(允许存在工艺间隙)。这能够防止加工平面工件19时产生的料屑进入滑块11和滑块凹槽之间。

X方向致动压缸18可以为单轴气缸，X方向致动压缸18在靠近基板1的一端具有压缸固定板14，工作轴穿过压缸固定板14伸出。压缸固定板14连接于X方向致动压缸18的缸体，并安装于基板1在X方向上的侧部。

Y方向定位机构包括Y方向定位块6、Y方向滑动组件和Y方向致动压缸9。

Y方向定位块6和Y方向滑动组件安装于基板1的Y方向上的相对的两个侧部，Y方向定位块6沿Y方向可以具有多个安装位置，从而适应更大范围的平面工件19的尺寸变化。

基板1在Y方向上的一个侧部可以具有沿Y方向延伸的长圆形的安装孔，Y方向定位块6可拆卸地安装于该长圆形的安装孔。

Y方向致动压缸9可以为双轴气缸，Y方向致动压缸9的缸体在基板1的下方连接于基板1，Y方向致动压缸9的工作轴的自由端向基板1的Y方向上的另一个侧部伸出，Y方向滑动组件可拆卸地安装于Y方向致动压缸9的工作轴的自由端。

Y方向定位块6可以具有垂直于Y方向的定位平面，Y方向致动压缸9的工作轴的自由端可以安装有压缸连接块7，Y方向滑动组件可拆卸地安装于压缸连接块7。Y方向滑动组件可以包括柱形定位块8，从而在定位平面工件19时与平面工件19线接触。比如，Y方向滑动组件可以包括螺栓件和筒形外套，螺栓件穿过筒形外套而螺栓连接于压缸连接块7，通过更换不同尺寸的筒形外套从而适应更大范围的平面工件19的外形尺寸变化。

这样，对于X方向侧边和Y方向侧边不垂直的平面工件19，比如手机的外壳胚料，可以实现良好地XY平面内的夹紧。

应当理解，X方向致动压缸18和Y方向致动压缸9还可以为液压缸。

基板1的在Y方向上的另一个侧部可以具有U形缺口，该U形缺口沿Y方向开口。Y方向致动压缸9的压缸连接块7(Y方向滑动组件)可以在该U形缺口内沿Y方向移动。Z方向定位块2在U形缺口的Y方向上的内侧安装于基板1，这样，Y方向致动压缸9的工作轴在Y方向上伸缩时基本不超过基板1在Y方向上的范围，夹紧装置整体具有规则的形状，便于操作和安装。

夹紧装置的X方向定位机构、Y方向定位机构和Z方向定位机构均为可调节式的结构，当平面工件19的外形变化时，可以通过调节或者更换X方向定位机构和/或Y方向定位机构和/或Z方向定位机构的位置实现对平面工件19的夹紧。

该加工系统利用X方向致动压缸18和Y方向致动压缸9在XY平面内夹紧平面工件19，具有较高的自动化程度。

加工系统还可以包括机械手，机械手用于实现上下料，从而使得该加工系统具有更高的自动化程度。

下面介绍该加工系统的操作流程：

操作X方向致动压缸18和Y方向致动压缸9，使X方向致动压缸18缩回和Y方向致动压缸9伸出从而退出平面工件19的安装区域而回位；

开启Z方向定位机构的真空源，Z方向定位块2的通气孔吸入空气；

将平面工件19(例如，壳体胚料)放置于Z方向定位块2，同时，尽量使平面工件19靠近X方向定位块5和Y方向定位块6，平面工件19的下表面吸附于Z方向定位块2；

操作X方向致动压缸18和Y方向致动压缸9，两压缸的工作轴分别在X方向和Y方向上推动平面工件19，当X方向定位机构，例如X方向定位块5和压紧块13，和Y方向定位机构，例如Y方向定位块6和Y方向滑动组件可靠地夹紧平面工件19时，X方向致动压缸18和Y方向致动压缸9的工作轴停止动作；

操作数控铣床，使盘刀20沿预定的加工路径行走以进行大面加工，即加工平面工件19的上表面。

设置以下加工参数：Z方向吃刀量为0.1mm至0.2mm，盘刀20转速为8000rpm至12000rpm，盘刀20进给速度为1000mm/min至1500mm/min。

应当理解，在不违背本发明提供的加工系统的工作原理的前提下，上述操作流程中的各步骤可以调换顺序，比如，开启真空源的步骤和将平面工件19放置于Z方向定位块2的步骤可以互换。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施方式仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围的情况下进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。