數控鉆攻中心加工刀紋問題剖析
2022-12-12 來源：沈陽機床股份有限公司 作者： 于春明
摘要 ：本文闡述了鉆攻中心在3C行業手機零件加工過程中出現的刀紋問題，并詳細分析了刀紋的成因，以及在切削過程中產生刀紋的影響因素，最后針對對如何消除此類刀紋提出了機床的整改方向。
自2015年以來，鉆攻機市場異常火爆，以手機為代表的3C行業表現出井噴的態勢，手機零件的加工對機床的要求越發嚴格，以手機攝像頭支架為例，對加工精度的要求為±0.02mm，對加工表面的要求更為嚴苛，要求接近鏡面效果，表面刀紋必須均勻有序，不能出現局部跳躍刀紋，以及象限點接刀紋。正因如此，很多品牌的機床難以達到客戶的驗收標準，其中有機床品質的問題，有機床使用的問題等。本文將以手機攝像頭支架為例，來剖析影響其加工效果的因素。
1 .刀紋問題描述
東莞一手機零件加工廠商使用兩種不同品牌的機床，進行同一零件的加工，使用相同的加工程序，相同的夾具以及刀具，最終加工結果卻有很大差異。圖1所示為加工的零件。
圖1 手機攝像頭支架
零件名稱：某品牌手機攝像頭支架；零件材質：不銹鋼316L；全序加工時長：9min30s。零件檢測采用電動放大鏡，通過電腦采集放大鏡下的零件圖像，放大鏡的倍數為20倍。A機床切削為合格品，采集后的刀紋圖像如圖2所示。
圖2 A機床切削合格品樣件
圖2刀紋均勻有序，深淺一致，無明暗交替紋路，無破損刀紋，目視表面平滑規則明亮，手觸無劃痕感。使用B機床進行切削采樣，如圖3所示。
圖3 B機床切削不合格品樣件
從圖3可以看見間斷性的寬刀紋，使得整體刀紋突顯出寬窄不均，目視會發現零件表面有跳躍性深刀紋出現。
針對這種不規則刀紋的現象，我們進行展開分析，排查影響刀紋的多種因素以及刀紋的成因進行分析。
2.切削測試分析
為了使測試更加準確，我們重新排查了影響切削產生刀紋的各種因素，第一，檢查機床地腳是否松動。對機床四個地腳進行重新排查，重新校核了機床工作臺的水平；第二，檢查刀具。看刀具是否有磨損，重新校核了刀擺，確保刀擺數值控制在0.002mm以內。第三，檢查夾具。排查夾具是否會在加工過程中引發振動。
（1）不同進給速度切削測試通過以上案例分析，我們對機床進行了深度測試，尋找其加工過程中的薄弱環節。首先調整不同的進給速度進行切削測試。其他切削參數保持不變。測試結論如圖4、圖5、圖6、圖7所示。
圖4 切削速度300mm/min
圖5 切削速度500mm/min
圖6 切削速度700mm/min
圖7 切削速度900mm/min
根據不同的切削狀況可以發現，當切削速度變低時會發現非常明顯的異常刀紋，現對其進行分析。
刀紋產生的原因是刀具與零件的相對運動后留下的痕跡。當切削速度為900mm/min時，進行分析：主軸轉速9000r/min，每轉進給量=進給速度/轉速；每齒進給量=每轉/齒數，經計算每轉進給量為0.1mm，使用的是4刃刀具，那么每齒進給量為0.025mm。對實際工件進行測量，如圖8所示。
圖8 工件加工尺寸測量
倒角邊有效刀紋邊長度為13mm，在放大鏡下可觀測的刀紋數量為128條，最終可以得出，刀紋實際間距約為0.1mm。由此可以推斷，實際上是刀具每轉一圈留下一個刀紋。現對刀具進行檢測分析，如圖9所示。
圖9 刀具實際測量
用千分表對刀具進行測量后發現，四個齒高度不一樣，具體數值如表1所示。
表1 刀刃測量值
由此可以推斷，實際切削過程中，最終只有第一齒在零件上留下刀紋。
（2）刀紋形成機理分析現對刀紋形成機理進行分析，以切削速度900mm/min為例。如圖10、圖11所示。
圖10 切削示意圖
圖11 切削示意圖（放大100倍）
刀具以900mm/min速度切削，切深0.02mm，最終刀紋情況如圖11所示，刀紋理論間距0.1mm，刀紋理論深度0.0006mm，表面粗糙度Ra約為0.3um左右，符合實際切削效果。當切削速度為700mm/min時，主軸轉速9000r/min，每轉進給量為0.08mm，刀紋深0.0004mm；當切削速度為500時，主軸轉速9000r/min，每轉進給量為0.055mm，刀紋深0.0002mm；當切削速度為300mm/min時，主軸轉速9000r/min，每轉進給量為0.033mm，刀紋深0.0001mm。
圖12 不同切削速度下的刀紋
由此可見，當進給越低時，正常產生的刀紋越淺越窄。那么機床振動對其產生的影響越明顯。
3．異常刀紋成因分析
根據刀紋的表象，以及之前的分析，現從理論角度對其分析產生的原因。
（1） 軸向竄動產生的影響軸向竄動造成的刀紋狀況分析，如圖13所示。
圖13 軸向竄動產生理論分析
軸向瞬時竄動對切削的影響如圖12所示，其影響主要表現為偶爾會出現一條寬或者窄的刀紋，但刀紋深淺沒有影響。其形成的原因主要為傳動系統瞬時竄動，如絲杠預壓丟失，傳動軸安裝精度引起的瞬時應力釋放等。
（2）機床振動產生的影響
機床振動對刀紋產生的影響如圖14所示。
圖14 機床振動產生的影響
如圖14所示，機床振動產生的刀紋效果，刀紋寬窄會發生變化，刀紋深淺也會發生變化，同時對相鄰的刀紋也會產生影響。分析其產生的原因，主要有兩部分，第一，工作臺振動引起的，考慮其方向，主要為XY軸傳動系統、工作臺、滑座、床身等影響。第二，主軸箱振動引起的，考慮其方向主要為Z軸傳動系統及立柱、主軸箱等影響。現對AB兩機床做振動分析，分析數據如表2所示。
表2 振動分析數據
通過表2振動分析可以看出，在500Hz以內，B機床出現十二階固有頻率，A機床出現十階固有頻率，說明B更容易引起振動，通過阻尼比對比發現，A機床抗振動性能更好。A機床優于B機床主要有以下幾點：第一，機床大件結構，A機床大件外形結構及筋格設計更合理，剛性更強；第二，三軸絲杠結構，對比發現兩臺機床絲杠結構不同，那么在設計機床時需要重點關注絲杠的適用性，而不是完全根據絲杠廠家的推薦來；第三，導軌結構，導軌結構不單能夠影響機床的傳動精度，而且對整機的連接剛性影響非常大，在機床選擇功能部件時，需嚴格關注；第四，機床聯接剛性，主要關注機床的裝配工藝。
4．整改后機床切削測試
根據之前分析，我們對B機床進行了相應的調整，調整部分有裝配環節，傳動系統及大件結構，然后進行切削測試，如圖15所示。
圖15 調整機床后切削樣件
通過上圖可以看出，此B機床已經能夠達到A機床的切削效果，經客戶檢驗，已經完全滿足客戶的出廠要求。
投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關信息
