數控（kòng）鑽攻中心加工刀紋問題（tí）剖析
2022-12-12 來源：沈陽機床股份有限公司 作者（zhě）： 於春明
摘要 ：本文闡述了鑽攻中心在3C行業手機零件加工過程中出現的刀紋（wén）問題，並詳細分析了刀紋的成因，以及在切（qiē）削過程中產生刀紋的影響因素，最後針對對如何消除此類刀（dāo）紋提出了機床的整改方向。
自2015年以來，鑽攻機市（shì）場異常火（huǒ）爆（bào），以手機為代表的3C行業表現出井噴（pēn）的態勢，手機零件的加工對機床的要求越（yuè）發嚴格，以手機攝像頭支架為例，對加（jiā）工精度的要求為±0.02mm，對（duì）加（jiā）工表麵的要求更為嚴苛，要求接近鏡麵效果，表麵刀紋必須均（jun1）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（zhǔn），其中有機床品質（zhì）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（sù）。
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（guǒ）卻有很大差異。圖1所示為加工的零件。
圖1 手（shǒu）機（jī）攝像頭支架
零件名稱：某品牌手（shǒu）機攝像頭支（zhī）架；零件材質（zhì）：不鏽鋼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，采集後的刀紋圖像如圖2所示。
圖2 A機床切削合格品樣件
圖2刀紋均（jun1）勻有序，深淺一致，無明暗交替紋路，無破損刀紋，目視表麵平（píng）滑規則明亮，手（shǒu）觸無劃痕感。使用B機床進行切削采（cǎi）樣，如圖3所（suǒ）示。
圖3 B機床切（qiē）削不合格品樣件
從圖3可以看見間斷性的寬刀紋，使得（dé）整體刀紋突顯出寬窄不均，目視會發現零件表麵有跳躍性深刀紋出現。
針對這種不規則刀紋的現象，我（wǒ）們進行展開分析，排查影響（xiǎng）刀紋的多種因素以（yǐ）及刀紋的成因進行分析。
2.切削測試分析
為（wéi）了使測試更加準確，我們重新排查了影（yǐng）響切削產生刀（dāo）紋（wén）的各種因素（sù），第一，檢查機（jī）床地腳是否鬆（sōng）動。對機床（chuáng）四個地腳進行重新排查，重新（xīn）校核了機床工作台的水平；第二，檢查刀具。看刀具是否有磨損（sǔn），重（chóng）新校核了刀擺，確保（bǎo）刀擺數值控製在0.002mm以內。第三，檢查夾具。排查夾具是否（fǒu）會在加工過（guò）程中引發振動。
（1）不同進（jìn）給速（sù）度切削測（cè）試通過以上案例分析，我們對（duì）機床進行了深度測試（shì），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（háng）切削測試。其他切削參數保持不（bú）變。測試結論如圖4、圖（tú）5、圖6、圖7所示。
圖4 切削（xuē）速度300mm/min
圖5 切削速度500mm/min
圖6 切削速（sù）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（dī）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（de）原因是刀具與零件的相對運動後留下的（de）痕跡（jì）。當切削速度為900mm/min時，進行分析：主軸轉速9000r/min，每轉進給（gěi）量=進給速（sù）度/轉速（sù）；每齒進給量=每轉/齒數，經計算每（měi）轉進給量為0.1mm，使用的是4刃刀具，那麽每齒進給量（liàng）為0.025mm。對實際工（gōng）件進行測量，如（rú）圖8所示（shì）。
圖8 工件加工尺寸測量
倒角邊（biān）有效刀紋邊長度（dù）為13mm，在放大鏡下可觀測的（de）刀紋數量為128條，最（zuì）終可以（yǐ）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（dāo）具進行測（cè）量後發現，四個齒高度（dù）不一樣，具體數值如表1所示。
表1 刀刃測量（liàng）值
由此可以推斷，實際切削過程中，最終隻有第一齒在零件上留下（xià）刀紋。
（2）刀紋形成機理分析現（xiàn）對刀紋形（xíng）成機理（lǐ）進行分析，以切削（xuē）速度900mm/min為例。如圖10、圖11所示（shì）。
圖10 切削示意圖
圖11 切（qiē）削示意圖（放大100倍）
刀具以900mm/min速度（dù）切削，切（qiē）深0.02mm，最（zuì）終刀紋情況如（rú）圖11所示，刀紋理論間距0.1mm，刀紋理論深度0.0006mm，表（biǎo）麵粗糙度Ra約為0.3um左右，符合實（shí）際切削效果。當切削（xuē）速度（dù）為700mm/min時，主軸轉速9000r/min，每轉進給（gěi）量為0.08mm，刀紋深0.0004mm；當切削速度為500時，主軸轉速9000r/min，每（měi）轉進（jìn）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（qiē）削速度下的刀紋
由此可見，當進給越低時，正常產（chǎn）生的刀紋越淺越（yuè）窄。那麽機床振動對其產（chǎn）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（jí）之前的分析，現從理論角度對其分（fèn）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（lùn）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（huò）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係統瞬時竄動（dòng），如絲杠預壓丟失，傳動軸安裝精度引起的瞬時應力（lì）釋放等。
（2）機床（chuáng）振動產生的影響
機床振動對刀紋產（chǎn）生的影響如（rú）圖（tú）14所示。
圖14 機（jī）床振動（dòng）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（biàn）化，同時對相鄰的刀紋也會產生（shēng）影響。分析其產生的原因，主（zhǔ）要（yào）有兩部分，第一，工作（zuò）台振動引起的，考慮其方向（xiàng），主要（yào）為（wéi）XY軸傳動係統、工作台、滑座、床身等影（yǐng）響。第二，主軸箱振動引起的，考慮其方向主要為Z軸傳動係統及（jí）立柱、主軸箱等影響。現對AB兩機床做振動分析，分析（xī）數據如表2所示。
表（biǎo）2 振動分析數據
通（tōng）過表2振動分析可以看出（chū），在500Hz以內，B機床出現十二階固有頻率，A機床出現（xiàn）十階固有頻（pín）率，說明B更容易引起（qǐ）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（yōu）於B機床主（zhǔ）要有以下幾點（diǎn）：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（gàng）結構，對（duì）比發現兩台機（jī）床絲杠結（jié）構不同，那麽在設計機床時需要重點關注絲杠的適（shì）用性，而不是完全根據絲（sī）杠廠（chǎng）家（jiā）的推薦（jiàn）來；第三，導軌結構，導軌結構不單能夠影響機床的（de）傳動精度，而且對整機（jī）的連接剛性影響非常大，在（zài）機床選擇功能部件時，需嚴格關注；第四，機床聯接剛（gāng）性，主要關注機床的裝配工藝（yì）。
4．整（zhěng）改後（hòu）機（jī）床切削測試
根據之前分析，我們對B機床進行了相（xiàng）應的調整，調整部（bù）分有裝配環節，傳動係統及大（dà）件結構（gòu），然後進（jìn）行切削測試，如圖15所示。
圖15 調整機（jī）床後切削樣件
通過上圖可以看出（chū），此B機床已經（jīng）能（néng）夠達到A機床的（de）切削效果，經客（kè）戶檢（jiǎn）驗，已經完全滿足客戶的出廠（chǎng）要求。
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