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格力模具技术分享:超精密零件加工技术控制探讨

2022-11-23 18:29:02 1519

摘要:作者:冯洪华, 曾增权, 郑启贵(珠海格力精密模具有限公司)文章已刊载在《模具制造》月刊,版权归作者所有,转载请注明出处,谢谢!【摘要】以罗德斯机床为例, 通过不同工况因素及刀具切削力、 刀具摆动、 磨损量、 程序参数等加工精度影响因素的细...

作者:冯洪华, 曾增权, 郑启贵(珠海格力精密模具有限公司)

文章已刊载在《模具制造》月刊,版权归作者所有,转载请注明出处,谢谢!


【摘要】以罗德斯机床为例, 通过不同工况因素及刀具切削力、 刀具摆动、 磨损量、 程序参数等加工精度影响因素的细致研究, 确定各因素点的实际影响作用, 并进行精度补偿, 确保消除加工影响, 达到完美精度控制。

关键词:超精密加工;精度影响因素;精度控制


1 引言

超精密加工体现了工业的实力, 对于工业加工精度和稳定性的研究一直是世界加工领域的难题。在这个问题上, 现阶段的加工控制方式已经取得了一定的进展, 但是在影响因素和评价方法上,依然有很多应用需要改进和完善 [1] 。


2 测试环境温度对机床加工精度的影响

测试环境温度对机床加工精度的影响, 在同一时间内, 从复测试定位精度, 如图1所示。

(1) 现象分析:要实现精度要在±0.005mm的加工精度, 加工环境必需控制在恒温22℃。

图1 定位精度测试


(2) 解决方法:作以下操作, 消除冷机与热机时的精度误差, 如图2所示。

注意事项:①坐标的建立在工作台中间;②根据机床行程进行更改XY的范围。

图2 消除冷热机时精度误差


3 测试主轴加工发热后, 加工精度的变化

经测试, 主轴在停机启动后预热10s对刀后进行加工, 与预热180s后进行对刀进行加工, 分别要同一平面上进行加工, 检测出预热180s后进行对刀加工的, 两台阶相差0.005mm左右。当预热180s后, 再曾加预热250s, 加工出来的结果不变, 在0.001mm的范围内。

现象分析:精加工前先预热主轴, 确保加工过程中不会因主轴因温度变化, 而导致到加工过程中Z方向的精度发生变化。

解决方法:采取图3所示的方法进行补正。

图3 补正方法


注意:后处理出来的NC程式默认为10s, 所以编程员需要在NC程式中手动更改。


4 消除过数误差

用探头分中过数后, 在四周加工基准, 分别检测各台阶的值, 检测实际加工与过数的误差。

实际的加工过程中发现, 分中加工四周, 分别检测四周台阶, 如果过数与加工一致的, 台阶的检测数应该是一样的。但是, 如图4所示, 台阶有误差, 分中过数的误差达0.002~0.014mm。

图4 台阶误差


解决方法:测试台阶修正。对正和台阶的相对值, 然后按相差值进行补偿:

(1) 当-0.05mm余量加工出台阶后, 利用机床的在机检测功能, 用光电探头检测四周分中的数值。

(2) 再用千分表检测四周台阶差的对称程度。

(3) 结合在机检测与千分表测数来判断本工序是否存过数误差。当发生偏中时, 把偏中数在机床上偏置回来后, 再-0.10mm加工基准。加工完后, 从新按上述方法进行检验。

(4) 如果检验结果还是偏位, 继续在原负量的基础上, 再-0.05mm加工, 直至检验合格为止。


5 消除检测误差

校正探头, 在机检测过程中探头起到了关系性的作用, 所以探头精度必须控制, 每一次从刀库里取出来都需要检测同心度, 利用千分表进行检测, 同心度需要效正到0.002mm的范围内。

加工前先检测探头分中偏差:

(1) 先用千分表校验探头同轴度, 精度要求在2μm内。

(2) 再用探头分中校正规外圆, 得出圆心位置坐标值 (记录此时探头角度位置) 。

(3) 然后机头归圆心点, 用千分表手动拉表外圆,观察圆度跳动。

(4)手动调整机头位置点, 校正圆度跳动在3μm内。

(5) 记录误差值, 探头分中后进行坐标值补偿。


6 消除刀具误差

用6R0.5mm的刀具加工平面时, 如图5所示, 正常参数会产生振刀纹。试验更改参数后发现, 当刀具长度大于4倍, 且余量少于0.04mm加工时, 就会产生这和现象。

图5 振刀纹


现象分析与解决方法:为了避免零件在加工过程中变形, 使用6R0.5mm的刀具加工, 刀具较小, 刚性不足, 所以将刀具长度按制在4倍以下, 尽可能装短, 并调整加工参数。效果如下:

(1) 一方面,购买的刀具存在一定加工误差, 所以当加工精密零件时, 要求现场挑选和使用精度在±0.005mm公差范围内的刀具。

(2) 另一方面, 采用左补偿的方法, 通过机床的对刀仪进行刀具的检测, 测出来的误差值, 再通过机床的左补偿功能, 进行对刀路轨迹的补正, 从而现实对小于5°的陡峭面精度控制在±0.005mm的加工技术。

左补偿的功能是新多机床都具备的, 指令是G43。但是, 以往使用时只局限于人工手动输入相对应的值进行补偿再进行加工, 使用不方便也不够智能, 所以在模具加工行业基本上不用。所以提出在加工时, 进行刀具直径的检测后, 机床按照检测出来的数据进行与理论值进行求差, 得出误差值自动输入到机床的相应的IP地址, 调用程序时自动执行左补偿的功能, 从而现实精度控制在±0.005mm的加工技术。

经过罗德斯机床的工程师和编程软件的工程师的共同努力下, 终于实现罗德斯机床的左补偿功能,可以现实自动检测刀具直径的误差值, 实现左补偿自动补正功能。因左补偿是以2D的方式进行的, 所以只对小于5°的陡峭面效果较好。数控加工刀具直径有误差, 要加工出超高精零件必须要半径左补偿, 但在NC里半径左补偿有很多限制, 不然很容易出错。

以下是左补偿使用规范:

(1) 限制只有等高策略 (不能用螺旋下刀) 才能使用半径左补偿。

(2) 只能用于顺铣加工。

(3) 只能用于纯直身和5°以下的斜顶 (不能有R角) 。

(4) 在NC里刀具补偿的半径选 “左” 。

(5) 所有用了左补偿的刀路, 都要把编程公差设为0.001mm。


7 结语

通过以上分析可以得知, 数控超精密加工过程中, 机床自身加工精度、 刀具切削力、 刀具摆动、 磨损量、 程序参数等因素都会对超精密加工最终结果产生一定影响。因此, 提升数控加工精度应该从多个角度入手, 通过选用合理控制方法, 根据加工需求与数控机床特点, 进行合理编程, 从系统上提升加工精确度。此外, 实际加工路线对于数控加工机床的加工效果也有着重要影响, 刀具进退以及具体加工方式如果不得当, 都会导致加工零件达不到预期超精密加工效果。本文提出的其中几点要素及解决方案, 希望能对同行有所帮助, 共同推进我国机加工行业健康发展。

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