數(shù)控外圓磨床加工硬質(zhì)合金微鉆精磨方法探討

孫秋華

（深圳市金州精工科技股份有限公司，廣東 深圳 518116）

1 引言

微細鉆頭在印制電路板加工鉆孔領(lǐng)域越來越受到行業(yè)重視，特別是φ0.10 mm及以下直徑，發(fā)展前景巨大，但目前加工成品，通常精度低、生產(chǎn)效率低、成本居高不下，尤其是加工φ0.10 mm及以下直徑的精磨工序。精度低、生產(chǎn)效率低、成本居高不下等問題都抑制了微細鉆頭的發(fā)展空間，現(xiàn)在數(shù)控外圓磨床加工硬質(zhì)合金微細鉆頭精磨，通過工藝研究有效解決了上述難點。實現(xiàn)了大批量、高質(zhì)量、高效率的生產(chǎn)。

2 問題描述

典型0.10 mm微鉆精磨見圖1，微鉆精磨示意圖（以下設計的相關(guān)尺寸作為舉例說明），其特點：加工材料硬質(zhì)合金硬度高、尺寸精度高、外圓公差0.003 mm、長徑比大（通常超過了10倍）、圓柱0.1處長徑比為30、圓柱0.6處長徑比為20、圓柱1.0處長徑比為10、圓度要求高0.003 mm、直線度要求高0.003 mm，此精度要求在機械加工行業(yè)屬于領(lǐng)先水平。

一般工藝流程見圖2：（1）首先無心磨精磨φ3柄徑總長45、倒角；（2）外圓磨床上A部分粗磨、精磨；（3）外圓磨床上B部分粗磨、精磨；（4）外圓磨床上C部分粗磨、精磨。

圖1 φ0.10mm微鉆精磨示意圖

圖2 一般工藝流程圖

此過程有如下缺點：（1）ABC部分獨立加工，至少6次加工，流程長；（2）由于長徑比高，每個部分的直線度，由于砂輪影響，控制困難；（3）相互之間的同軸度控制困難；（4）每個部分的直徑公差，圓度控制困難。

3 主要工藝研究

3.1 數(shù)控外圓磨床的砂輪優(yōu)化

（1）X軸為粗磨砂輪軸（見圖4），V軸為精磨砂輪軸（見圖4）；

（2）分別裝有經(jīng)過靜平衡和動平衡的粗、精磨砂輪；

（3）粗磨選用金剛石金屬結(jié)合劑砂輪SD100以上，主要目的將加工件粗磨至規(guī)定的尺寸，并留有精磨余量，所以選擇金剛石砂輪，同時選擇粒度較粗，滿足高磨削力，金屬結(jié)合劑的耐磨損程度好，可保證砂輪的不易變形，延長粗磨砂輪的使用壽命，保持精磨余量的穩(wěn)定性；

（4）精磨選用金剛石金屬樹脂結(jié)合劑砂輪SD10以下，主要目的將粗磨留的余量精磨掉，保證加工件的直徑精度、圓度、穩(wěn)定性，所以粒度較細。

（5）粗磨砂輪軸軸線安裝在與工件水平呈80°夾角上（見圖4），同時砂輪修整見圖3。

圖3 粗磨、精磨砂輪示意圖

（6）粗磨砂輪（寬度不超過2 mm）角度： 100砂輪面與粗磨砂輪軸安裝角組合成與加工件成90°垂直，形成主磨削過程；-80°（寬度不超過1 mm）砂輪面與粗磨砂輪軸安裝角組合成與加工件成0°水平，形成軸向光刀支撐。

（7）精磨砂輪（寬度不超過2 mm）角度：45°砂輪面為避免干涉；-90°砂輪面與精磨砂輪軸安裝角組合成與加工件成90°垂直，形成主磨削過程；0°（寬度不超過1 mm）形成軸向光刀支撐。

3.2 數(shù)控外圓磨床的程序優(yōu)化

現(xiàn)工藝主要部分流程見圖4、圖5：

圖4 加工過程開始圖

圖5 加工過程圖

（1）首先無心磨精磨φ3柄徑總長45、倒角；

（2）外圓磨床Y軸（長度進給）X軸（粗磨）V軸（精磨）聯(lián)動；

（3）在棒料最前端，用V型塊做向上支撐，用高硬度、高圓度滾輪向下壓緊，保證在加工部件的每段加工位靠近V型塊支撐；

（4）通過控制X軸V軸到達加工件的中心的垂直位移（1/2直徑）確定直徑，同時控制X軸到中心的位移比V軸到中心的位移大0.01 mm，此為粗磨留給精磨的余量；

（5）同時控制X軸V軸在Y軸方向的位移0.5 mm，使得粗磨精磨互為支撐；

（6）當加工φ0.1直徑時X軸V軸到位后，Y軸均勻進給長度3 mm，然后X軸V軸同時退位到φ0.6直徑，Y軸均勻進給長度12 mm，然后X軸V軸同時退位到φ1.0直徑，Y軸均勻進給長度10 mm，退位到安全位置。

3.3 數(shù)控外圓磨床的速度優(yōu)化

雖然從外圓磨的程序控制工藝改善，砂輪的工藝改善，速度匹配也是非常重要的，為了保證直線度、圓度、直徑穩(wěn)定性，對于三大主要因素的速度控制，對以上的性能指標產(chǎn)生積極的影響，所以需要完成速度的詳盡實驗數(shù)據(jù)，三大主要因素的速度控制都采取變頻器控制速度，在各個速度區(qū)間做相關(guān)性分析。

運用6σ工具DOE實驗分析，運用3因子（主軸轉(zhuǎn)速、粗磨轉(zhuǎn)速、精磨轉(zhuǎn)速）2水平實驗驗證，數(shù)據(jù)見表1。

表2 主要效應分布表

表1 3因子2水平矩陣表

通過實驗：得出效應柏拉圖見圖6：

圖6 標準化效應圖

通過實驗：得出主要效應分布見表2：

最終在反復實驗驗證的基礎(chǔ)上，得出如下結(jié)論：精磨轉(zhuǎn)速對工件的影響因子最為明顯，其次為粗磨轉(zhuǎn)速，精磨與粗磨對結(jié)果又交互影響。優(yōu)化后：

（1）主軸（夾持工件）最佳轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分～2500轉(zhuǎn)/分。

（2）粗磨最佳轉(zhuǎn)速為4500轉(zhuǎn)/分～5000轉(zhuǎn)/分。

（3）精磨最佳轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/分～5500轉(zhuǎn)/分。

4 結(jié)論

通過對金剛石砂輪的優(yōu)化、對數(shù)控外圓磨床的程序優(yōu)化、對數(shù)控外圓磨床各相關(guān)速度的優(yōu)化。比較成功了解決了長徑比大、小直徑0.10 mm及以下直徑的微鉆精磨問題，提高了精磨的圓度、直線度，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。為后續(xù)的開槽和磨尖工序及保證微鉆的使用性能打下堅實的基礎(chǔ)。

[1]王成勇等.印制電路板超細微孔鉆削加工及其關(guān)鍵技術(shù)[J].工具技術(shù), 2010,44(3):3-10.