馮洪華,曾增權(quán),鄭啟貴
(珠海格力精密模具有限公司,廣東珠海 519070)
超精密加工體現(xiàn)了工業(yè)的實(shí)力,對(duì)于工業(yè)加工精度和穩(wěn)定性的研究一直是世界加工領(lǐng)域的難題。在這個(gè)問(wèn)題上,現(xiàn)階段的加工控制方式已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,但是在影響因素和評(píng)價(jià)方法上,依然有很多應(yīng)用需要改進(jìn)和完善[1]。
測(cè)試環(huán)境溫度對(duì)機(jī)床加工精度的影響,在同一時(shí)間內(nèi),從復(fù)測(cè)試定位精度,如圖1所示。
(1)現(xiàn)象分析:要實(shí)現(xiàn)精度要在±0.005mm的加工精度,加工環(huán)境必需控制在恒溫22℃。
圖1 定位精度測(cè)試
(2)解決方法:作以下操作,消除冷機(jī)與熱機(jī)時(shí)的精度誤差,如圖2所示。
注意事項(xiàng):①坐標(biāo)的建立在工作臺(tái)中間;②根據(jù)機(jī)床行程進(jìn)行更改XY的范圍。
圖2 消除冷熱機(jī)時(shí)精度誤差
經(jīng)測(cè)試,主軸在停機(jī)啟動(dòng)后預(yù)熱10s對(duì)刀后進(jìn)行加工,與預(yù)熱180s后進(jìn)行對(duì)刀進(jìn)行加工,分別要同一平面上進(jìn)行加工,檢測(cè)出預(yù)熱180s后進(jìn)行對(duì)刀加工的,兩臺(tái)階相差0.005mm 左右。當(dāng)預(yù)熱180s 后,再曾加預(yù)熱250s,加工出來(lái)的結(jié)果不變,在0.001mm的范圍內(nèi)。
現(xiàn)象分析:精加工前先預(yù)熱主軸,確保加工過(guò)程中不會(huì)因主軸因溫度變化,而導(dǎo)致到加工過(guò)程中Z方向的精度發(fā)生變化。
解決方法:采取圖3所示的方法進(jìn)行補(bǔ)正。
圖3 補(bǔ)正方法
注意:后處理出來(lái)的NC 程式默認(rèn)為10s,所以編程員需要在NC程式中手動(dòng)更改。
用探頭分中過(guò)數(shù)后,在四周加工基準(zhǔn),分別檢測(cè)各臺(tái)階的值,檢測(cè)實(shí)際加工與過(guò)數(shù)的誤差。
實(shí)際的加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn),分中加工四周,分別檢測(cè)四周臺(tái)階,如果過(guò)數(shù)與加工一致的,臺(tái)階的檢測(cè)數(shù)應(yīng)該是一樣的。但是,如圖4所示,臺(tái)階有誤差,分中過(guò)數(shù)的誤差達(dá)0.002~0.014mm。
圖4 臺(tái)階誤差
解決方法:測(cè)試臺(tái)階修正。對(duì)正和臺(tái)階的相對(duì)值,然后按相差值進(jìn)行補(bǔ)償:
(1)當(dāng)-0.05mm 余量加工出臺(tái)階后,利用機(jī)床的在機(jī)檢測(cè)功能,用光電探頭檢測(cè)四周分中的數(shù)值。
(2)再用千分表檢測(cè)四周臺(tái)階差的對(duì)稱程度。
(3)結(jié)合在機(jī)檢測(cè)與千分表測(cè)數(shù)來(lái)判斷本工序是否存過(guò)數(shù)誤差。當(dāng)發(fā)生偏中時(shí),把偏中數(shù)在機(jī)床上偏置回來(lái)后,再-0.10mm 加工基準(zhǔn)。加工完后,從新按上述方法進(jìn)行檢驗(yàn)。
(4)如果檢驗(yàn)結(jié)果還是偏位,繼續(xù)在原負(fù)量的基礎(chǔ)上,再-0.05mm加工,直至檢驗(yàn)合格為止。
校正探頭,在機(jī)檢測(cè)過(guò)程中探頭起到了關(guān)系性的作用,所以探頭精度必須控制,每一次從刀庫(kù)里取出來(lái)都需要檢測(cè)同心度,利用千分表進(jìn)行檢測(cè),同心度需要效正到0.002mm的范圍內(nèi)。
加工前先檢測(cè)探頭分中偏差:
(1)先用千分表校驗(yàn)探頭同軸度,精度要求在2μm 內(nèi)。
(2)再用探頭分中校正規(guī)外圓,得出圓心位置坐標(biāo)值(記錄此時(shí)探頭角度位置)。
(3)然后機(jī)頭歸圓心點(diǎn),用千分表手動(dòng)拉表外圓,觀察圓度跳動(dòng)。
(4)手動(dòng)調(diào)整機(jī)頭位置點(diǎn),校正圓度跳動(dòng)在3μm 內(nèi)。
(5)記錄誤差值,探頭分中后進(jìn)行坐標(biāo)值補(bǔ)償。
用6R0.5mm 的刀具加工平面時(shí),如圖5 所示,正常參數(shù)會(huì)產(chǎn)生振刀紋。試驗(yàn)更改參數(shù)后發(fā)現(xiàn),當(dāng)?shù)毒唛L(zhǎng)度大于4 倍,且余量少于0.04mm 加工時(shí),就會(huì)產(chǎn)生這和現(xiàn)象。
圖5 振刀紋
現(xiàn)象分析與解決方法:為了避免零件在加工過(guò)程中變形,使用6R0.5mm的刀具加工,刀具較小,剛性不足,所以將刀具長(zhǎng)度按制在4倍以下,盡可能裝短,并調(diào)整加工參數(shù)。效果如下:
(1)一方面,購(gòu)買(mǎi)的刀具存在一定加工誤差,所以當(dāng)加工精密零件時(shí),要求現(xiàn)場(chǎng)挑選和使用精度在±0.005mm公差范圍內(nèi)的刀具。
(2)另一方面,采用左補(bǔ)償?shù)姆椒ǎㄟ^(guò)機(jī)床的對(duì)刀儀進(jìn)行刀具的檢測(cè),測(cè)出來(lái)的誤差值,再通過(guò)機(jī)床的左補(bǔ)償功能,進(jìn)行對(duì)刀路軌跡的補(bǔ)正,從而現(xiàn)實(shí)對(duì)小于5°的陡峭面精度控制在±0.005mm的加工技術(shù)。
左補(bǔ)償?shù)墓δ苁切露鄼C(jī)床都具備的,指令是G43。但是,以往使用時(shí)只局限于人工手動(dòng)輸入相對(duì)應(yīng)的值進(jìn)行補(bǔ)償再進(jìn)行加工,使用不方便也不夠智能,所以在模具加工行業(yè)基本上不用。
所以提出在加工時(shí),進(jìn)行刀具直徑的檢測(cè)后,機(jī)床按照檢測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行與理論值進(jìn)行求差,得出誤差值自動(dòng)輸入到機(jī)床的相應(yīng)的IP地址,調(diào)用程序時(shí)自動(dòng)執(zhí)行左補(bǔ)償?shù)墓δ?,從而現(xiàn)實(shí)精度控制在±0.005mm的加工技術(shù)。
經(jīng)過(guò)羅德斯機(jī)床的工程師和編程軟件的工程師的共同努力下,終于實(shí)現(xiàn)羅德斯機(jī)床的左補(bǔ)償功能,可以現(xiàn)實(shí)自動(dòng)檢測(cè)刀具直徑的誤差值,實(shí)現(xiàn)左補(bǔ)償自動(dòng)補(bǔ)正功能。因左補(bǔ)償是以2D 的方式進(jìn)行的,所以只對(duì)小于5°的陡峭面效果較好。
數(shù)控加工刀具直徑有誤差,要加工出超高精零件必須要半徑左補(bǔ)償,但在NC 里半徑左補(bǔ)償有很多限制,不然很容易出錯(cuò)。
以下是左補(bǔ)償使用規(guī)范:
(1)限制只有等高策略(不能用螺旋下刀)才能使用半徑左補(bǔ)償。
(2)只能用于順銑加工。
(3)只能用于純直身和5°以下的斜頂(不能有R角)。
(4)在NC里刀具補(bǔ)償?shù)陌霃竭x“左”。
(5)所有用了左補(bǔ)償?shù)牡堵?,都要把編程公差設(shè)為0.001mm。
通過(guò)以上分析可以得知,數(shù)控超精密加工過(guò)程中,機(jī)床自身加工精度、刀具切削力、刀具擺動(dòng)、磨損量、程序參數(shù)等因素都會(huì)對(duì)超精密加工最終結(jié)果產(chǎn)生一定影響。因此,提升數(shù)控加工精度應(yīng)該從多個(gè)角度入手,通過(guò)選用合理控制方法,根據(jù)加工需求與數(shù)控機(jī)床特點(diǎn),進(jìn)行合理編程,從系統(tǒng)上提升加工精確度。此外,實(shí)際加工路線對(duì)于數(shù)控加工機(jī)床的加工效果也有著重要影響,刀具進(jìn)退以及具體加工方式如果不得當(dāng),都會(huì)導(dǎo)致加工零件達(dá)不到預(yù)期超精密加工效果。本文提出的其中幾點(diǎn)要素及解決方案,希望能對(duì)同行有所幫助,共同推進(jìn)我國(guó)機(jī)加工行業(yè)健康發(fā)展。