車床加工產生暗影的原因和應對的解決方案

文章來源：http://www.30807.cn 發布時間：2024-10-30 瀏覽次數：13

　　數控車床加工的零部件產品能夠適應很多領域的加工需求，對于一些對接觸面有著較高電氣型要求的零部件產品，比如航空插頭的插針，表面高光車削后還需要進行電鍍2μm鋁底或銅底，然后在鍍鎳底6～8μm，最后鍍銀至少需要5μm的電鍍處理。電鍍之后，工件表面能夠看到寬度不規則明暗想用的紋路，很多客戶形象的稱之其為“暗影現象”，由于暗影對加工精度沒有直接造成影響，所以，很多廠家都沒有引起重視，現在，為了提升高光車削的加工效果，滿足用戶工件電鍍之后的外觀以及電氣性能的要求，這個問題迫在眉睫。

　　鄭州機械加工廠家（鄭州市多普精密模具有限公司）是一家專業致力于高精密數控車床對外加工的實力廠家，同時也是深圳地區擁有汽車零部件加工資質的高新技術企業，今天，我們針對配置套筒式主軸的精密數控車床進行實驗，確保被實驗機床各項精度復合國內數控機床精度檢驗標準并且能夠正常運行，通過對車削加工過程中產生的暗影現象進行分析，來找出暗影產生的原因和應對方案，一起來看看吧。

　　1.暗影的的含義

　　車削加工中刀紋是車削后的加工表面上余留的加工痕跡組成的宏觀形貌[1]。在高光車削中，工件材質主要為紫銅和鋁，常用刀尖圓角半徑為0.4mm的金剛石刀片。車削后工件外圓表面粗糙度均可達到Ra0.8μm以內（見圖1），裸眼觀察外觀光滑明亮。

　　圖1工件外觀及粗糙度值

　　工件是否存在暗影現象無法通用直接觀察或用粗糙度值衡量，用高倍放大鏡觀察外表面，能夠看到其條狀紋理，很像是粗車刀紋，無暗影工件明暗條紋寬度基本均勻一致（見圖2），有暗影工件能夠觀察到寬度不規則的明暗條紋，暗影處條紋較寬（見圖3）。

　　使用三維輪廓儀檢測工件外表面可以發現暗影在微觀上是由于車刀紋的凸峰和凹谷寬窄不均及波峰波谷值浮動較大，主要表現在凹谷比較寬而產生暗影現象（見圖4、圖5）。

　　2.暗影是如何產生的
　　（1）數控車床切削加工實驗在同一工件的不同位置，使用相同的車削參數：轉速3500r/min，切削深度0.1mm，進給量0.06mm/r進行加工，大部分暗影都具有可重復性（見圖6），說明暗影與X軸、Z軸運動位置無關。

　　轉速和切屑深度不變，只改變進給量進行車削，把暗影圖片按進給量比例關系縮放，大部分暗影均可重合（見圖7），說明暗影發生的位置與進給量關聯性不大，說明可能與轉速有關。

　　只改變切屑深度，其它車削加工參數不變，分別選取Ap=0.06mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm進行車削，暗影只有條紋顏色深淺的區別，大部分暗影都能夠重合，這說明暗影發生與切屑深度無關。

　　（2）切削力測試使用B&K公司7700Pulse數據采集分析系統對出現暗影機床的切削力進行分析診斷。按照車削參數：轉速240～4000r/min區間，間隔100r/min，切削深度0.1mm，進給量分別為0.05mm/r、0.1mm/r、0.15mm/r進行測試。

　　隨著主軸轉速的增加，在其他參數不變時，工件去除率逐漸增大，載荷也應該增大，但實測切削力除了進給量為0.05mm/r時小幅增大以外，其余都是在轉速升高時略有減小（見圖8），說明在高轉速車削時存在讓刀、跳動，導致切削量不足，從而切削力沒有按照正常趨勢發展。

　　從每一個切削參數對應的切削力信號也能發現，切削信號在穩定切削力基礎上有類似正弦信號疊加，說明存在動態車削力，并且從信號波形可發現疊加信號不單純為一個（見圖9）。切削力的頻譜包含眾多頻率，主要是轉速的倍頻，說明引起信號波動的原因跟轉速有關，可斷定為主軸系統回轉缺陷引起的。因此，暗影問題可認為是主軸系統回轉故障。

　　當轉速為1200r/min時選取不同進給量的切削力信號均表現的較為穩定，可見即便是加工質量相對良好的切削狀態下，切削信號也包含與轉速有關的頻率成分（見圖10），從而也可以驗證進給量和切削深度兩個參數不是產生暗影現象的原因。

　　轉速1700～2300r/min區間振動幾乎可以忽略不計，能檢測到轉頻，但不明顯，對切削力信號的干擾也不顯著（見圖11）。圖12和圖13為較高轉速區間的信號，可見隨著轉速提高，切削力頻譜幅值顯著增大，說明暗影不是因為高轉速精加工時才會出現，而是與主軸系統本身有關，始終存在，只是在高轉速切削時能量較大，更能激發出明顯的暗影現象。

　　（3）主軸動態回轉誤差測試由上述實驗和分析可知，暗影現象的出現主要是由于主軸的動態回轉缺陷造成的，因此設計如圖14所示的實驗對主軸動態回轉誤差進行測試，找出主軸動態回轉誤差與暗影的關系。由于車床主軸的動態特性需在高速旋轉狀態下進行測量，所以適宜采用高精度非接觸式的測量儀器，故選用激光位移傳感器進行測量。

　　激光位移傳感器可精確非接觸測量主軸的位置、位移等變化，表征主軸表面的動態跳動特征，能完整的表示出主軸每一轉的特點（見圖15）。通過測量結果可發現位移波峰值變化頻率與暗影出現頻率較為一致，激光位移傳感器的信號特征和暗影的產生及程度成正相關。當主軸動態回轉誤差值為1～2μm時，無暗影現象產生。

　　3.總結

　　綜上所述，主軸的動態回轉誤差是產生暗影現象的主要原因。暗影是由刀尖和工件在工件徑向方向上的微位移產生的，因此，暗影可定義為在車削過程中，因刀具系統相對主軸系統的動態位移所造成的刀具偏離工件，從而在加工表面形成異常的加工紋理。當主軸動態回轉誤差值小于2μm時無暗影現象產生。

        鄭州機械加工廠家（鄭州市多普精密模具有限公司）擁有十八年對外數控車床加工經驗，我公司裝配的數控車床主要包含走心式數控車床和走刀式數控車床，其中，走心式數控車床為日本進口品牌津上、野村、star，具備了一次性裝夾完成車、銑、鉆、攻、鑼、鏜等加工工藝，這在軸類精密零件加工方面優勢顯著。走刀式數控車床中有來自韓國進口斗山機床，實現了大直徑零件的精密車銑復合加工功能，采用多種機床搭配的形式，為用戶提供更加優質的服務。