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金屬加工微信往期發(fā)布過資深金粉華斌的文章《斷絲錐36條原因、8個處理方式、6個浪費(fèi),，太有價值了！趕緊收藏,！》,，探討了絲錐和應(yīng)用過程中的因素對斷絲錐的影響與針對性分析和改善方式，并對切削液中雜質(zhì)與斷絲錐的影響機(jī)理和改善方式進(jìn)行了闡述,。應(yīng)廣大金粉們的要求,，再次邀請作者華斌為我們深入介紹有關(guān)設(shè)備與零件系統(tǒng)對斷絲錐的影響。 0 k3 |. s$ }" M1 A1 Y5 j i( p' x& U
看了以前別人關(guān)于斷絲錐的論述,，都是關(guān)于選型,、絲錐材料、絲錐質(zhì)量,，甚至有類似拋向天空五米后自由落體法測試刀具的杯具式方法,，很是反感，都什么年代了,，還在憑個人感觀判決刀具,。故有此文。 / |: e7 X; K! r6 d2 h: r! c
本文針對設(shè)備和零件系統(tǒng)對斷絲錐問題的影響以及各類攻絲刀柄的應(yīng)用分析,，包括設(shè)備方面的原因和夾具,、工件系統(tǒng)的位移和變形造成斷絲錐的問題。希望能通過此文,，提高大家對系統(tǒng)問題對加工作業(yè)的影響,，起到觸類旁通作用，增加對整個夾具,、零件,、設(shè)備系統(tǒng)的細(xì)節(jié)認(rèn)識，提高加工的穩(wěn)定性,，降低單件成本,，提高加工效率。 7 y) X) P5 `4 L& f: C# N
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$ ] Y! Y5 J: ^1 G5 c6 Q$ @1 剛性刀柄安裝絲錐加工螺紋的設(shè)備需求
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加工中心在加工螺紋孔的時候牽涉到主軸和Z軸之間的匹配問題,，一般的攻螺紋功能,，主軸的轉(zhuǎn)速和Z 軸的進(jìn)給是獨(dú)立控制，因此實(shí)際的同步精度還是會有差異：當(dāng)每轉(zhuǎn)進(jìn)給與理論值發(fā)生偏差,，就是同步精度誤差,，誤差越大,，產(chǎn)生的軸向分力就越大，對產(chǎn)品精度而言,，可能會造成中徑值的偏差,；這對剛性攻絲的絲錐而言，幾乎就是折斷絲錐的前奏,。 ( `) Z; R7 }# Q) ~; D8 h3 e B& w
２ 設(shè)備同步功能的意義與檢測調(diào)整頻次 / R, S# c7 u! f. H2 d* V: l, W# c+ h
1 H. n H/ z0 H9 I; Q' Y' ^8 u1 T 在CNC設(shè)備上用絲錐進(jìn)行剛性模式加工螺紋，理論上是可行的,，但實(shí)際上的控制系統(tǒng)的誤差是引起故障的重要原因,。
, ]) j- n& K$ ?/ s/ S# i4 d' b% u 包括： 1、設(shè)備系統(tǒng)的因素：設(shè)定的設(shè)備速度,，軸向精度（垂直度,、旋轉(zhuǎn)軸、C軸）,，設(shè)備的機(jī)械系統(tǒng)條件狀況,； 2、螺紋刀具的因素：刀具相關(guān)的螺距公差,，螺紋刀具加工深度的變化,，也會加劇該誤差帶來的軸向力變化。
$ b) e; {% k3 R, R 并且即使經(jīng)過專業(yè)人員的精心調(diào)試,，隨著設(shè)備的使用磨耗和系統(tǒng)一樣會產(chǎn)生誤差,，為更好的消除同步誤差，每半年進(jìn)行調(diào)整一次可以更好的穩(wěn)定加工,，了解設(shè)備同步誤差變化,，根據(jù)變化周期規(guī)律制定設(shè)備維護(hù)計劃，從而消除絲錐斷裂問題的基礎(chǔ)變化點(diǎn),。
1 _6 [6 T& Y) Y# M. d３ （微量浮動）同步刀柄的使用條件與效果 3 m8 J+ [1 w& v: B! \- L) ?; Q
/ T. [/ c3 @( @4 ?( e 在現(xiàn)在CNC設(shè)備上大量使用的格局下,，多數(shù)設(shè)備都會擁有相對較好的工作精度，但設(shè)備,、夾具系統(tǒng)畢竟會有微量的變形,，造成剛性刀柄不能適合工況，要用微量浮動刀柄,；正常情況下,，同步刀柄加工螺紋會比剛性攻絲時：1、（在微量調(diào)整的范圍內(nèi)時）可以大幅降低機(jī)床負(fù)載至普通攻絲刀柄的 1/10,；2,、保持機(jī)床主軸的精度和壽命（特別是大螺紋加工設(shè)備）；3,、提高螺紋加工的質(zhì)量,，可以使用很高的加工參數(shù),，加工效率較高。
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微量浮動刀柄 ４ 浮動刀柄的應(yīng)用范圍
& L+ c9 P. f k2 C 浮動刀柄,，一般有分為兩種結(jié)構(gòu)：1,、軸向浮動刀柄：根據(jù)加工范圍，軸向浮動范圍從壓縮5~16.5mm,，拉伸從7~23.5mm,。對一些浮動刀柄的檢測，能夠產(chǎn)生0.1°以上的角向浮動,。2,、徑向浮動刀柄：這是一種通常用于多軸機(jī)床和自動傳輸線的刀柄；根據(jù)加工直徑范圍的不同,，有分為徑向浮動值從0.08~1.4~2.5mm,。但這種刀柄沒有軸向浮動功能。浮動刀柄高速時會有震動問題,，不能使用高的加工參數(shù),；浮動刀柄壓縮量，會制約螺紋加工的深度精度的穩(wěn)定性,，對高精度孔深的螺紋要慎重考慮使用,。
5 m& x; f9 x" e 適用的條件有5種：1、主軸回轉(zhuǎn)精度良好,，但Z軸移動有微量的偏差,；2、Z軸移動精度良好,，但主軸回轉(zhuǎn)精度有誤差,；3、主軸回轉(zhuǎn)和Z軸移動同步功能都有誤差,；4,、工件-夾具系統(tǒng)在加工中有微量的變化偏差（包括①、旋轉(zhuǎn)又分為工件的旋轉(zhuǎn)和四軸的旋轉(zhuǎn)精度,；②,、工件的X、Y軸少量松動,；③,、工件彈性變形）；5,、以上問題的綜合,。 1 l; q- N) D8 ^7 j- e# t ^% O$ h
工件的彈性變形，很多工件的彈性變形，只有在加工時才能檢測到,，當(dāng)加工完成,，單純用平面測量法并不能檢測到，必須在加工后用杠桿表檢測底孔內(nèi)壁的直線度,，才能發(fā)現(xiàn)“微量”的誤差,而這種誤差并不是微量浮動刀柄的性能一定能夠覆蓋,。由此可見，第五種的情況是最復(fù)雜,，也是較為隱蔽的問題根源,。
! \3 K I! u5 _/ y% B6 M7 G 浮動刀柄不能直接安裝絲錐，而是要安裝一個夾頭,夾頭有分為可調(diào)扭矩夾頭和無調(diào)整夾頭,。 ５ 定（可調(diào)）扭矩夾頭配合浮動刀柄的應(yīng)用與注意事項 8 Q# ]: ]+ p) T) ]7 o5 F2 ]
7 w; Z1 w" B+ U' [- g 快換夾頭中增加了一個定扭矩的結(jié)構(gòu),，成為定扭矩夾頭。如安裝的是無調(diào)節(jié)的快換夾頭,，則無扭矩保護(hù)功能，只發(fā)揮刀柄的功能和快換功能,。
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使用可調(diào)扭矩夾頭時,，當(dāng)扭矩過大，主軸和刀柄旋轉(zhuǎn),，而夾頭與絲錐連接的部分和絲錐不旋轉(zhuǎn),，防止過大的扭矩折斷絲錐；主軸的軸向移動用浮動刀柄的浮動量消除,。各品牌可調(diào)扭矩夾頭調(diào)整裝置基本類似,，但調(diào)整后都要進(jìn)行檢測，確保與加工環(huán)境條件匹配,，否則會出現(xiàn)斷絲錐或批量螺紋深度不夠的情況,。因里面有摩擦機(jī)構(gòu)，此類夾頭建議備用一個,。
) K ?7 Q: c3 Z' ~( {0 V1 C: \" K0 @ 通常在此情況下,，同步攻絲或浮動攻絲系統(tǒng)的絲錐壽命在系統(tǒng)剛性不良時要比直接使用剛性攻絲的長。 ６ 數(shù)據(jù)分析和實(shí)踐案例 6 u0 a/ `$ U! K3 i# v9 _$ t
0 t$ |! E) ~; D3 a$ k 可假設(shè)一個工況幫助分析,。
1 L. P) T& L; `7 C2 f- W) H) d 如圖擬設(shè)的零件所示：零件的定位軸是直徑φ50,，定位銷分度圓是φ75，定位銷直徑是φ13,；僅僅是在定位銷磨損0.06mm的情況下,，在100長度上加工兩端的螺紋孔，螺紋底孔軸線可能最大會有±0.05°的誤差,，折合每個孔會有0.026mm的誤差,； 3 k& _4 A0 n! ]" u' R" L
, Q& x4 V3 R: o" }5 x 圖示：當(dāng)一面兩銷裝夾時，當(dāng)夾緊力不足或是加工時工件彈性變形，在分度圓直徑75mm的φ13定位銷小了0.06mm的情況下,，平面下沉位移0.1mm,，距離軸心100mm位置的孔的最大偏移角度為0.05° . T% e, l# |3 E" \% v6 t
從圖示的模擬效果中，可以發(fā)現(xiàn)在裝夾系統(tǒng)不穩(wěn)定的時候,，微量刀柄不足以消除誤差而失去應(yīng)有的效果,，導(dǎo)致斷絲錐。 : X% X6 {, c i# s/ e2 e
因此在決定是否投入使用微量浮動刀柄的時候還是要進(jìn)行檢測和驗(yàn)證,；或是在設(shè)計零件,、工裝的時候?qū)α慵A具必須考慮如何保證必要的剛性能力,。
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用該模型來理解工件系統(tǒng)微量變化對斷絲錐的貢獻(xiàn)值,。根據(jù)EMUGE公司的研究，在絲錐指定位置和機(jī)床主軸實(shí)際位置之間超過17μｍ,將會導(dǎo)致一個約為2800N的軸向力,；按此分析,，在此模型中工件偏轉(zhuǎn)一個角度后，產(chǎn)生的26μｍ誤差,，M10絲錐將會施加一個大于2800N的軸向力,，這時絲錐折斷的概率會增加很多；壓緊不可靠會加劇這種現(xiàn)象,。當(dāng)然,，前面說設(shè)備會有軸向進(jìn)給誤差，加上絲錐加工的阻力,，會將工件壓向鉆孔的狀態(tài),，也會有將工件拉出的傾向。當(dāng)加工一個大的螺紋底孔時,，軸向力并不是很小,，單純進(jìn)給切削力至少也會有400N，加上當(dāng)同步精度不夠造成的動輒2800N以上的軸向力,，還是足以克服壓緊工件的力量,，而造成絲錐折斷。 ' F- d& N m* [& I
對此,，可以用一個最簡單的方式驗(yàn)證：打表在工件垂直方向,，記錄表針位置，并輕輕抬起表針,，另一人用一磅的小榔頭,，輕輕敲擊工件可能的旋轉(zhuǎn)方向，放下表針,，觀察表針的相對移動位置,，就是工件可能的移動范圍，并計算對孔系的角度偏差，即可對選用刀柄類型做到心中有數(shù),。定位銷的磨損是很正常的現(xiàn)象,，因此適當(dāng)改善定位銷的磨耗更換標(biāo)準(zhǔn)，將可能的工件偏轉(zhuǎn)角度控制好,，也能改善斷絲錐的現(xiàn)象,。為此我設(shè)計了一種無間隙定位銷，可將定位銷與工件的實(shí)際間隙為零間隙,，重復(fù)定位精度為0.02mm以內(nèi),。 l5 A/ h9 ~5 K% L& M# \& b8 x6 M# k
其實(shí)還有很多影響的因素未在圖中繪制出來，包括1,、定位套與定位桿之間的間隙,，該間隙將會放大上圖中的角度誤差；2,、細(xì)長工件（準(zhǔn)確的說應(yīng)該是剛性差的工件）,，在加工中的上下偏擺，是動態(tài)變化的,，實(shí)際誤差可能比加工后檢測的偏差大的多,。3、設(shè)備X,、Y向絲杠的間隙，因?yàn)楹芏嗲闆r下會有設(shè)置的間隙補(bǔ)償,，實(shí)際加工中會有間隙范圍的移動,，導(dǎo)致實(shí)際不同軸，并且這種間隙用單純的打表法,，基本是檢測不出來的,；4、主軸在導(dǎo)軌上的X,、Y方向的偏擺,，主軸也是要移動的，要移動就要有間隙,，當(dāng)接觸面磨損后,，這個間隙量產(chǎn)生的偏差，對小絲錐加工也是不可忽視的嚴(yán)重缺陷,。 % }7 l3 n! J6 J; f. @8 T! M
在對一個剛性攻絲斷絲錐問題的案例中,，查找原因頗費(fèi)周折，設(shè)備系統(tǒng)和零件的剛性問題都排查過,，一直都沒有找到原因,；后來注意到斷絲錐總有一個切削刃的切屑堵塞嚴(yán)重，如下圖所示；繼續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)孔加工工序前的過中心平面锪刀加工后留有一個凸尖,，后續(xù)細(xì)長桿刀柄安裝（零件干涉無法更改結(jié)構(gòu)）的鉆頭加工螺紋底孔將這個凸尖切除了,，無法直觀檢視。而由此凸尖與鉆尖先接觸,，造成鉆孔后孔軸線偏移,，孔軸線偏移（直線度差）的結(jié)果是絲錐切削阻力劇增，頻繁無規(guī)律斷絲錐,，因?yàn)橥辜獾男螤詈透叨纫彩遣灰?guī)則的,；根據(jù)這個問題，改善方式是更換新的能保證中心無凸尖的锪刀,，消除了鉆孔前的凸尖后,，斷絲錐現(xiàn)象減少了70%，檢測計算后確認(rèn)工件的偏移量較小,，可改進(jìn)夾緊可靠性及更換微量浮動攻絲刀柄繼續(xù)改善斷絲錐問題,。 ' r; X% F5 h1 r& Q
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圖示：絲錐在出口處折斷、卡死停機(jī) . {8 l1 t2 I9 W. X: u7 L: \
! R, r* a3 Y$ V圖示：鉆孔前的锪平面留有凸尖 ( g7 E0 x6 c U# v" X
７ 結(jié)語 0 U0 Z3 s$ h; g" t o$ O* }) y
綜上所述：剛性攻絲的刀具夾持系統(tǒng)通常比同步攻絲的刀具夾持系統(tǒng)價格低一些,，同步刀柄加工的螺紋精度在高速加工時比浮動攻絲好,，螺紋長度的控制也更為精確。浮動刀柄的種類多,，可轉(zhuǎn)接扭矩保護(hù)的夾頭,，對設(shè)備和夾具的要求低，浮動范圍也比較大,，但一般不能高速加工,，在專機(jī)和低精度的夾具和設(shè)備上應(yīng)用廣泛。對高精度的重要零件可用無線發(fā)射技術(shù)報警監(jiān)控的刀柄系統(tǒng),。
" ?; S8 Q' F* ] 本文結(jié)合上次寫的《斷絲錐36條原因,、8個處理方式、6個浪費(fèi),，太有價值了,！趕緊收藏！》,，可以看出：我們在解決斷絲錐問題,，必須綜合考量，逐個排查,，具體分析,，依次改善，根據(jù)條件,，利用資源,。列舉的斷絲錐問題原因包羅萬象,，但在現(xiàn)場我們可以做到有跡可循，有理可依,，處理方式萬變不離其中,。
+ x* \% D- [( M1 n7 {/ p 在撰寫本文的過程中感觸頗多，許多小問題很容易被忽略,，但后果都是絲錐的損壞或是工件的報廢,，加工成本的升高，加工效率的損失,；希望通過本文的分析能為大家減少斷絲錐提供綿薄之力,。
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發(fā)表于 2016-10-1 23:00:45
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