從加工刀紋中分析機(jī)床精度成因

■ 蘇州蘇福馬機(jī)械有限公司 （江蘇 215000） 單 軍 林 平

1.產(chǎn)品和機(jī)床

有著人造板機(jī)械行業(yè)技術(shù)“珠峰”美譽(yù)的連續(xù)壓機(jī)的最重要零件熱壓板，其韌硬材料耐熱合金鋼硬度要求400HB以上；具有7 000mm×2 650mm（長×寬）的大平面規(guī)格和橫向平面度0.015mm/全長一級(jí)平板、縱向平面度0.1mm/全長三級(jí)平板、厚度公差±0.03mm、表面粗糙度值Ra＝0.8μm以下的高精度要求。因此成為設(shè)計(jì)中的重中之重，工藝中的難中之難。如圖1所示。

圖1

加工重任落在了“精密、大型、數(shù)控”機(jī)床之一沈陽機(jī)床12m數(shù)控龍門銑床上，啟用二年的技改項(xiàng)目12m數(shù)控龍門銑床已過磨合期進(jìn)入最佳使用階段，其工藝范圍和精度指標(biāo)理論上似乎也比較適合此類熱壓板的加工，有著“大平面、高精度”平板特點(diǎn)的熱壓板是對(duì)機(jī)床精度的一次實(shí)例檢驗(yàn)，但即使在試切加工之初，問題就頻出，加工后的平面有正紋、網(wǎng)紋、反紋、接刀和橢圓內(nèi)凹等表面質(zhì)量差、平面度精度不合格等現(xiàn)象，所以課題攻關(guān)在所難免。

2.機(jī)床精度成因

12m數(shù)控龍門銑床精度由4根軸（即線軌X、橫梁Y、滑枕Z和主軸S）及互相間的幾何公差構(gòu)成。

（1）機(jī)床的XY平面由兩根直線導(dǎo)軌組成，由于可以采用高精度的水平儀和準(zhǔn)直儀并基礎(chǔ)可調(diào)，其XY平面的水平度和X軸的直線度是可調(diào)整項(xiàng)，依靠調(diào)整可以保證達(dá)到較高的精度，同時(shí)它也是其他平面和軸的基準(zhǔn)，最為重要。是熱壓板縱向平面度0.1mm的保證。

（2）機(jī)床的橫梁Y軸，一是要求與XY平面平行，由于橫梁自重下?lián)虾皖A(yù)留磨損，Y軸被設(shè)計(jì)成單波中高，所以這項(xiàng)精度是不可調(diào)整項(xiàng)，依靠Y軸的中高控制和立柱的等高加工保證平行，是熱壓板橫向平面度0.015mm和厚度±0.03mm的保證；二是與X軸的垂直，此項(xiàng)是可調(diào)整項(xiàng)，通過調(diào)整來保證精度。

（3）機(jī)床的滑枕Z軸，有著與XY平面雙向垂直的要求，即Z軸在XZ平面內(nèi)與XY平面的垂直度，此項(xiàng)為不可調(diào)整項(xiàng)，依靠加工保證精度，Z軸在YZ軸平面內(nèi)與XY平面的垂直度是可調(diào)整項(xiàng)，依靠調(diào)整來保證精度。

（4）機(jī)床的主軸S軸，也有著與Z軸雙向平行的要求，即S軸在XZ平面與Z軸平行，S軸在YZ平面內(nèi)與Z軸平行，此兩項(xiàng)為不可調(diào)整項(xiàng)，必須依靠加工保證。

從以上分析可出看出：①工件最容易實(shí)現(xiàn)精度的定位是XY平面和X軸，也是機(jī)床一切精度的基準(zhǔn)。②由于不可調(diào)整項(xiàng)依靠機(jī)床制造過程加工保證，所以機(jī)床是否高精度的重點(diǎn)是對(duì)不可調(diào)整項(xiàng)精度的過程檢測(cè)和鏟刮研修，杜絕最后插補(bǔ)修整的貓膩。③重點(diǎn)控制Y軸微量（＜0.02mm）中高單波型線。④在S軸和Z軸的調(diào)整次序上，單從大面加工和接刀來說，在調(diào)整與XY平面的雙向垂直度時(shí)以S軸為優(yōu)先。⑤充分依靠可調(diào)整項(xiàng)的可調(diào)整作用，通過檢測(cè)和觀察加工刀紋，補(bǔ)充提高機(jī)床精度。

3.從刀紋窺破機(jī)床精度

由于機(jī)床的高精度在時(shí)效中不知不覺失去，在熱壓板加工之初，在大平面形成了一些較為典型的刀紋和接刀亂象，通過觀察從中可以分析機(jī)床精度問題和成因。如圖2所示。

圖2

（1）正紋。由刀盤正傾引起，正紋加工的優(yōu)點(diǎn)是刀紋一致美觀、后不拖刀單次切削和刀具磨損少，缺點(diǎn)是由于刀盤傾斜，刀路中間形成橢圓內(nèi)凹。

（2）反紋。由刀盤負(fù)傾引起，反紋加工的缺點(diǎn)是后拖刀兩次切削、刀具磨損大，同樣由于刀盤傾斜，刀路中間形成橢圓內(nèi)凹。

（3）網(wǎng)紋。由刀盤傾角為0時(shí)引起，是真正的平面加工，但缺點(diǎn)是網(wǎng)紋較亂不美觀，也有拖刀磨損。

（4）接刀。在粗加工時(shí)可以是切削反彈、熱變形等因素引起，但在精加工時(shí)一定也有刀盤的傾斜原因，形成臺(tái)階型接刀，嚴(yán)重時(shí)破壞了平面度、表面粗糙度和美觀度。而刀盤傾斜實(shí)際上是由S軸與XY平面雙向垂直度引起，那么是哪些最終因素導(dǎo)致的呢？而如何只形成有利的正紋減磨、微接刀和小凹面，是我們觀察和分析刀紋后要推斷和解決提高機(jī)床精度問題的所在。

從圖2可以看出刀紋從正紋、網(wǎng)紋及反紋的變化，其實(shí)暗示出Y軸的爬高落低的曲折走向，在對(duì)Y軸的準(zhǔn)直測(cè)量中發(fā)現(xiàn)如圖的折線變化，Y軸直線誤差并不大于0.03mm，但其折線特征使刀盤傾斜卻是刀紋形成亂紋的原因，由于Y軸的直線度是不可調(diào)整項(xiàng)，必須通過機(jī)械修正，同時(shí)可微量加大刀盤在YZ平面內(nèi)的正傾角，保證全長形成的正刀紋。

從圖3我們可以看出接刀痕是臺(tái)階型，其實(shí)暗示由刀盤傾斜即S軸在XZ平面內(nèi)與XY平面不垂直引起的，在甩表測(cè)量中也證實(shí)了此項(xiàng)誤差的存在，而刀盤越大，臺(tái)階越大。因?yàn)榇隧?xiàng)精度也是死項(xiàng)，必須通過機(jī)械修正，由于無法全部消滅垂直度誤差，微量加大刀盤在YZ平面內(nèi)的正傾角，一是形成一個(gè)方向的正紋；二是形成相鄰兩內(nèi)凹橢圓，保證為微量相交型手感光滑的接刀，也可以看出，如果相鄰刀路重合越多，接刀高度就越小，在1/2重合時(shí)最小。

圖3

4.成果和結(jié)論

（1）一個(gè)合格的技師應(yīng)該熟悉和掌握機(jī)床精度的成因和各軸的精度高低順序，并能在加工刀紋和接刀痕中判斷出影響機(jī)床精度的因素所在，通過反饋維護(hù)機(jī)床至高精度狀態(tài)，作出適應(yīng)機(jī)床精度的定位和走刀方向選擇，提高產(chǎn)品加工質(zhì)量。

（2）在熱壓板大平面高精度加工的實(shí)例中，首先要檢測(cè)和控制Y軸直線度和曲線類型，保證其中高不大于0.02mm的單波弧線，保證主軸S在XZ平面內(nèi)與XY平面的垂直度在0.008mm之內(nèi)，并適當(dāng)調(diào)整主軸S在YZ平面內(nèi)與XY平面的垂直度，有意使其微量正傾，結(jié)合鎖定Z軸、Y軸向進(jìn)刀單向、相鄰刀路重合足夠大等措施，從而形成質(zhì)量較高的正紋和微量相交型平滑接刀痕的XY平面加工。

（3）裝上角銑頭，首先注意其雙向垂直也是不可調(diào)整項(xiàng)。然后同樣可以推理在XZ和YZ平面加工中機(jī)床精度與刀紋和接刀的關(guān)系，舉一反三，快速找到問題和提高產(chǎn)品質(zhì)量的方法。

（4）課題攻關(guān)的最終成果是通過刀紋分析，得到機(jī)床精度問題的確定和修復(fù)，從而使得熱壓板的平面加工順利達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

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