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CNC坐标磨床提升精密模具制造品质 |
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作者：东江集团模具厂 吴乾春 来源：Ringer |
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为了更好、更有效地提高模具零件加工精度，提升精密模具制造品质，东江科技引进CNC坐标磨床，专业加工制造精密医疗用品模具、精密多型腔模具、精密叠层模具等精密模具。
坐标磨床是以消除材料的热处理变形为目的发展起来的高精密机床，采用超硬磨料磨具，应用高速、高效、高精度磨削新工艺，是现代精密加工、超精密加工最有效的关键设备。其特征是：坐标磨床二坐标工作台系统（精密坐标系+精密坐标测量系统）+高精度坐标磨削系统，对高硬度、淬硬钢等材料进行磨削。它可以磨削位置精度和尺寸精度很高的孔，以及各种精密轮廓形状。
CNC坐标磨削系统与一般磨床不同，特别是工件不转、磨削运动和圆周走刀运动由磨头的公转和自转完成，上下走刀运动由磨头套筒上下冲程运动完成。磨头是执行坐标磨床主运动——磨削运动的部件。磨头按驱动方式有高频电动磨头和空气透平磨头两种（如图1）。按砂轮轴线方向的不同，分为垂直和水平两种，一般都是垂直的，水平的称为横磨头。主要用来磨削键槽、方孔或具有内棱角和直沟槽之类的工件，也可以磨削零件的内外轮廓。
图1 高频电动磨头和空气透平磨头
CNC坐标磨床磨削加工的典型形状
CNC坐标磨床磨削加工的典型形状包括：
1、圆孔磨削（直孔、小孔、锥孔、盲孔等）；
2、平面磨削；
3、方孔磨削；
4、圆弧磨削；
5、槽的磨削；
6、球面磨削；
7、极坐标孔的磨削；
8、空间极坐标孔的磨削；
9、精密内外轮廓磨削。
在增加了磨锥机构、各种附件和数控技术后，坐标磨床的应用有了更大的进展，可以磨削工件的形状几乎没有限制，特别适用于加工形状特别复杂和精度很高的各类模具和各种精密机械零件。
东江科技目前使用的Hauser S45坐标磨床具有以下特点：
1、高速：电动磨削砂轮转速可达2500～90000RPM，气动磨削可达160000RPM。
2、高精度：最小进给量为0.0001mm,分辨率为0.00001mm, 定位精度全程0.002mm。
3、全闭环控制：采用GE/FANUC六轴（X、Y、Z、U、W、C）四联动全闭环数控系统。
4、具备多功能测量系统MSS、Auto-Size等。
5、采用超硬磨料磨具：如CBN砂轮等。
6、机床具高刚度、良好的抗震性、抗热稳定性。
关于机床的量具配套
东江科技采用世界顶尖级电子测量工具，其精确度读至小数点后三位数（取üm级）（如图2）。量块和针规也精确到祄级（如图3）。如此配套的高精密机床和量具可直接制造超精密的半导体成型模具，也为制造精密模具和超精密模具提供了强有力的保障。
图2 精确度读至小数点后三位数
图3 量具、塞规
加工工艺规范和维护使用方案
高精密的机床必须有严格的加工工艺规范及维护使用方案，为此，东江科技根据CNC坐标磨床的性能结合精密塑胶模具制作加工的特性，制定了《坐标磨床加工工艺规范》和《坐标磨床使用维护和程序编写》文件指引和规范加工，并指定专职的工艺工程师跟进相关技术细节和归纳总结经验。
CNC坐标磨床的磨削技术要领
CNC坐标磨床的磨削技术要领总结如下：
1、 磨削过程比其它切削加工过程复杂，磨粒的切削过程包括滑擦、耕犁、切削三种状态。砂轮磨削过程由火花切入、稳定磨削和去火花清磨三个阶段组成。
2、 磨削过程中的弹性变形和塑性变形较大，是其他切削加工法较少见的。它直接影响着加工工件的尺寸精度、粗糙度、磨削热、表面质量和磨削效率。使用中必须了解弹性区转变为塑性区和塑性区转变为切削区的临界条件。
3、 与一般的切削加工相比，一般切削加工中切向力比法向力大得多，而磨削中的特点是法向力约为切向力的2～4倍，磨削系统刚度对其影响很大。磨削力由切削力和摩擦力两部分组成。粗磨时，以切削力为主，精磨时则以摩擦力为主。
4、 磨削是一种耗能的加工方法，比其它加工方法大20倍。必须注意磨削热和增加温度的因素对加工的影响。
5、 精磨时要保证零件的尺寸、圆度和轮廓精度。
a) ：要使零件圆度提高，首先毛坯不能有过大的圆度和同轴度误差。
b) ：为了保证加工工件的最终尺寸精度和粗糙度，要注意磨削力的变化，新旧砂轮更换时会大大增加其不稳定性，为此，需要经常更换砂轮并减少砂轮磨削工件的数目。
c) ：凸轮轮廓等曲线形状磨削时，在凸轮凹凸处的砂轮工件接触区轨迹的变化，都会导致磨削力的变化，致使磨削产生不稳定，形成形状误差。在凸轮磨床上很难控制，而在坐标磨床上用插磨法和控制工作台成形运动的方法，便可以大大减少上述因素的影响，从而提高加工精度，这也是用坐标磨加工成形模具的优点之一。
CNC坐标磨床磨削加工工作原理
CNC坐标磨床磨削加工工作原理如下：
1、磨削一个孔时，砂轮的工作边将偏离行星主轴轴心线一个工件半径值，在磨削过程中砂轮除了本身的转动外，还必须绕行星主轴进行公转。同时，还要在磨削过程中扩大偏心量，进行微量进给，用这种方式来得到孔的精细控制。
2、平面磨削时，行星主轴一般是不转的，而工作台沿着X向或Y向移动来实现。而砂轮的进给仍用扩大偏心半径，进行微量进给。
3、在轮廓磨削中，CNC坐标磨床是采用点位控制式（也称定点磨削），即利用X、Y坐标的移动使行星主轴中心与工件上圆弧半径的圆心重合，并用行星主轴下端的偏心滑板来微量进给控制半径尺寸。连续轨迹数控坐标磨上，则用范成法进行磨削。
4、在锥孔磨削中，采用组合式径向进给与垂直走刀搭配加工。
CNC坐标磨床几种常用的磨削方式
坐标磨削的方式一般有三种：即径向进给式磨削、切入式磨削和插磨法磨削。
1、 径向进给磨削。这种方式的特点是利用砂轮的圆周面进行磨削，进给时每次砂轮沿着偏心半径的方向相对于工件作少量的移动。这是一种最常见的磨削方式，最容易掌握，因此应用最广泛。当采用陶瓷结合剂砂轮时，由于砂轮表面可以修得很平整，因此可以获得很高的尺寸精度和很低的粗糙度。这种方式的缺点是，由于砂轮受到较大的挤压力，每次进给量较小，发热量较大，要有较长的去火花清磨时间，适用于磨削各种内孔和外圆柱面。
2、 切入式磨削。这种磨削方式是利用砂轮的端面来进行，也称为端面磨削，进给时砂轮沿轴向进给。由于热量和切屑不易排出，磨削条件恶劣，为了改善磨削条件，砂轮的端面应修正成中凹的形状。在磨削时，也要特别小心，以免进给过大引起砂轮爆裂。如果没有绝对的必要（如磨削台肩面、球面、端面等），一般不采用这种方式。
3、 插磨法磨削。这种方式在磨轮快速上下移动的同时，围绕着被磨零件的轮廓进行磨削。它的特点是可以采用较大的切削深度而产生的热量较小，同时其对砂轮的跳动要求比较低，故特别适用于在利用喷镀砂轮来进行磨削轮廓的场合。在小孔磨削中，由于必须采用喷镀砂轮，因此采用这种方式往往可得到比径向进给式磨削来得低的粗糙度，但与经修正的陶瓷结合剂砂轮相比，这种方式的粗糙度要大一些。
东江科技应用案例
在掌握了坐标磨床的基本性能和功能后，东江科技生产部门在技术部门的协助和指导下，成功地制造出了一批批国际顶尖级的精密模具和超精密模具，并帮助ASM公司制造出孔径和孔距精度在0.002mm范围内的半导体超精密模板，如Rnner Strip、Cavity Strip、Cull Strip等。
图4 淬火处理后之A板磨削
图5 淬火处理后之B板磨削
图6 淬硬模胚定位落位槽磨削
图7 热咀定位孔磨削
图8 热咀封胶孔磨削
图9 超高尺寸精度和孔距精度之半导体模板磨削
(end)
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(8/20/2010) |
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