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精密机床为什么要铲花「刮研削」工艺?(1)

 机械公社 2019-11-18

铲花「刮研削」工艺优越性

  首先要分清铲刮(scraping)和研磨(lapping)的区别:铲刮是修正较软金属精度的最有效方法,研磨对付较硬金属更有效。


    其次要谈机床导轨的区别:美国Moore坐标磨的导轨是用镶钢导轨,瑞士Hauser是用铸铁导轨。镶钢导轨洛氏硬度在60°以上,靠铲刮是刮不动的,只好用研磨,而不是任何坐标磨的导轨几何精度都是研磨出来的!

再则Moore的坐标磨镶钢导轨是装在铸件上的,如果没有铸件与钢导轨的接触精度,任你什么几何精度都做不出来的,导轨走起来像蚯蚓在爬行!把Moore的镶钢导轨拿下来,就可以看到铸件的铲刮面有多精密!!!

再看看Moore的立柱导轨,母导轨是铸铁的,上下直线度全靠它保证,怎么研磨?铲刮干吗?研磨只是对特定的导轨及特定的导轨材料而做的铲刮无法达到的微修正(这里说“微修正”!是它的加工效率极低)。


   最后说说动Moore的X-Y动导轨,都是铸铁,满满的铲刮印。是研磨后为了储油?看仔细了,都是手工铲刮然后排花的。;手动机床导轨上铲刮是在导轨几何精度出来后再加上去的,为了更好的储油减少摩擦.

铲花,又被称为刮铲、刮研,国外称「刮研削」是一门从两百年前工业革命流传下来、机器无法取代的金属加工手艺。是利用刮刀、基准表面、测量工具和显示剂,以手工操作的方式,边研点边测量,边刮研加工,使工件达到工艺上规定的尺寸、几何形状、表面粗糙度和密合性等要求的一项精加工工序。刮研是利用刮刀、基准表面、测量工具和显示剂,以手工操作的方式,边研点边测量,边刮研加工,使工件达到工艺上规定的尺寸、几何形状、表面粗糙度和密合性等要求的一项精加工工序。

铲刮是不能用机器替代的精密机床和检具都需要铲刮、消除机床应力、增加机床稳定性,减小机床机械运动噪音、使导轨由面接触变为点接触,使导轨润滑均匀、减小摩擦及磨损。

铲刮就是修正航向误差;铲刮就是指定误差的方向(比如允许凹不准凸等)。精密机床都是微米级的,即便是用了误差均化的设计,但它的导轨也必须是微米级的。

若大的一块铸铁疙瘩,你机加工能保证微米?这里只是讲一条导轨的精度,与储油排花和装饰排花有何关系?还没谈机床的角度关系呢!那靠机加工更无法保证!; B  

它是精密工具机能有基本准确度的起点,铲花排除了我们对其他机器的依赖,也可以消除由夹持力(装配误差)和热能(温度误差)所造成的偏差铲刮是冷加工不会改变铸铁表层结构,不会对被加工铸铁施加多大的力,不会使铸铁形变,从而铸铁不会产生应力(铸铁冶炼制造过程中和机床自身重量等所产生的应力除外),所以得来的精度更持久。但坐标磨的导轨几何精度的保证不是通过铲刮得来的,有铲刮的工序,但最终是通过治具的研磨得来的。

机械好坏关键在可靠度,可靠度关键在精度,精度关键就在铲花。铲花之所以能以手工赢过机器精密度,关键就在没有夹持力和热变形问题。


铲花是机械两个移动贴合面铲直、铲平、铲均匀,数控轨道滑动时铲花构成的点线面帮助机械精准移动,也让润滑油发挥中介功能,避免提早磨耗,降低机械寿命,就像高度一样的十个人撑着门板可平均分摊重量,如果有人蹲下来没承受力量,其他人因重量集中比较累……


如果一位制造者决定用磨床来研磨而不用铲花,他的“母机”磨床的导轨的精确度必须要高于新做的磨床。那么,第一部机器的精确度来自哪里呢?

必然是来自一部更精确的机器,或者要依赖一个能产生真正平整表面的其它方法,也或许就是从一个已经做得很好的平整表面复制而来。

理论上,一个完美平整的表面可以由三个表面的交替磨擦(抹磨Lapping而产生。为了简单起见,我们姑且用三块各有一个相当平坦面的岩石加以说明。如果你以随机的顺序交替磨擦这三个平面,你会把这三个平面磨得越来越平整。如果你只用两块岩石磨擦,你就会得到一个一凹一凸的交配对。在实务上,除了会使用铲花取代(抹磨Lapping之外,也会遵循一个明确的配对顺序,铲花师傅一般都用这个规则来做他要使用的标准治具(直规或平板)。

在使用时,铲花师傅会先把显色剂涂在标准治具上,然后把它放在工件表面上滑动,让需要被铲掉的地方显露出来。他一直重复这个动作,工件表面就会越来越接近标准治具,最后能很完美地复制出跟标准治具一样的作品。

要铲花的铸件通常都是先用铣削加工到比最终尺寸多千分之几的范围之后,送去热处理,把残余的压力释放出来,然后在铲花之前送回来做清修表面的研磨。虽然铲花要耗费许多时间和高劳力成本,但铲花可以取代需要高设备成本的制程,若不想用铲花作业来替代,工件就必须用精度很高而且很昂贵的机器来进行最后的精修加工。

在最后阶段做精修加工除了牵涉到高成本的设备以外,还有一个因素需要考虑,零件加工时,特别是大型铸件,往往必需进行一些重力夹持的动作,当加工达到千分之几的精密度时,这种夹持的作用力往往造成工件的扭曲,以至于危及工件在松开夹持力之后的准确度;加工时产生的热也会造成工件的扭曲。

这就是铲花的许多优点之一,铲花既没有夹持作用力,它所产生的热也几乎等于零。铸铁是用三个点来支撑,以确保它不会因本身的重量而变形。

工具机的铲花轨道磨损时,它还可以透过再铲花重新修正,跟把机器丢弃或者送厂拆卸再加工来比,这是一个很大的优点。当一个工具机的轨道需要再铲花时,这个工作可由工厂的维修人员担任,但我们也可以在当地找人来做再铲花的工作。

在某些情况下,可以使用手动铲花和电动铲花来获得最后需要的几何精度。如果有一组工作台和鞍座的轨道已经铲平,而且精度已经符合要求,却发现工作台对主轴的平行度不合规定(要花很多功夫去矫正),你能想象只用一个铲花机,在不丧失平整度,又能适当地纠正对位误差的情况下,可以在正确的位置上去除正确数量的金属,需要什么程度的技术吗?

这当然不是铲花的最初目的,也不应该做为矫正大型对位误差的方法,但是,一个技术纯熟的铲花师傅,却可以在令人惊讶的短时间内完成这一类的矫正。这种方法虽然需要熟练的技术,但比起把一大堆零件都加工到非常准确,或为了防止对位误差而去做一些可靠或可调整的设计来说,这种方法更加经济实惠。




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