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1、CNC刀具设计、应用与品质异常分析,制作：孙庆普 2013年8月5日,培训目录,一、CNC刀具应用简介,1.1刀具产生的背景 触摸屏应用日趋广泛，对触摸屏玻璃加工尺寸加工精度要求也在提高，很多形状是传统仿形磨边机无法完成的，精雕机被广泛采用，此新技术能否推广使用的关键在于超小形电镀金刚石磨具（俗称磨头）的使用性能和使用寿命。由于磨头直径小，使用时切削线速度很难达到10m/s，与正常要求1520m/s相差较大。因曲率半径小，金刚石切削受力角度改变，使作用于包镶金属以压应力为主变成以折弯应力为主，对包镶金属（电镀金属）强度要求更高，才能保证磨削时金刚石不过早脱落。磨头形状复杂，相对凸凹差大，尖端放
2、电及电流分部不均现象严重。 常兴公司2006年从原材料、电镀液的配制，机械加工方法，预镀方法，非电镀区的保护，尖端屏蔽，上砂方法和次数以及对金刚石包镶（加厚）比例控制形成一整套技术。 2008年下半年开始批量生产。,1.2刀具的应用： 加工玻璃用的CNC刀具通常是电镀金刚石刀具,加工实例介绍,5,听筒孔、按键孔的开粗与精修,精修外形,粗修外形,R1,适合加工的玻璃： 1 玻璃厚度0.7mm 2 玻璃的倒边尺寸： 0.1-0.15mm 3 R10.6mm， R20.8mm 4 外形的尺寸范围较宽,R2,加工实例介绍,6,精修外形,粗修外形,适合加工的玻璃： 1 玻璃厚度0.7mm 2 玻璃的倒边
3、尺寸 0.1-0.15mm 3 外形的尺寸范围较宽,7,适合加工的玻璃： 1 玻璃厚度0.7mm 2 玻璃的倒边尺寸 0.1-0.15mm 3 加工听筒孔直径大小见上附表,8,1.砂号的选择： 砂号选择的主要依据为客户加工效果的要求。 详情见附表。 2.尺寸的选择： 1) 孔加工： 1.1) 听筒孔：D刀头- B听孔 0.1mm为宜, D刀头max = B听孔-0.05mm。 若考虑刀具寿命，尽量选择直径较接近待加工孔宽度的刀具。 1.2) 按键孔：刀具直径孔轮廓上最小直径圆弧段的直径 2)外形加工： 2.1) 无开口（内凹部分）：原则上刀具直径无限制。 考虑刀具寿命一般如下选择：,3.1设计
4、方案要求 只设计单头刀具，不宜做双头刀具，例如： 3.2尺寸要求 3.1.1 夹持柄： 直径3mm为宜，选先采用标准值。长度20mm。公差按0-0.03mm。客户有特殊要求的，不得高于0-0.01mm。 3.1.2 刀具的直径： 最小处的直径0.6mm,且基体尺寸0.3mm，同时长度2mm。否则会给实际生产带来极大的难度。 （特殊的材质：钨钢等，可以将直径做到0.5mm） 3.1.3 空心打孔刀具（空心钻头） ： 壁厚0.6mm，且基体壁厚0.3mm。,4、粒度分界区要求 分界区宽度要求： 2.5.1 一般情况下，分界区=1mm，其中分界槽宽0.4mm*90，两边平台各0.3mm。如图三所示：
5、 2.5.2 当工作面直径小于1.2mm时，分界槽夹角可以加大至120150，且宽度不能低于0.6mm。此时应考虑刀头的总长，是否符合细长件的加工要求，如图四所示： 2.5.3 当两种粒度间具有较大高度落差时（比如两种粒度所处的位置分别为6和2），分界区1.6mm，其中分界槽0.6mm*90,两边平台各0.5mm。如图五所示：,1.4常见的玻璃形状及组合加工刀具-组合刀具来源于各项基本功能的融合,A款,B款,互换,实现功能： 听孔：打孔+双倒边 按键孔:打孔+双倒边 外形：修边+双倒边,1.2刀具加工玻璃加工流程,玻璃加工流程图如下：,涂覆保 护油墨,开毛坯料,CNC 数控加工,平磨,钢化,再
6、次平磨,丝印,包装,入库,所用到的相关设备,开料机,丝印机,玻璃贴膜机,CNC雕刻机,研磨抛光机,玻璃钢化炉,1.3 CNC数控加工过程,程序编写完成后，进入雕刻机实际加工环节,1. 倒边：也称倒角，为避免镜片太锋利，易伤人及易崩废，将表面与直身位接触处按一定角度磨钝,切削角度一般有30度、35度、45度、60度等，倒边类别可分为砂边和光边两种，砂边与光边是相对而言，砂边不光洁，一般倒边比较大时多采用光边，可增加美感。 （示意图） 2.打孔：将镜片自上至下钻取各类形状的内孔，可美化外观，可作漏音孔，可令键穿过或定位。,国内产品通用外观标准 镜片内/外表面不许有超出规定的划伤、裂纹及崩边如下表（
7、每PCS至多允许外观缺陷一种中的两项标准） D=直径mm； N= 数量；L=长度mm； S= 距离mm； W=宽度mm 检验距离：40mm 350mm 观察时间：5S -10S(对单独的料件)， 照明条件：1000-1300 Lux(勒克斯（lux，法定符号lx）照度单位，1 勒克斯等于 1 流明(lumen,lm)的光通量均匀分布于 1m2 面积上的光照度。 (正照) ，两盏40W 日光等的光线标准 所有的检验工作都应当在室内进行（室温为：22. 5 C） 崩边要求标准： 1、高标准：0崩边：圆周崩边要求小于0.01产品不抛光 2、中等标准：细微崩边：崩边要求在0.010.025之间，通过抛
8、光可去除0.01 3、低标准：崩边控制在0.05以下,金刚石制品作为磨削中的一种工具，受加工设备、加工参数、加工材料等影响，不能满足客户需求，客户称为加工异常。客户通常表达的是我们的产品不能用、不耐磨、崩边等的现象（有许多客户反映的崩边、掉砂等都称之为不耐磨）。此现象有我司产品的品质问题，也有客户使用不当，工艺参数不合理等问题，由于反馈信息不准确，在我司内部得不到良好的改善，为改善此现象，针对客户自身或我司的产品存在的以下几种问题点或名词已加以注解，以便我司进行产品改进。,磨削系统概述,5.1系统介绍：,输入 机器设备; 工件材料; 加工工具; 操作参数,工程原理/因果关系 宏观变量及其测量
9、微观交互作用,价值或利益以及它们对客户满意程度的影响 技术 经济/系统 输出 输出,输入,过程,输出,磨削系统输入四大因素,相关的环节：,主要磨削参数： *主轴转速：主轴每分钟转动的次数 单位：rpm（常见30000-36000） *进给速度：加工工件时主轴前进的速度 单位： mm/min *吃刀量 ：加工工件时主轴 在磨削方向上的位移量 单位： mm 注：（在程序编写中单次切进工件的深度） *编程路径 设定正确的走刀路径，下刀方式 对于玻璃的加工质量影响较大。,转速示意图,进给、吃刀量示意图,5.1.1加工参数的介绍,玻璃磨削加工工艺实例,一、修听筒孔 a 将玻璃沿直线打穿（外形铣削：螺旋式
10、渐降斜插） b 扩孔（外形铣削2D） c 精修带倒边（外形铣削：2D） 二、修玻璃外形 a 半精修外形（外形铣削：2D） *走圆角必须采取降速处理,否 则会影响刀具寿命 b 精修外形（外形铣削：2D） 三、修按键孔 a 将玻璃沿外圆打穿（外形铣削：螺旋式渐降斜插） b 半精修扩孔（外形铣削：2D） c 精修带倒边（外形铣削：2D）,路径图,成型玻璃图,典型工艺(苹果打孔工艺）.MC9,5.1.2刀具,*刀具的加工能力来说分： 粗加工刀具、半精修刀具、精修刀具，也有备综合功能的组合刀具,精修外形、按键孔,半精修外形、按键孔,粗开按键孔,粗开听筒孔,精修听筒孔,*刀具的优化选择要从形状设计、尺寸配
11、合、砂号选择、并配以相应合适的参数才会发挥出刀具的最大作用,磨削系统异常的情况下会造成 不良输出效果 1、不良输出： 崩边、砂轮印、毛崩、玻璃破裂、烧边、 同心度不良、变形、划伤，大小边 2、经济系统输出： 不耐磨、寿命不稳定、造成废品率增加,崩边严重,随机崩边,玻璃有坑,6.1不良现象名词定义,划伤：镜片表面被其它物品擦划造成不可清除的痕迹。 崩裂：因为应力或机械损伤而造成产品的裂纹或细小开裂。 崩边：因外力作用将产品边缘碰掉一小块 毛崩：可视窗边缘有参差不齐的连续的牙齿状不良现象（崩边量小于0.02）。 砂轮印（划痕）：在玻璃加工部位有明显的一条或几条连续的条纹。,6.2不良原因分析,对于
12、客户使用过程中出现不良品，总体可以从自身和客户两方面考虑 A 我司原因： 1、镍瘤：镍瘤较小的被磨工件表面会崩出一条较为光亮的划线或崩口。镍瘤较大的会崩一大口。如果客户一直使用或加以修磨，此症状可消除，有个别产品比正常产品效果还要好。 解决办法：如果出现镍瘤的现象一定要和客户讲清楚，要客户进行修整，告诉他们，其实有经验的加工师傅对每个砂轮在使用前都是要修整的 2、砂号粗：被磨工件表面看起来比正常磨削的工件粗糙、不光滑、光亮度、有崩口、且发雾状差等。 砂号粗的产品上机后其磨削（切削）效力非常好，但工件会出现较为规律的崩口，也会在出现一个较大的崩口。 3、加厚太白（加厚过头） 加厚白或过头的产品刚
13、上机的切削力就很差，甚至磨不动，由于产品是非正常磨削，其现有的切削力和机台磨产品的进给量和走刀量不匹配，属于硬挤，工件会挤破，出现大的崩口。,B客户原因： 1、客户主轴不正、跳动、装夹磨头方式不当等导致砂轮安装不正，跳动所致崩边。 2、进给量太大，走刀速度快，单位时间内磨削不能完成，磨具阻力增大，发热等易掉砂脱落的金刚石划伤或崩工件。 3、冷却系统不好，切削液成分不好（沉降效果差）等，致使碎玻璃渣随着冷却液一起，排到砂轮与工件中间，将工件挤崩了。 4、玻璃材质有变化，变硬，因工件的硬度变硬了，也就更脆了，所有更容易崩。（建议调细粒度）,砂轮印不良原因分析,客户原因： 1、冷却系统不干净，有脱落
14、的的金刚石、玻璃粉在磨削中被卷入造成。 2、客户选择粒度不合适 3、刀具碰伤 我司原因： 1、刀具产品使用部位有粗颗粒、或镍瘤 2、砂轮表面有浮砂,毛崩不良原因分析,客户原因： 1、进给速度太快，我司刀具800#（含）已细产品建议进给速度在300 mm/min以下， 2、吃刀量太大，我司刀具800#（含）已细产品建议一次磨削量在0.05mm以下。 3、转速太高，建议转速在主轴最高转速的80%90% 4、冷却效果不好，加高切削液浓度. 5、粒度选择不合适 我司产品700#崩边在0.020.025之间800#崩边在0.0150.02之间，10001200#崩边在0.0070.015 6、上工序粗粒
15、度过粗，细粒度不能把上工序崩边磨掉。 7、砂轮主轴跳动 我司原因： 1、产品加厚程度不适中 2、粒度选择粗,玻璃破裂,客户原因： 1、刀具钻孔设计不合理，钻孔部位设计过于平坦 2、下刀速度太快，单位时间内不能满足磨削，玻璃被压裂 3、粒度选择细，切削力不足 4、刀具路径设计不合适 5、刀具寿命终结，没有切削力 6、吃刀量过大 7、主轴跳动 我司原因： 1、 产品加厚过头 2、使用粒度过细,烧边不良原因分析,客户原因： 1、刀具设计不合适，倒边槽设计过深，冷却水不能喷入 2、冷却系统供冷却液不足或者冷却液未对准磨削位置 3、粒度选择细；刀具的磨粒切削刃不锋利，磨钝的情况下切削力不足，将正常的切削
16、变为了挤压磨削 4、加工参数设置不合理，吃刀量过大、进给速度过快等因素 我司原因： 1、产品加厚过头,同心度不良,客户原因 1、设备跳动 2、磨削量过大，玻璃移位 我司原因： 1、制作过程同心度不良， 2、受碰撞等造成同心度不良,大小边不良原因分心,客户原因： 客户Z轴定位不准确 我司原因 1、制作过程定位尺寸发生偏差,不耐磨、寿命不稳定,客户原因： 1、加工工件材料发生改变 2、设备主轴跳动过大 3、磨削参数发生改变 4、冷却液使用时间过长 5、刀具粒度发生变化 6、评估寿命的方法有差异。 7、客户检验标准发生改变 从考虑客户良率角度定义：寿命评估应以小批量（100支）为测试单位，95%以上刀具达到某个寿命定义为磨头寿命。样品不能作为寿命评定标准。 我司原因： 1、批次之间工艺执行标准不统一（已改善） 2、产品加工过
