設(shè)計制造箱體內(nèi)孔加工復合刀具

http://www.zjgsdgs.cn 2015年09月19日

　　箱體(WS120型蝸桿減速器)的內(nèi)孔加工中，由于此孔的孔徑和精度要求較高，通常用的加工手段有兩種方法:方法一，先用鉆頭鉆出孔(粗加工)后，留出精加工余量，再由技術(shù)水平較高的工人師傅直接鏜出內(nèi)孔達到精度要求：方法二，完成工序：鉆孔→擴孔→粗鉸(留0.1～0.2mm鉸削余量)→精鉸，來保證孔的質(zhì)量。

　　兩種方法的優(yōu)劣勢各有不同。方法一中，其操作過程簡單，加工出的孔直線度較好，刀具消耗低，但是對鏜孔工序的工人技能要求較高，而且較容易產(chǎn)生廢品(尺寸超差的幾率較大)，工作效率也低。而用方法二加工出來的孔徑取決于鉸刀的精度，尺寸相對穩(wěn)定，對操作工人的技能水平要求也相對不是很高，但是加工出來的孔的表面粗糙度低、直線度較差，鉸刀的消耗也很大，效率非常低(換刀次數(shù)多而增加了輔助時間)，只適宜單件生產(chǎn)，不適合批量生產(chǎn)。因此綜合兩種加工方法的優(yōu)點，最好的選擇是既保證零件的加工精度，工人技能要求也不需很高，且又能降低生產(chǎn)成本，提高效率。于是，經(jīng)過一番的努力，通過查找資料、借鑒工藝、設(shè)計出一款將鉆孔、鏜孔、鉸孔融為一體的專用復合刀具。

　　刀具設(shè)計的構(gòu)思

　　孔加工復合刀具是將兩把或兩把以上同類或不同類的孔加工刀具組合成一體專用刀具，它能在一次加工過程中完成鉆、擴孔、鉸孔、锪孔和鏜孔等多種工序，這種刀具有以下特點：可減少工件的安裝次數(shù)或夾具的位次數(shù)。以減少和降低定位誤差;可同時或順序加工幾個表面，減機動和輔助時間，提高生產(chǎn)率;可保證加工表面間的相互位置精，加工質(zhì)量高;降低對機床的復雜性要求，減少床臺數(shù)，節(jié)約費用，降低制造成本。

　　復合孔刀具既要具有高可靠性和高壽命，又要滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求。因此，應用新技術(shù)、新材料來對老式的復合刀具進行創(chuàng)新，刀具材料的合理選擇對刀具的壽命、刀具消耗、加工成本、加工精度和工質(zhì)量等起決定性的作用。對復合加工具實施不同材料的組合：高性能高速鋼硬質(zhì)合金組合、通用高速鋼與鈦基硬質(zhì)金組合、高性能高速鋼與CBN刀片組、硬質(zhì)合金與PCD刀片組合、硬質(zhì)合金陶瓷刀片的組合，可使復合加工刀具在同轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，實現(xiàn)鉆孔、擴孔、鉸孔、锪孔、鏜孔等不同工藝對可靠性的要求。針對不同的加工材料和加工工藝，選用合適的刀具材料，既可提高工件表面質(zhì)量和加工精度，又可提高切削加工生產(chǎn)率。

　　刀體結(jié)構(gòu)原理設(shè)計

　　復合加工刀具將同類和不同類的兩種或多種不同刀具組合為一體，實現(xiàn)一次加工成型。對復合加工刀具而言，在不同的切削狀態(tài)下既要求良好的排屑性能，又要保證加工工件精度，刀具要有最佳的空間截面形狀組合。如果按常規(guī)去手畫、手算，較繁瑣且勞動量大，有的參數(shù)還需要試生產(chǎn)來確定。而采用C A D輔助設(shè)計技術(shù)二次開發(fā)，建立三維模型，進行模擬加工，隨時抽取刀具截面參數(shù)，以獲得最佳設(shè)計方案，從而可解決復合加工刀具在鉆孔、擴孔、锪孔、鏜孔的不同切削狀態(tài)下，刀具排屑以及不同型式結(jié)構(gòu)間的干涉問題。

　　根據(jù)鉆頭加工內(nèi)孔鉆削效率高的特點，刀頭部分用一塊E225型合金刀片鑲嵌(銅焊)在刀桿一端而成為鉆頭部分，完成粗加工(鉆孔)工序。但是加工出的孔表面粗糙度和孔徑直線度都較差，尺寸精度不高。將具有修正孔徑直線度、穩(wěn)定孔徑尺寸的鏜刀部分，放在合金鉆頭后，將鉆削出的孔進行鏜削加工(由于鏜削余量較大，分單刀三級鏜削)。利用鏜孔的優(yōu)點來保證加工出的孔徑直線度和穩(wěn)定孔徑尺寸，完成半精加工工序(包括粗鏜、半精鏜)，為鉸孔工序做好準備工作(提高表面粗糙度和使鉸削余量均勻合理)。鉸孔的鉸刀部分放在復合刀具體切削部分的最后來完成精加工，保證孔的精度(孔的形位精度和表面粗糙度)、刀具體夾持部分制成莫氏3號錐柄。為了容易排屑和刀具不同時參與切削(減輕切削力)，每一刀具的切削部分的起始點在軸向間隔大于或等于25mm(大于孔深)，其中鉆與第一級鏜之間大于25mm(因鉆孔的鐵屑多)，同時也增大了容屑空間，使排屑順暢，避免前后刀面切下的切屑互相干擾和阻塞，致使刀具崩刃及影響孔的質(zhì)量。

　　鉆、鏜、鉸孔切削部分合金刀片材料的選擇

　　根據(jù)加工材料(灰口鑄鐵)的性質(zhì)、生產(chǎn)特點(批量)、切削特點來選擇合適的刀具材料(鉆、鏜、鉸削的機床轉(zhuǎn)速、進給量相同時)。

　　鉆削(刀頭)刀具部分由于是粗加工，切削深度較大，刀具承受的切削力較大，切削速度不是很高(照顧鉸孔部分的特點)。同時材料的組織不均勻(有砂眼、氣穴的可能)，再加上合金刀片的刃口在切削加工鑄鐵行程中欠鋒利，擠刮現(xiàn)象較嚴重，所以選用強度較高，抗沖擊性和抗震性能及耐磨性均較好的鎢鈷類硬質(zhì)合金(材料牌號為YG8)。

　　鏜孔刀具部分由于孔徑比鉆孔尺寸略大，根據(jù)V=(πDn)/1000，刀刃處切削速度會高于鉆孔刀具部分，切削深度比鉆孔的切削深度較小，切削過程相對穩(wěn)定些。為了提高刀具的耐用度，選用硬度、耐磨性及耐熱性均較好，且不用重磨切削角度的可轉(zhuǎn)位鎢鈷類硬質(zhì)合金機夾刀片(材料牌號為YG6，型號為31005V)。

　　鉸孔刀具部分由于是穩(wěn)定尺寸部分，刀刃處的切削速度相對鉆削和鏜削時均更高，切削深度(鉸孔余量)較小，所以要求耐磨性和耐熱性也要相對鉆削和鏜削時更高，才能提高刀具的耐用度，從而保證尺寸精度，因而選擇鎢鈷類硬質(zhì)合金(材料牌號為YG3)。

　　刀具切削部分參數(shù)設(shè)定

　　刀具切削部分的切削角度和刃寬參數(shù)對刀具的使用壽命(耐用度)和加工的難易程度及加工的精度均起著至關(guān)重要的作用，也直接影響到加工成本、加工效率，所以刀具每部分的切削參數(shù)應合理選擇。鉆削部分:刀片厚度為4.5mm，保證鉆頭的鉆心強度，鋒角取116°比標準麻花鉆鋒角小，目的是減小主偏角，從而減少軸向抗力和振動。內(nèi)刃斜角約15°，內(nèi)刃前角取-15°，橫刃長度留2.5mm來提高鉆孔的穩(wěn)定性，同時提高刀具的耐磨性，前角γ取6°，后角α取18°，目的是為了容納切屑的空間較大，以防崩刃。同樣也是為了增大容納切屑的空間，減少鉆頭與孔壁的摩擦，而同時又要保證副切削刃的強度，所以取副后角為8°和副切削刃帶寬為0.25～0.3mm。鏜削刀具部分:采用型號為31005V的YG6不重磨刀片。鉸削刀具部分:引導前錐角取45°軸向長3mm，便于切入已有孔。另外為提高鉸削的穩(wěn)定性，切削錐角(2倍的主偏角)取3°～5°，軸向長3mm。為提高刀具的耐用度和表面粗糙度及尺寸精度，引導部分與切削部分采用R1過渡，切削部分與校準部分采用R0.5過渡;因鉸削余量很小，切屑很薄，切屑與前刀面接觸很短，前角作用不大，為制造方便，前角取0°;引導部分和切削部分及校準部分的后角均取8°，引導部分和切削部分不留刃帶，校準(修光)部分留0.3mm的刃帶寬，以保證修光刃的強度又減少刃帶與孔壁的摩擦，同時也便于鉸刀制造和檢驗，刃傾角取-8°(相當于左向螺旋鉸刀)。為使鉸刀工作平穩(wěn)，提高加工表面質(zhì)量，切削時切屑順利從鉸刀前方排出(向下)，可避免切屑劃傷孔壁，并減少孔的擴張量。

　　刀具的制造

　　此復合刀具的精度直接影響到加工孔的質(zhì)量(形位精度和表面粗糙度)，要充分發(fā)揮此復合刀具的效能，就必須要保證刀具本身的精度。因而，必須對刀具本身擬定切實可行的加工工藝及刀體材料的選擇。根據(jù)刀體要獲得良好的綜合機械性能，確保刀體尺寸穩(wěn)定，大體上加工工藝為:粗車刀體→刀體進行調(diào)質(zhì)處理→修磨兩端中心孔→精車刀體→銑刀柄→磨刀體錐柄(為了使刀柄與機床主軸配合更好、更精確，最好配磨錐柄，采用涂抹紅丹的檢驗方法保證錐柄與錐孔的接觸面積不小于80%以上的面積)→銑鑲嵌硬質(zhì)合金刀片的槽位→手工鉚定合金刀片→銅焊鉸刀部分的硬質(zhì)合金刀片→修磨硬質(zhì)合金刀具的切削角(在工具磨床上根據(jù)切削角度刃磨)→研磨刀具→銅焊鉆頭部分硬質(zhì)合金刀片→修磨鉆頭部分硬質(zhì)合金刀片的切削角度。

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