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              新型刀具在數控加工中的應用

              2018-11-06 10:21  瀏覽次數:
              1引言
              目前,我公司的許多產品都采用新型刀具改進了加工工藝,提高了產品質量和生產效率,降低了生產成本,具體應用實例如下。
              2硬車削刀具
              傳統機械加工中,軸類和盤類回轉體零件表面的加工通常是經過車削粗加工、半精加工,淬火后的精加工由磨削完成。目前,新型刀具材料如立方氮化硼(CBN)、陶瓷、涂層硬質合金等廣泛應用在淬硬鋼的車削上,即硬車削。尤其是CBN刀具有很高的硬度和耐磨性,適合車削硬度55HRC以上的工
              某機型齒輪,材料20CrMnTi,熱處理滲碳淬火,內孔表面硬度56一62HRC,直徑巧5 ` 0 mm,圓柱度0· 02mm,粗糙度0· 8,屬于高精度小孔結構的盤形齒輪零件。按傳統工藝,此類零件的工藝流程為粗車、半精車齒坯、滾齒、滲碳淬火、磨內孔及端面做磨齒基準、磨齒;利用內圓磨床磨削內孔,速度低,進給量小,加工時間長,磨后內孔尺寸不穩定,有錐度或呈喇叭口。
              選用山特維克的55。菱形CBN刀片配高剛性刀桿的車刀進行熱后車削,切削參數:切削速度為100 一巧0m/min,切削深度a為0 · 1 -0.2mm, 進給量歹為0 · 05一0 · Imm/ro通過采用CBN刀具
               
              收稿日期:2013年1月
              輔以高精度、高硬度的硬化卡爪,在高剛性數控車床上實現了齒輪內孔的硬車削,取代了磨削,大大提高了生產效率;保證了內孔尺寸及端面跳動,減小了內孔錐度。采用硬車削刀具加工內孔,降低了設備成本,省去了大量磨削液,改善了生產環境
              3淺孔加工刀具:可轉位刀片鉆頭
              可轉位刀片鉆頭也稱可轉位淺孔鉆、U鉆,為內冷鉆頭,結構是在帶排屑槽及冷卻通道鉆體頭部裝兩個刀片(多為凸多邊形、菱形和四邊形),交錯排列,切屑排除流暢,定心穩定,適用于5的中等直徑孔加工我公司多種機型箱體設計有少20
              35mm孔(孔未預鑄是實心孔),孔深L SD,表面為毛面。過去常用中心鉆、鉆頭、鏜刀、鉸刀四把刀具完成加工。隨著淺孔鉆削技術的發展,使用可轉位刀片鉆頭后一般不需預先加工中心孔或引導孔,僅需用可轉位刀片鉆頭鉆、鉸刀鉸就可保證孔位置及尺寸精度,大大提高了加工效率。刀片分布在鉆頭兩邊,保證切屑分斷,排除順暢;鉆頭通過內冷孔提供切削液,切削時,切削液從鉆頭頂尖噴射出,可潤滑鉆頭,并有效完成排屑。
              可轉位鉆頭的刀片為涂層刀片,中心刀片采用 PVD涂層牌號,TiAlN涂層,基體是細晶硬質合金,韌性、耐磨性和平衡性良好;周邊刀片是CVD牌號,有優良的韌性和耐磨性。刃口經過加強處理,切削線速度比整體硬質合金鉆頭高2一3倍,刀片有四個刃口,經濟性較好。
              2013年第47卷No巧
              DC
              圖1可轉位刀片鉆頭
              如圖1所示,加工箱體時大量應用此類鉆頭,如某機型變速箱殼體上兩側面的離合器壓爪軸同軸孔 30H7孔,先前在組合機床上用高速鋼麻花鉆鉆,再在加工中心上擴、鏜,改為采用山特維克CoroDrill 880鉆頭幣29園mm直接在加工中心上鉆,再用山特維克精鏜頭鏜,鉆孔切削速度由17m/min提高到巧0m/min,進給量由70mm/min提高到300mm/ min,切削效率提高6倍以上。
              4深孔加工刀具
              (1)斷續深孔加工刀具:直槽鉆、帶后導向刀具輪拖各機型變速箱、傳動箱殼體中的滑桿孔為箱體內隔板上的斷續孔,中間的間隔距離較大,長徑比均大于10倍,孔表面均是毛坯面,有拔模斜度。傳統加工工藝多采用鉆孔、擴孔、鉸孔三道工序加工,配合使用麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀,分別采用三臺夾具及三臺組合機床(或搖臂鉆床)實現斷續深孔的加工。這樣加工出孔系的尺寸及形位公差易超差,造成倒檔軸的裝配困難,且生產效率低,使用多臺機床也增加了生產成本和設備維護費用。
              現在加工中心上用直槽鉆、帶后導向的刀具等新型刀具加工斷續孔系。如圖2所示,如某機型傳動箱滑桿孔系的加工:該孔系精度要求高,孔徑為 16E9,長徑比一20,孔系對軸承孔公共軸線的平行度幣0口2mm,兩層孔的同軸度0,08mm。
              旋轉
               
              圖2某機型傳動箱滑桿孔局部圖原加工工藝:
              在臥式雙工位組合鏜床上鉆至幣13;
              o在搖臂鉆上擴滑桿孔至幣巧,6;
              o擴第一層壁板上2一幣17孔;
              o滑桿孔口倒角;
              o吹凈孔底孔;
              45
              @換夾具在搖臂鉆上鉸滑桿孔至@6E9(+ 0,075,+ 0.032)。
               
              圖3搖臂鉆夾具
              此方案需用兩套夾具(見圖3),需手工更換夾具,勞動強度大,生產效率低,保證不了滑桿孔碴16E9對軸承孔公共軸線的平行度及兩層孔的同軸度。該孔系中間間隔距離較大,若采用兩層壁板間加導向的夾具,導向板允許的空間小,強度差,零件裝卸時易磕碰變形。且孔的端面為毛坯面,導向板不能緊貼端面,易造成排屑困難和導向精度降低。
              只能從刀具方面考慮改進。
              改進后的工藝:
              o在臥式加工中心上用幣16,03(+ 0.04,+ 0.027)直槽鉆鉆第一層孔;
              o以第一層孔做引導孔,用帶后導向的直槽鉆鉆第二層孔至幣16E9,導向段直徑比加工段直徑小 0,02mm,第2、3層孔的端面均為毛面,鉆頭端部有起定心作用的自定心鉆尖;
              o用擴孔鉆擴第1層壁板上至2一幣17孔。
               
              圖4直槽鉆
               
              圖5帶后導向的直槽鉆
              此方案采用的第一把鉆頭為德國鈷領的整體硬質合金直槽鉆。直槽鉆適合加工短切屑材料如灰鑄鐵等,加工的孔能達到較高的位置度、直線度和表面光潔度,并具有出色的自定心能力,可高效加工精度H7的孔。第二把為德國鈷領帶后導向的直槽鉆(非標),鉆頭端部帶定心鉆尖有出色的
              46
              自定心能力,可避免普通鉆頭直接鉆削毛坯面而引起的偏斜。
              采用上述刀具后,經檢驗加工出孔的同軸度可達到0· 06一0 · 08mm、軸承孔的平行度少0· 12一 0·巧mm,且操作時不需手工更換夾具,勞動強度大大降低。同時也減少了換刀次數,提高了生產效率,滿足了生產要求。
              (2)實體深孔加工刀具:拋物線型麻花鉆某機型噴油泵泵體(材料為zL106)上設計有7 個小孔,孔徑· 8mm,孔深28mm,長徑比為6。以往用普通麻花鉆采用啄鉆方式,鉆一段鉆頭從孔中退出,清除切屑,然后下鉆頭繼續切削,如此重復多次才能加工出要求的孔深。按此工藝加工出的孔易鉆偏,孔徑易變大,刀具壽命短,加工效率低。
              鉆削過程中,傳統結構麻花鉆主切削刃上各點處前角值相差十分懸殊;橫刃長,軸向力大;鉆頭各處切削速度不同;刃帶后角為零與孔壁產生摩擦,加快磨損等?,F選用德國鈷領公司加大螺旋角的拋物線型麻花鉆,其具有大螺旋角(36。一38。)和大頂角 130。(· 8mm的普通麻花鉆螺旋角為26。,頂角為 118。),增大了鉆頭前角,使其切削鋒利;大容屑空
               
              間,使其出屑流暢;較大的鉆頭芯厚,占到整個鉆《約40%,增強剛性;拋物線螺旋槽拋光,采用“ s "型刃磨法修磨橫刃,縮短橫刃,改善定心及鉆芯處前角,切削輕快,軸向力小,可一次進刀加工深孔,鉆削時退刀次數明顯減少。采用切削速度70m/min、進給量350mm/min進行高速切削,可快速排出切削刃處的切屑。同時容許更多切削液進人切削區,顯著減小切削摩擦以及切屑焊死現象的發生,減少加工時的功率消耗、扭矩載荷和切削沖擊,大大提高了生產效率和零件的加工精度。
              標準麻花钅占
              拋物鈷
              圖6標準麻花鉆與拋物線鉆的橫刃比較
              5定位銷孔加工刀具:復合鉆
              箱體的定位銷孔16H8原工藝采用鉆一鏜一鉸,需要鉆頭、鏜刀、鉸刀三把刀具,現采用高精度復
              工具技術
              合鉆鉸刀具,在數控鏜銑床上一次裝夾完成定位銷孔的加工。該刀具采用液壓刀柄,由液壓壓力來驅動機械夾緊,該刀柄制造公差很小,切削刃上最大跳動量僅為0 · 002一0 · 006mm(在3倍刀具直徑長度上測量所得),有效地保證了定位銷孔的尺寸和位置精度。
              6長懸伸孔加工刀具:減振鏜刀
              拖拉機變速箱和傳動箱中有許多孔布置在箱體內隔板上,刀具需懸伸加工。傳統加工對于小孔徑長懸伸孔常采用鉆一擴一鉸的工藝;對于孔徑大于 40mm的長懸伸孔,常采用整體式刀桿上布置多個硬質合金鏜頭,夾具上布置導向板,在組機上粗鏜一半精鏜一精鏜;現為適應多品種、中小批量、生產線柔性化的要求,多在加工中心上使用減振鏜刀加工長懸伸孔。
              當孔的懸伸小于4倍直徑時可用鋼制刀桿,精度要求高的孔最好采用整體硬質合金刀桿。當懸伸為4一6倍的刀桿直徑時,加工小孔用整體硬質合金刀桿,大孔用減振刀桿。當懸伸為7一10倍的刀桿直徑時,要采用減振刀桿。減振刀桿的預調諧系統
              主要包括具有某一確定質量的重合金調諧體(A)、支撐于其兩端的橡膠襯套(B)以及調諧體周圍的特種液態油(c)。如圖7所示,形成一個阻尼質量系統。當使用減振刀桿加工時,如出現了振動趨向,減振系統會立刻發生作用,刀桿的振動能量被減振系統所抵消,使振動最小化。
               
              圖7減振刀桿的預調諧系統
              某機型箱體內隔板上的盲孔30H8(+ 0· 033, 0),孔深30mm,懸伸長為537mm,懸伸為孔徑的18 倍,普通鏜刀由于剛性不足加工時產生振動,無法正常加工?,F先用山特維克的U鉆鉆孔至28 · 4mm, 再用山特維克的雙刃、單刃的減振鏜刀半精鏜、精鏜至30H8,同時降低轉速和進給,解決了鏜削振動問題,保證了零件質量
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