加工灰鑄鐵深孔件刀具的改進(jìn)
2013-5-5 來源：齊齊哈爾二機(jī)床 作者：李新 王曉東
我公司是生產(chǎn)金切機(jī)床的傳統(tǒng)企業(yè)，在以往加工立式車床的灰鑄鐵升降箱體傳動(dòng)孔系時(shí)，所消耗的機(jī)加工工時(shí)約為16h，同時(shí)加工質(zhì)量很難保證，已成為制約生產(chǎn)的瓶頸。
加工同樣切削量的其他工件所需要的機(jī)加工工時(shí)為3～4h，如果找到合理的方法，工件加工時(shí)間可以大幅減少。加工灰鑄鐵一般采用YG8硬質(zhì)合金刀具，但因?yàn)楸竟ぜ紫党叽巛^深，并且φ 95js7孔、φ 102j s7孔都是要求清根的臺(tái)階孔，傳統(tǒng)的加工方式只能采用斜方刀桿（見圖1）。而硬質(zhì)合金刀具硬而脆，加工時(shí)容易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，所以傳統(tǒng)的斜方刀具只能采用高速鋼類刀具。高速鋼類刀具的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在易磨損，特別是加工灰鑄鐵類深孔零件時(shí)，因產(chǎn)生高熱量不能及時(shí)排出去，加速了高速鋼刀具的刃部磨損。因此機(jī)床在加工零件時(shí)主軸轉(zhuǎn)速只能在80r/min以下，刀具進(jìn)給量約為0.10mm/r，也就是工件切削量僅為8mm/min，加工效率非常低。
采用硬質(zhì)合金類刀具受限的根本原因是，斜方刀桿截面積較小，剛性不足易產(chǎn)生刀體顫動(dòng)，刀具刃部受力不穩(wěn)導(dǎo)致崩刃。通過對(duì)刀塊的受力分析（見圖2），發(fā)現(xiàn)斜方刀桿上刀塊主要受與刀具進(jìn)給方向相反的力，這個(gè)方向上的力我們可以分解為兩個(gè)力。一個(gè)是垂直于刀塊的力，一個(gè)是平行于刀塊的力。垂直于刀塊的力對(duì)刀具的定位沒有影響，而平行于刀塊的力是使刀塊顫動(dòng)的主要原因。通過以上分析，決定將主要解決兩個(gè)問題：①解決刀具進(jìn)給時(shí)顫動(dòng)的問題。②進(jìn)而將高速鋼刀具改為硬質(zhì)合金刀具。
通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出刀具與垂直于刀桿方向上的夾角α越小，刀具所受的平行于刀塊的力越小（見圖2），所以減小刀具與垂直于刀桿方向上的夾角。
第一次改進(jìn)，使刀塊與刀桿的固定槽改為與前端面平行，也就是使刀塊與刀桿垂直方向的夾角變?yōu)?°，刀塊加工成L形， 插入刀桿孔之中并增加了兩個(gè)固定螺釘，保持刀具進(jìn)給量0.10mm/r不變，加工零件時(shí)主軸轉(zhuǎn)速提高到180r/min，也就是工件切削量為18mm/min。加工效率有所提高但是由于刀具的受力作用產(chǎn)生刀塊的顫動(dòng)，刀具穩(wěn)定性還是不好。主要問題是主軸轉(zhuǎn)速超過180r/min后打刀的現(xiàn)象很顯著，造成平均生產(chǎn)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到理想要求。
針對(duì)第一次刀具改進(jìn)后效果不理想的情況，我們做了第二次改進(jìn)方案。在第一次方案的基礎(chǔ)上在前端開口處保留了5mm的刀桿體不加工掉，其作用是限制刀具在加工零件過程中受切削力而造成左右顫動(dòng)，進(jìn)而增加刀具的穩(wěn)定性（見圖3）。同時(shí)鏜刀塊加工成L形（見圖4）， 插入改進(jìn)后刀桿孔之中。
經(jīng)過改進(jìn)的刀具在穩(wěn)定性方面有了顯著提高。
這樣就使機(jī)床在加工過程中主軸轉(zhuǎn)速有了提高的保證，經(jīng)過試驗(yàn)得到：主軸轉(zhuǎn)速最大提高到200r/min，同時(shí)刀具進(jìn)給量最大提高到0.26mm/r，即切削量為52mm/min，幾乎沒有打刀的現(xiàn)象出現(xiàn)，就是達(dá)到了穩(wěn)定切削的極限值。此時(shí)切削量比改進(jìn)前的8mm/min，提高了5.5倍。
對(duì)2010年9月以后加工升降箱體所用時(shí)間進(jìn)行抽樣調(diào)查，平均加工時(shí)間為3.78h。與開始15.7h降低了75.92%的加工時(shí)間，改進(jìn)取得顯著成功。
以上改進(jìn)主要是改善刀具的安裝位置和形態(tài)，增加刀具的穩(wěn)定性，減少切削時(shí)引起的顫動(dòng)；從而達(dá)到了高速和大進(jìn)給量地切削鑄鐵工件，同時(shí)刀具的崩刃現(xiàn)象基本消失，生產(chǎn)效率得到顯著提高。需要注意的是：主軸轉(zhuǎn)速200r/min，進(jìn)給量0.26mm/r，即切削量為52mm/min時(shí)，是加工該零件的切削量極限；超過極限值刀具仍會(huì)出現(xiàn)崩刃的情況。
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