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重型可轉(zhuǎn)位數(shù)控刀具的研制與應(yīng)用

時(shí)間:2011-05-22 16:27:10 來源:未知
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(a)光桿偏心夾緊式
(b)杠桿模塊夾緊式
圖1 重型可轉(zhuǎn)位數(shù)控車刀結(jié)構(gòu)簡圖
圖2 需確保制造精度的刀具關(guān)鍵部位
圖3 夾緊刀片時(shí)偏心軸旋轉(zhuǎn)方向與切削力方向一致
圖4 杠桿夾緊式結(jié)構(gòu)受力示意圖
(a)不等齒后壓式
(b)不等齒模塊式
圖5 可轉(zhuǎn)位面銑刀結(jié)構(gòu)
圖6 大直徑可轉(zhuǎn)位槽銑刀
圖7 可轉(zhuǎn)位超精面銑刀
圖8 大直徑可轉(zhuǎn)位復(fù)合鉆
可轉(zhuǎn)位刀具的推廣應(yīng)用是金屬切削加工的重要發(fā)展方向之一。與焊接式硬質(zhì)合金刀具相比，可轉(zhuǎn)位刀具具有切削效率高、刀具壽命長、加工質(zhì)量好、綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，因此在我國機(jī)械制造等行業(yè)的應(yīng)用日益廣泛。隨著國內(nèi)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用不斷增加，與之配套的數(shù)控可轉(zhuǎn)位刀具也日益顯示出其重要性。在重型數(shù)控機(jī)床上使用可轉(zhuǎn)位刀具尤其具有重要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。國外工具制造商提供的重型數(shù)控可轉(zhuǎn)位刀具雖然技術(shù)水平較高，但價(jià)格昂貴，大量購買進(jìn)口刀具會(huì)增加生產(chǎn)成本，加重企業(yè)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，自行開發(fā)研制物美價(jià)廉、適合國情的國產(chǎn)重型可轉(zhuǎn)位數(shù)控刀具具有重要意義。哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司經(jīng)過二十多年的探索和研制，自主開發(fā)出多種重型可轉(zhuǎn)位數(shù)控刀具，并在生產(chǎn)實(shí)踐中取得了初步成效。現(xiàn)選擇應(yīng)用較為成熟的幾種刀具介紹如下，希望能對(duì)國內(nèi)同行有所裨益。

1 重型可轉(zhuǎn)位數(shù)控車刀

我公司開發(fā)的重型可轉(zhuǎn)位數(shù)控車刀主要有整體光桿偏心夾緊式和模塊化杠桿夾緊式兩種結(jié)構(gòu)型式，其結(jié)構(gòu)簡圖分別見圖1a、1b。
  1. 光桿偏心夾緊式可轉(zhuǎn)位車刀
    1. 偏心量的合理選擇光桿偏心夾緊式可轉(zhuǎn)位車刀工作時(shí)，既受到機(jī)械力的夾緊作用又受到切削力的鎖緊作用，因此選擇偏心量時(shí)，必須精確計(jì)算并在自鎖角范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。
    2. 關(guān)鍵部位制造精度的保證制造車刀時(shí)，必須嚴(yán)格控制偏心軸回轉(zhuǎn)孔中心與刀槽鎖緊兩側(cè)面的位置尺寸以及刀槽底面與兩側(cè)面的垂直度(見圖2)。
    3. 刀片的正確夾緊通過旋轉(zhuǎn)偏心軸夾緊刀片時(shí)，旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)與刀具切削力方向一致，以利用切削力夾緊刀片，避免切削時(shí)因振動(dòng)引起偏心軸松開(見圖3)。
    實(shí)踐證明，按上述要求研制的光桿偏心式重型可轉(zhuǎn)位車刀可穩(wěn)定應(yīng)用于臥式或立式重型數(shù)控車床上，完成對(duì)普通碳鋼、合金鋼制大型軸類和缸體零件的斷續(xù)或連續(xù)切削加工。
    加工實(shí)例：被加工零件：汽輪機(jī)主軸(材料：34CrMo)；刀片型號(hào)：4K251OH10(42510H)；刀具主要幾何角度：主偏角kr=75°，刀具刀槽安裝前角g0=-8°，后角a0=8°，刃傾角ls#p#分頁標(biāo)題#e#=- 8°；切削用量：vc=60～80m/min，f=0.6～1.2mm/r，ap=12～18mm。經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，完全可滿足主軸加工要求。
  2. 模塊化杠桿夾緊式可轉(zhuǎn)位車刀
    由于采用模塊化結(jié)構(gòu)可使刀具實(shí)現(xiàn)一桿多用，且能快速換裝刀頭，因此極具經(jīng)濟(jì)價(jià)值，國外工具制造商開發(fā)的重型可轉(zhuǎn)位車刀已廣泛采用模塊化結(jié)構(gòu)。模塊式車刀的刀頭可根據(jù)加工需要設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)、型式和幾何角度，可裝夾三邊、四邊、菱形、圓形及各種非標(biāo)準(zhǔn)型式的可轉(zhuǎn)位刀片，以滿足外圓、端面、仿形、切槽、螺紋、成型面等工序的加工。模塊式車刀刀頭與刀桿的聯(lián)接通常可采用機(jī)械夾緊和液壓拉緊兩種型式。加工外圓、端面的模塊式刀頭采用杠桿夾緊式結(jié)構(gòu)為佳。杠桿式夾緊結(jié)構(gòu)由于可將受力點(diǎn)設(shè)計(jì)(選擇)在最佳位置，使刀片兩側(cè)面與刀槽兩側(cè)面緊密接觸，同時(shí)還可形成向下的夾緊合力使刀片可靠地緊固定位(見圖4)，因此較適用于大(進(jìn)給)用量切削。

2 重型可轉(zhuǎn)位數(shù)控銑刀

  1. 重型可轉(zhuǎn)位面銑刀我公司開發(fā)的重型可轉(zhuǎn)位面銑刀主要有不等齒后壓式和不等齒模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式，其結(jié)構(gòu)分別如圖5a、5b 所示。
    1. 不等齒后壓式面銑刀
      標(biāo)準(zhǔn)型式可轉(zhuǎn)位面銑刀的刀齒通常為等齒分布，其缺點(diǎn)是刀具切削時(shí)易產(chǎn)生周期性振動(dòng)(有時(shí)還可能引起共振)，從而加劇刀片磨損或引起崩刃，限制切削效率的提高，影響工件加工質(zhì)量。不等齒后壓式面銑刀結(jié)構(gòu)簡單(刀具除緊定螺釘外只有刀體、定位圈、壓塊和刀片四種零件)，制造方便，使用可靠。通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，該銑刀在選取徑向前角gf=9°、軸向前角gP=7°、后角a0=7°時(shí)，加工馬氏體不銹鋼的切削效率比原用標(biāo)準(zhǔn)面銑刀提高1倍，刀具壽命提高50%。
      加工實(shí)例：被加工零件：汽輪機(jī)葉片(材料：1Cr13、2Cr13)；刀片材料：YS25、M2、YM30；刀具切削用量推薦值：粗銑：vc=120～160m/min，vf=300mm/min，ap=3～4mm；精銑：vc=200～250m/min，vf=150mm/min，ap=0.5mm。
    2. 不等齒模塊式面銑刀
      該銑刀的主要優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省刀體，可擴(kuò)大面銑刀的應(yīng)用范圍。通過更換不同型式的模塊刀頭，可完成平面、直角面及圓弧成型面的加工。該銑刀主要用于合金鋼鑄件的粗銑加工。
  2. 重型可轉(zhuǎn)位槽銑刀
    可轉(zhuǎn)位槽銑刀常用于在數(shù)控龍門銑床和鏜銑床上進(jìn)行銑槽及圓周表面插補(bǔ)加工，刀具結(jié)構(gòu)型式見圖6。該刀具的刀齒采用等齒分布型式，選用帶沉孔的可轉(zhuǎn)位立裝刀片(刀片型號(hào)CNE454)，用錐頭螺釘直接將其緊定在刀塊刀槽中，以適應(yīng)強(qiáng)力切削的要求。為保證裝配精度，分別將刀塊和刀體設(shè)計(jì)成凹、凸環(huán)形定位鍵，以確保端面誤差最小。開發(fā)的銑刀直徑范圍Ø450～800mm；加工合金鋼鑄件時(shí)，常用切削用量為：vc=120～160m/min，vf=200～250mm/min，ap=5～8mm。
  3. 可轉(zhuǎn)位超精面銑刀
    該銑刀常用于缸體接合平面的精加工，可實(shí)現(xiàn)以銑代磨(代刮研)，零件加工面粗糙度可穩(wěn)定達(dá)到Ra1.6～0.8µm。刀具結(jié)構(gòu)簡圖見圖7(型號(hào)YCE434 -01)，刀具端面四個(gè)刀齒的刃口呈圓弧面。為保證切削精度，刀片常選用兩個(gè)齒(如采用多齒切削，刀刃端跳需控制在≤0.005mm)，刀片材料選用金屬陶瓷為佳(如YN10)。加工合金鋼時(shí)推薦切削用量為：vc=180～ 220m/min，vf=400～600mm/min，ap=0.5mm。

3 大直徑可轉(zhuǎn)位復(fù)合鉆

加工缸體二平面連接緊定的大螺孔時(shí)，傳統(tǒng)工藝是先用高速鋼鉆頭鉆出底孔，然后用擴(kuò)孔鉆(或鏜刀)將底孔逐級(jí)擴(kuò)大至要求尺寸。該工藝的缺點(diǎn)是切削效率低、刀具壽命短。研制的新型大直徑可轉(zhuǎn)位復(fù)合鉆(見圖8)則可將鉆、擴(kuò)工序改為一次完成。該復(fù)合鉆由定心鉆、切削頭、保險(xiǎn)環(huán)和刀桿(包括冷卻環(huán))四部分組成。定心鉆(材料為高速鋼)可在高速鉆孔時(shí)保證鉆削穩(wěn)定；切削頭由不對(duì)稱的多刃可轉(zhuǎn)位刀片組成，選用凸三角形帶點(diǎn)式斷屑槽的可轉(zhuǎn)位刀片，可保證良好的強(qiáng)度和斷屑性能。為保證高速鉆削的穩(wěn)定性，在切削頭上還點(diǎn)焊有硬質(zhì)合金導(dǎo)向塊(這對(duì)加工通孔尤為重要)；保險(xiǎn)環(huán)的作用是在超負(fù)荷切削時(shí)保護(hù)刀桿不受損壞。大直徑可轉(zhuǎn)位復(fù)合鉆的直徑范圍為Ø68～350mm，最大加工深度為鉆徑的6 倍。
大直徑可轉(zhuǎn)位復(fù)合鉆適用于加工鑄鐵、碳鋼和合金鋼(鍛、鑄件)缸體連接螺孔的不通孔(如采用導(dǎo)向措施，也可用于通孔加工)。為保證順利排屑及延長刀具壽命，刀桿上配有冷卻環(huán)，切削液在壓力作用下通過冷卻環(huán)進(jìn)入刀桿內(nèi)孔，在冷卻刀刃的同時(shí)將切屑沖出孔外。大直徑可轉(zhuǎn)位復(fù)合鉆加工合金鋼材料的常用切削用量為：vc#p#分頁標(biāo)題#e#=60～80m/min，f=0.1～0.14mm/r。