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新型刀具在数控加工中的应用

2018-11-06 10:21  浏览次数:
1引言
目前,我公司的许多产品都采用新型刀具改进了加工工艺,提高了产品质量和生产效率,降低了生产成本,具体应用实例如下。
2硬车削刀具
传统机械加工中,轴类和盘类回转体零件表面的加工通常是经过车削粗加工、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、涂层硬质合金等广泛应用在淬硬钢的车削上,即硬车削。尤其是CBN刀具有很高的硬度和耐磨性,适合车削硬度55HRC以上的工
某机型齿轮,材料20CrMnTi,热处理渗碳淬火,内孔表面硬度56一62HRC,直径巧5 ` 0 mm,圆柱度0· 02mm,粗糙度0· 8,属于高精度小孔结构的盘形齿轮零件。按传统工艺,此类零件的工艺流程为粗车、半精车齿坯、滚齿、渗碳淬火、磨内孔及端面做磨齿基准、磨齿;利用内圆磨床磨削内孔,速度低,进给量小,加工时间长,磨后内孔尺寸不稳定,有锥度或呈喇叭口。
选用山特维克的55。菱形CBN刀片配高刚性刀杆的车刀进行热后车削,切削参数:切削速度为100 一巧0m/min,切削深度a为0 · 1 -0.2mm, 进给量歹为0 · 05一0 · Imm/ro通过采用CBN刀具
 
收稿日期:2013年1月
辅以高精度、高硬度的硬化卡爪,在高刚性数控车床上实现了齿轮内孔的硬车削,取代了磨削,大大提高了生产效率;保证了内孔尺寸及端面跳动,减小了内孔锥度。采用硬车削刀具加工内孔,降低了设备成本,省去了大量磨削液,改善了生产环境
3浅孔加工刀具:可转位刀片钻头
可转位刀片钻头也称可转位浅孔钻、U钻,为内冷钻头,结构是在带排屑槽及冷却通道钻体头部装两个刀片(多为凸多边形、菱形和四边形),交错排列,切屑排除流畅,定心稳定,适用于5的中等直径孔加工我公司多种机型箱体设计有少20
35mm孔(孔未预铸是实心孔),孔深L SD,表面为毛面。过去常用中心钻、钻头、镗刀、铰刀四把刀具完成加工。随着浅孔钻削技术的发展,使用可转位刀片钻头后一般不需预先加工中心孔或引导孔,仅需用可转位刀片钻头钻、铰刀铰就可保证孔位置及尺寸精度,大大提高了加工效率。刀片分布在钻头两边,保证切屑分断,排除顺畅;钻头通过内冷孔提供切削液,切削时,切削液从钻头顶尖喷射出,可润滑钻头,并有效完成排屑。
可转位钻头的刀片为涂层刀片,中心刀片采用 PVD涂层牌号,TiAlN涂层,基体是细晶硬质合金,韧性、耐磨性和平衡性良好;周边刀片是CVD牌号,有优良的韧性和耐磨性。刃口经过加强处理,切削线速度比整体硬质合金钻头高2一3倍,刀片有四个刃口,经济性较好。
2013年第47卷No巧
DC
图1可转位刀片钻头
如图1所示,加工箱体时大量应用此类钻头,如某机型变速箱壳体上两侧面的离合器压爪轴同轴孔 30H7孔,先前在组合机床上用高速钢麻花钻钻,再在加工中心上扩、镗,改为采用山特维克CoroDrill 880钻头币29园mm直接在加工中心上钻,再用山特维克精镗头镗,钻孔切削速度由17m/min提高到巧0m/min,进给量由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)断续深孔加工刀具:直槽钻、带后导向刀具轮拖各机型变速箱、传动箱壳体中的滑杆孔为箱体内隔板上的断续孔,中间的间隔距离较大,长径比均大于10倍,孔表面均是毛坯面,有拔模斜度。传统加工工艺多采用钻孔、扩孔、铰孔三道工序加工,配合使用麻花钻、扩孔钻、铰刀,分别采用三台夹具及三台组合机床(或摇臂钻床)实现断续深孔的加工。这样加工出孔系的尺寸及形位公差易超差,造成倒档轴的装配困难,且生产效率低,使用多台机床也增加了生产成本和设备维护费用。
现在加工中心上用直槽钻、带后导向的刀具等新型刀具加工断续孔系。如图2所示,如某机型传动箱滑杆孔系的加工:该孔系精度要求高,孔径为 16E9,长径比一20,孔系对轴承孔公共轴线的平行度币0口2mm,两层孔的同轴度0,08mm。
旋转
 
图2某机型传动箱滑杆孔局部图原加工工艺:
在卧式双工位组合镗床上钻至币13;
o在摇臂钻上扩滑杆孔至币巧,6;
o扩第一层壁板上2一币17孔;
o滑杆孔口倒角;
o吹净孔底孔;
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@换夹具在摇臂钻上铰滑杆孔至@6E9(+ 0,075,+ 0.032)。
 
图3摇臂钻夹具
此方案需用两套夹具(见图3),需手工更换夹具,劳动强度大,生产效率低,保证不了滑杆孔碴16E9对轴承孔公共轴线的平行度及两层孔的同轴度。该孔系中间间隔距离较大,若采用两层壁板间加导向的夹具,导向板允许的空间小,强度差,零件装卸时易磕碰变形。且孔的端面为毛坯面,导向板不能紧贴端面,易造成排屑困难和导向精度降低。
只能从刀具方面考虑改进。
改进后的工艺:
o在卧式加工中心上用币16,03(+ 0.04,+ 0.027)直槽钻钻第一层孔;
o以第一层孔做引导孔,用带后导向的直槽钻钻第二层孔至币16E9,导向段直径比加工段直径小 0,02mm,第2、3层孔的端面均为毛面,钻头端部有起定心作用的自定心钻尖;
o用扩孔钻扩第1层壁板上至2一币17孔。
 
图4直槽钻
 
图5带后导向的直槽钻
此方案采用的第一把钻头为德国钴领的整体硬质合金直槽钻。直槽钻适合加工短切屑材料如灰铸铁等,加工的孔能达到较高的位置度、直线度和表面光洁度,并具有出色的自定心能力,可高效加工精度H7的孔。第二把为德国钴领带后导向的直槽钻(非标),钻头端部带定心钻尖有出色的
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自定心能力,可避免普通钻头直接钻削毛坯面而引起的偏斜。
采用上述刀具后,经检验加工出孔的同轴度可达到0· 06一0 · 08mm、轴承孔的平行度少0· 12一 0·巧mm,且操作时不需手工更换夹具,劳动强度大大降低。同时也减少了换刀次数,提高了生产效率,满足了生产要求。
(2)实体深孔加工刀具:抛物线型麻花钻某机型喷油泵泵体(材料为zL106)上设计有7 个小孔,孔径· 8mm,孔深28mm,长径比为6。以往用普通麻花钻采用啄钻方式,钻一段钻头从孔中退出,清除切屑,然后下钻头继续切削,如此重复多次才能加工出要求的孔深。按此工艺加工出的孔易钻偏,孔径易变大,刀具寿命短,加工效率低。
钻削过程中,传统结构麻花钻主切削刃上各点处前角值相差十分悬殊;横刃长,轴向力大;钻头各处切削速度不同;刃带后角为零与孔壁产生摩擦,加快磨损等。现选用德国钴领公司加大螺旋角的抛物线型麻花钻,其具有大螺旋角(36。一38。)和大顶角 130。(· 8mm的普通麻花钻螺旋角为26。,顶角为 118。),增大了钻头前角,使其切削锋利;大容屑空
 
间,使其出屑流畅;较大的钻头芯厚,占到整个钻《约40%,增强刚性;抛物线螺旋槽抛光,采用“ s "型刃磨法修磨横刃,缩短横刃,改善定心及钻芯处前角,切削轻快,轴向力小,可一次进刀加工深孔,钻削时退刀次数明显减少。采用切削速度70m/min、进给量350mm/min进行高速切削,可快速排出切削刃处的切屑。同时容许更多切削液进人切削区,显著减小切削摩擦以及切屑焊死现象的发生,减少加工时的功率消耗、扭矩载荷和切削冲击,大大提高了生产效率和零件的加工精度。
标准麻花钅占
抛物钴
图6标准麻花钻与抛物线钻的横刃比较
5定位销孔加工刀具:复合钻
箱体的定位销孔16H8原工艺采用钻一镗一铰,需要钻头、镗刀、铰刀三把刀具,现采用高精度复
工具技术
合钻铰刀具,在数控镗铣床上一次装夹完成定位销孔的加工。该刀具采用液压刀柄,由液压压力来驱动机械夹紧,该刀柄制造公差很小,切削刃上最大跳动量仅为0 · 002一0 · 006mm(在3倍刀具直径长度上测量所得),有效地保证了定位销孔的尺寸和位置精度。
6长悬伸孔加工刀具:减振镗刀
拖拉机变速箱和传动箱中有许多孔布置在箱体内隔板上,刀具需悬伸加工。传统加工对于小孔径长悬伸孔常采用钻一扩一铰的工艺;对于孔径大于 40mm的长悬伸孔,常采用整体式刀杆上布置多个硬质合金镗头,夹具上布置导向板,在组机上粗镗一半精镗一精镗;现为适应多品种、中小批量、生产线柔性化的要求,多在加工中心上使用减振镗刀加工长悬伸孔。
当孔的悬伸小于4倍直径时可用钢制刀杆,精度要求高的孔最好采用整体硬质合金刀杆。当悬伸为4一6倍的刀杆直径时,加工小孔用整体硬质合金刀杆,大孔用减振刀杆。当悬伸为7一10倍的刀杆直径时,要采用减振刀杆。减振刀杆的预调谐系统
主要包括具有某一确定质量的重合金调谐体(A)、支撑于其两端的橡胶衬套(B)以及调谐体周围的特种液态油(c)。如图7所示,形成一个阻尼质量系统。当使用减振刀杆加工时,如出现了振动趋向,减振系统会立刻发生作用,刀杆的振动能量被减振系统所抵消,使振动最小化。
 
图7减振刀杆的预调谐系统
某机型箱体内隔板上的盲孔30H8(+ 0· 033, 0),孔深30mm,悬伸长为537mm,悬伸为孔径的18 倍,普通镗刀由于刚性不足加工时产生振动,无法正常加工。现先用山特维克的U钻钻孔至28 · 4mm, 再用山特维克的双刃、单刃的减振镗刀半精镗、精镗至30H8,同时降低转速和进给,解决了镗削振动问题,保证了零件质量
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