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成形車(chē)刀在數控車(chē)床加工中的應用
2021-09-11 17:16:54
1、應用背景
閥蓋零件簡(jiǎn)圖如圖 1 所示。零件材質(zhì)為 ZQSn6 －6 － 3 錫青銅。在實(shí)際生產(chǎn)中，為節省材料及加工效率和質(zhì)量，該閥蓋零件采用鑄造方式完成毛坯制作，并采用數控車(chē)床車(chē)削完成加工。
圖 1 閥蓋零件簡(jiǎn)圖
由圖 1 可見(jiàn)，該閥蓋零件的加工難點(diǎn)主要集中在零件右端，包括: ① 38 mm 外圓右側環(huán)形端面處的三角形凸起輪廓，凸起高度為 0．7 mm，尖角角度為 70°±10'，尖角處回轉直徑為36 mm; ② 28 + 0．05 mm 內孔左側環(huán)形端面處的三角形凸起輪廓，凸起高度為 0． 5mm，尖角角度為 65° ± 10'，尖角處回轉直徑為 24 mm。閥蓋使用中，上述兩處三角形凸起輪廓與閥體的對應面相互接觸，形成機械密封，以防止泄漏。
閥蓋零件右端還包括外圓、內孔、端面、內外倒角等加工要素，且部分輪廓尺寸較小，若采用單刃車(chē)刀分段加工的方法，會(huì )給車(chē)刀準備及數控車(chē)床加工程序編制等帶來(lái)較大困難，且加工質(zhì)量和效率。在形狀復雜的小型零件批量生產(chǎn)中，自動(dòng)車(chē)床、半自動(dòng)車(chē)床和數控車(chē)床被廣泛應用。為了充分發(fā)揮車(chē)床的效能，使用成形車(chē)刀是關(guān)鍵 。筆者介紹成形車(chē)刀在數控車(chē)床加工中的應用。
2 、成形車(chē)刀設計與制作
2． 1 刀頭
成形車(chē)刀是車(chē)削回轉體復合成形表面的刀具，其刃形應根據工件的軸剖面廓形進(jìn)行設計。成形車(chē)刀的刃形以后面法剖面內的形狀來(lái)表示。由于成形車(chē)刀一般有前角、后角，因此法剖面廓形與零件的軸剖面廓形不相同。設計成形車(chē)刀時(shí)，需要根據零件軸向廓形和所選定的前角、后角值求得刀具上相應的法向廓形 。
本例中，由于閥蓋零件的材質(zhì)為易切削材料，根據經(jīng)驗可以采用前角為 0°，后角角度的成形車(chē)刀進(jìn)行加工。當成形車(chē)刀前角為 0°，后角大于 0°時(shí)，成形車(chē)刀前刀面的廓形和零件廓形相符，后刀面的法面廓形不同于零件廓形［4］。由于零件右端的兩處三角形凸起輪廓均位于環(huán)形端面處，因此宜采用自右向左的軸向進(jìn)刀方式成形。此外，成形車(chē)刀設計中應避免因刃形過(guò)于復雜而導致加工困難、成本高。刀刃工作長(cháng)度過(guò)長(cháng)時(shí)，可能受機床功率、排屑困難等影響而引起振動(dòng)現象 。
基于以上考慮，確定采用閥蓋零件內、外輪廓分別加工的刃形設計思路，刀頭處的部分刀刃用于加工閥蓋零件右端的內輪廓，其余部分刀刃用于加工閥蓋零件的外輪廓。設計完成的刀頭刃形尺寸如圖 2 所示。刀頭刃形加工部位如圖 3 所示，1 ～ 8 號段用于加工零件內輪廓，8 ～ 14 號段用于加工零件外輪廓，尾部用作刀柄夾持定位。
圖 2 刀頭刃形尺寸
圖 3 刀頭刃形加工部位
為成形車(chē)刀的使用性能和壽命，刀頭采用厚度為 4 mm 的 YW 牌號硬質(zhì)合金制作，并按刀頭后面與加工表面間不產(chǎn)生干涉的原則，合理確定各刃形處的后角。刀頭三維模型如圖 4 所示。
圖 4 刀頭三維模型
成形車(chē)刀刀頭可以采用刀具磨床或線(xiàn)切割機床完成加工。采用線(xiàn)切割機床加工的成形車(chē)刀，成本低等，相比用刀具磨床加工的成形車(chē)刀，具有省工序、省時(shí)、節約費用、合格率高的特點(diǎn)，因此具有推廣價(jià)值。用慢走絲線(xiàn)切割加工硬質(zhì)合金成形車(chē)刀，加工出的硬質(zhì)合金成形車(chē)刀質(zhì)量好，使用壽命長(cháng)，可穩定在生產(chǎn)實(shí)踐中應用。為質(zhì)量，應采用防電解電源及小脈沖寬度加工策略，并縮短脈沖電流的持續作用時(shí)間，控制表面變質(zhì)層在 1 μm 以?xún)?，刀頭表面質(zhì)量，減小內應力，避免裂紋產(chǎn)生。
2．2 刀柄
成形車(chē)刀刀柄用于裝夾刀頭，主要結構如圖 5 所示，材料為 45 號鋼。
圖 5 刀柄結構
刀柄的外輪廓可由鋸削、銑削等工藝完成，刀柄的 
凹槽輪廓可采用線(xiàn)切割加工完成，刀柄的 M6螺紋孔可采用鉆孔、攻絲的工藝完成 。
凹槽輪廓可采用線(xiàn)切割加工完成，刀柄的 M6螺紋孔可采用鉆孔、攻絲的工藝完成 。 3、工藝實(shí)現
3． 1 成形車(chē)刀安裝
如圖 6 所示，對制作完成的刀頭與刀柄進(jìn)行組裝，并采用緊定螺釘壓緊，然后將刀柄安裝至數控車(chē)床的刀架上。
圖 6 成形車(chē)刀組裝
3． 2 零件裝夾
由于加工零件批量較大，一次加工數量達數萬(wàn)個(gè)，因此采用圖 7 所示
圖 7 彈性?shī)A頭
3． 3 數控車(chē)床加工
應用成形車(chē)刀，閥蓋零件成形加工如圖 8 所示。
圖 8 閥蓋零件成形加工
由于采用了成形車(chē)刀加工，零件的輪廓形狀及尺寸精度主要由成形車(chē)刀的刀刃形狀，因此數控車(chē)床加工程序大為簡(jiǎn)化。以刀頭處的外刀尖點(diǎn) A 作為對刀點(diǎn)，加工程序如下:
4 、結束語(yǔ)
應用成形車(chē)刀分步加工閥蓋零件內、外輪廓，解了閥蓋零件右端的加工難點(diǎn)，加工質(zhì)量和效率。采用成形車(chē)刀加工閥蓋零件成形面，加工精度主要取決于刀具的制作精度，并易于同一批零件表面形狀、尺寸的一致性和互換性。成形車(chē)刀具有質(zhì)量穩定等優(yōu)勢，應用成形車(chē)刀，有助于簡(jiǎn)化機床和夾具的結構，降低生產(chǎn)成本。
