重型可轉(zhuǎn)位數(shù)控刀具的研制與應(yīng)用

作者: 2013年07月22日 來源: 瀏覽量:
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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

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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?,F(xiàn)選擇應(yīng)用較為成熟的幾種刀具介紹如下,希望能對國內(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: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=- 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??刹捎脵C(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(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?450~800mm;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?68~350mm,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=60~80m/min,f=0.1~0.14mm/r。

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