内腔零件反面锪孔数控铣床加工工艺

2022-10-27马彦秋槐艳松郝彦彰姜芳

金属加工(冷加工) 2022年10期

马彦秋，槐艳松，郝彦彰，姜芳

河北太行机械工业有限公司河北石家庄 052165

1 序言

某中架产品为高铁装置核心承力结构件，在高铁运行中需要承受多重载荷的考验，其结构强度直接影响高铁运行。在该产品深腔内部存在多个反面锪孔（见图1），普通刀具在机床上不具备可达性，需单独增加电火花工序加工反面锪孔，每件产品最少加工时长2.5h，加工效率低，表面质量差，且装夹定位困难。

图1 中架产品深腔内部存在多个反面锪孔

为解决中架产品反面锪孔加工难题，改变电火花加工现状，降低加工成本，提高加工效率，通过调研多种反面锪孔加工方案，实现了数控铣床反面锪孔加工。

2 问题分析及工艺试验

2.1 刀具种类

目前反面锪孔加工刀具种类主要有螺钉锁紧式反刮刀（见图2）、安装驱动刀块式反刮刀（见图3）及偏心式反刮刀（见图4）[1]。

图2 螺钉锁紧式反刮刀

图3 安装驱动刀块式反刮刀

图4 偏心式反刮刀

2.2 各刀具加工方案对比

（1）螺钉锁紧式反刮刀加工步骤：①将刀杆Z轴伸入。②用螺钉将刀盘锁紧。③正转向上加工。④退回松卸螺钉，取下刀盘。⑤刀杆退出，完成加工。

优点为安装紧固，刚性足，刀片可更换，成本低。缺点为换刀耗时比较多[2]。

该加工方案目前存在多种改进方式，例如将螺钉锁紧改为套式镶嵌，旋转刀盘正转加工时与主刀杆进行卡死，无需用螺钉固定，节省时间，但是由于前、后中架装夹定位后，腔内有4个反面锪孔，无法进行拆装旋转刀盘，因此螺钉锁紧式反刮刀加工方式不可行。

（2）安装驱动刀块式反刮刀有多种驱动刀块的方法，如通过空气或切削液压力打开刀块，通过扭矩杆打开刀块，通过短锥或碰撞打开刀块及通过惯性打开刀块等。

中架产品反面锪孔为f9mm细长孔，选用BIG标准多功能反刮刀，为可拆卸式、扇叶式刀片座结构，刀片座可实现自动闭合，通过简单的主轴正反转编程操作，实现刀片座闭合时贯通底孔，刀片座展开时开始切削加工，可以在立式和卧式加工中心上实现自动化加工。

加工步骤：将主轴反转后插入底孔（刀片座在离心力的作用下呈打开状态）；刀片座接触底孔时，会自动折入刀杆内；继续进给，直至刀片座穿过底孔；使主轴正转，通过切削进给向上拉（开始加工）；背面锪孔完成时，使主轴稍稍后退后反转；在反转的同时抬起主轴，刀片座可折入刀杆内从底孔拔出。

通过多次试验，BIG多功能反刮刀加工正常反面锪孔效率极高，但是由于前中架、后中架产品零件反面锪孔（见图5）与侧壁相切，开始切削时，刀片座不具备切削刃的侧面会与工件进行接触，瞬间损坏刀座，因此该加工方案不具备稳定生产条件。BIG多功能反刮刀刀座如图6所示。

图5 反面锪孔

图6 BIG多功能反刮刀刀座

（3）偏心式反刮刀选用偏心式反刮刀，首先要考虑由于反刮刀在主轴安装时，刀尖在圆周具有方向性，在换刀时，主轴需要圆周定位，因此当换刀结束时，主轴上反刮刀的刀尖在圆周具有方向性。主轴不转动快速移动，在孔中心沿刀尖的反方向在X轴偏离孔中心，偏离量＞3.5mm[（大孔直径16mm－小孔直径9mm）/2]，以保证反刮刀在通过孔时不会与孔壁产生干涉。反刮刀在孔底位置反向锪内圆柱孔结束时，主轴轴向不移动（暂停），对底面刮削，刮削的圆周数与主轴的转速和暂停的时间有关，可由下式确定：圆周数＝主轴的转速×暂停的时间，必须保证圆周数为整数[3]。图7为前期方案试制的自制反刮刀，图8为自制反刮刀。

图7 前期方案试制的自制反刮刀

图8 自制反刮刀

加工步骤：①主轴定位。②偏心位移（E值）。③Z轴深入。④恢复中心（E值）。⑤正转向上加工。⑥主轴定位。⑦偏心位移（E值）。⑧向上脱离，完成加工。

采用此种加工方式不用正反转，可降低损坏概率；减少手工装旋转刀盘的繁琐流程，一次进孔加工成形；接受多种规格定制，针对锪孔远大于底孔的情况，可以选择进口合金钢，或者加塞硬质合金，或者使用整体钨基合金作为本体。但要求机床有定向停止功能，否则不能使用。

3 改进后的加工方案

对f16mm大孔进行锪孔加工，首先设计可换刀片偏心式反刮刀（见图9），设备选择有主轴定向停止功能的数控机床，按照安装刀片相反的方向移动3.6mm，使镗刀顺利通过f9mm小孔。反刮刀按照镗刀刀头方向移动一定的距离至X=0、Y=0点（孔中心），锪孔，暂停，即无进给切削，以降低锪孔表面粗糙度值；后退，圆周定位、让刀；刀具退出，完成加工。