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重型可轉位數控刀具的研制與應用

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重型可轉位數控車刀結構簡圖圖2需確保制造精度的刀具關鍵部位圖3夾緊刀片時偏心軸旋轉方向與切削力方向一致圖4杠桿夾緊式結構受力示意圖(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 重型可轉位數控車刀結構簡圖

圖2 需確保制造精度的刀具關鍵部位

圖3 夾緊刀片時偏心軸旋轉方向與切削力方向一致

圖4 杠桿夾緊式結構受力示意圖

(a)不等齒后壓式
(b)不等齒模塊式
圖5 可轉位面銑刀結構

圖6 大直徑可轉位槽銑刀

圖7 可轉位超精面銑刀

圖8 大直徑可轉位復合鉆
可轉位刀具的推廣應用是金屬切削加工的重要發展方向之一。與焊接式硬質合金刀具相比,可轉位刀具具有切削效率高、刀具壽命長、加工質量好、綜合經濟效益顯著等優點,因此在我國機械制造等行業的應用日益廣泛。隨著國內先進數控機床的應用不斷增加,與之配套的數控可轉位刀具也日益顯示出其重要性。在重型數控機床上使用可轉位刀具尤其具有重要的技術和經濟價值。國外工具制造商提供的重型數控可轉位刀具雖然技術水平較高,但價格昂貴,大量購買進口刀具會增加生產成本,加重企業經濟負擔。因此,自行開發研制物美價廉、適合國情的國產重型可轉位數控刀具具有重要意義。哈爾濱汽輪機廠有限責任公司經過二十多年的探索和研制,自主開發出多種重型可轉位數控刀具,并在生產實踐中取得了初步成效?,F選擇應用較為成熟的幾種刀具介紹如下,希望能對國內同行有所裨益。

1 重型可轉位數控車刀

我公司開發的重型可轉位數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構型式,其結構簡圖分別見圖1a、1b。
  1. 光桿偏心夾緊式可轉位車刀
    1. 偏心量的合理選擇光桿偏心夾緊式可轉位車刀工作時,既受到機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,必須精確計算并在自鎖角范圍內進行選擇。
    2. 關鍵部位制造精度的保證制造車刀時,必須嚴格控制偏心軸回轉孔中心與刀槽鎖緊兩側面的位置尺寸以及刀槽底面與兩側面的垂直度(見圖2)。
    3. 刀片的正確夾緊通過旋轉偏心軸夾緊刀片時,旋轉方向應與刀具切削力方向一致,以利用切削力夾緊刀片,避免切削時因振動引起偏心軸松開(見圖3)。
    實踐證明,按上述要求研制的光桿偏心式重型可轉位車刀可穩定應用于臥式或立式重型數控車床上,完成對普通碳鋼、合金鋼制大型軸類和缸體零件的斷續或連續切削加工。
    加工實例:被加工零件:汽輪機主軸(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。經生產驗證,完全可滿足主軸加工要求。
  2. 模塊化杠桿夾緊式可轉位車刀
    由于采用模塊化結構可使刀具實現一桿多用,且能快速換裝刀頭,因此極具經濟價值,國外工具制造商開發的重型可轉位車刀已廣泛采用模塊化結構。模塊式車刀的刀頭可根據加工需要設計成不同的結構、型式和幾何角度,可裝夾三邊、四邊、菱形、圓形及各種非標準型式的可轉位刀片,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接通??刹捎脵C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構為佳。杠桿式夾緊結構由于可將受力點設計(選擇)在最佳位置,使刀片兩側面與刀槽兩側面緊密接觸,同時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(進給)用量切削。

2 重型可轉位數控銑刀

  1. 重型可轉位面銑刀我公司開發的重型可轉位面銑刀主要有不等齒后壓式和不等齒模塊式兩種結構型式,其結構分別如圖5a、5b 所示。
    1. 不等齒后壓式面銑刀
      標準型式可轉位面銑刀的刀齒通常為等齒分布,其缺點是刀具切削時易產生周期性振動(有時還可能引起共振),從而加劇刀片磨損或引起崩刃,限制切削效率的提高,影響工件加工質量。不等齒后壓式面銑刀結構簡單(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。通過正交試驗設計,該銑刀在選取徑向前角gf=9°、軸向前角gP=7°、后角a0=7°時,加工馬氏體不銹鋼的切削效率比原用標準面銑刀提高1倍,刀具壽命提高50%。
      加工實例:被加工零件:汽輪機葉片(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
      該銑刀的主要優點是節省刀體,可擴大面銑刀的應用范圍。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. 重型可轉位槽銑刀
    可轉位槽銑刀常用于在數控龍門銑床和鏜銑床上進行銑槽及圓周表面插補加工,刀具結構型式見圖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,以適應強力切削的要求。為保證裝配精度,分別將刀塊和刀體設計成凹、凸環形定位鍵,以確保端面誤差最小。開發的銑刀直徑范圍?450~800mm;加工合金鋼鑄件時,常用切削用量為:vc=120~160m/min,vf=200~250mm/min,ap=5~8mm。
  3. 可轉位超精面銑刀
    該銑刀常用于缸體接合平面的精加工,可實現以銑代磨(代刮研),零件加工面粗糙度可穩定達到Ra1.6~0.8μm。刀具結構簡圖見圖7(型號YCE434 -01),刀具端面四個刀齒的刃口呈圓弧面。為保證切削精度,刀片常選用兩個齒(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)。加工合金鋼時推薦切削用量為:vc=180~ 220m/min,vf=400~600mm/min,ap=0.5mm。

3 大直徑可轉位復合鉆

加工缸體二平面連接緊定的大螺孔時,傳統工藝是先用高速鋼鉆頭鉆出底孔,然后用擴孔鉆(或鏜刀)將底孔逐級擴大至要求尺寸。該工藝的缺點是切削效率低、刀具壽命短。研制的新型大直徑可轉位復合鉆(見圖8)則可將鉆、擴工序改為一次完成。該復合鉆由定心鉆、切削頭、保險環和刀桿(包括冷卻環)四部分組成。定心鉆(材料為高速鋼)可在高速鉆孔時保證鉆削穩定;切削頭由不對稱的多刃可轉位刀片組成,選用凸三角形帶點式斷屑槽的可轉位刀片,可保證良好的強度和斷屑性能。為保證高速鉆削的穩定性,在切削頭上還點焊有硬質合金導向塊(這對加工通孔尤為重要);保險環的作用是在超負荷切削時保護刀桿不受損壞。大直徑可轉位復合鉆的直徑范圍為?68~350mm,最大加工深度為鉆徑的6 倍。
大直徑可轉位復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,切削液在壓力作用下通過冷卻環進入刀桿內孔,在冷卻刀刃的同時將切屑沖出孔外。大直徑可轉位復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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