組合刀具提高立式車床大平面加工效率

1 問題的提出

    目前，國內(nèi)ZL40、ZL50裝載機大多采用行星式變速器，其箱體和雙渦輪液力變矩器殼體有一較大的結合面，如圖1所示。該平面作為箱體加工工序基準時，加工余量大，表面粗糙度、形位公差要求高，且面積較大（750×590mm），如何在保證加工精度的基礎上提高加工效率、降低加工成本是工程機械行業(yè)亟待解決的難題之一。

圖1 變速器箱體結構簡圖

2 原加工工藝

    各制造廠對該平面流行的加工工藝是使用立式車床。首先在劃線工序照顧箱體各處余量，劃出該平面加工線；然后在立式車床（C5116A）上分粗、精車兩步切削，第一次切削深度為10-12mm，留余量1mm 左右；第二次切削至尺寸，保證該平面的表面粗糙度和形位公差。

該加工方法存在以下缺陷：

a. 加工精度低。由于僅僅采用兩次切削，變形大，精度難以保證。

b. 加工效率低。由于首次切削深度大，切削阻力相應較大，進給量小，立式車床工作臺轉(zhuǎn)速低，且需要兩次切削，致使加工效率較低，一個班次的加工能力僅為 件。

c. 裝夾困難。由于是斷續(xù)切削，沖擊與振動較大，加工過程中零件容易松脫，危險性大。

3 組合刀具

1) 結構原理

    我們轉(zhuǎn)換思路，設計了一套方便易用的組合刀具，如圖2所示。主要由粗車刀1、半精車刀2（兼作副刀架）、精車刀3、對刀塊4、主刀架5（即立式車床的方刀架）和固定刀具的螺釘6、螺栓7組成。使用時，先放置對刀塊4，在主刀架5上用兩個螺栓7固定半精車刀2，然后在主刀架5上用兩個螺栓7固定粗車刀1，兩刀具高度差為%&mm；精車刀( 則用兩個螺釘) 固定在副刀架!（即半精車刀）上，與半精車刀高度差為1.5mm。該組合刀具整體和機床主軸連接后，立式車床工作臺旋轉(zhuǎn)，刀具進給，一次工作行程可完成粗車、半精車、精車三道工序。與原加工工藝相比，該組合刀具有如下優(yōu)點：

圖2 組合刀具簡圖

a. 把原工藝首次切削深度10-12mm分解為粗車6-8mm，半精車4mm，精車由1mm調(diào)整為1.5mm，降低了切削力，提高了工件裝夾的可靠性及加工精度。

b. 切削總次數(shù)由兩次降低為一次，提高了加工效率。

c. 切削深度的合理分配可提高機床工作臺的轉(zhuǎn)速。經(jīng)實踐，我們把轉(zhuǎn)速由23r/min提高到40r/min，這樣既可以避免粗車、精車使用同一轉(zhuǎn)速帶來的表面粗糙度不符合圖紙要求的問題，也可以提高加工效率。

d. 使用該方法后，一個班次的最大加工能力由6-8件提高到10-15件。

2) 設計和使用該組合刀具時應注意的問題

a. 由于箱體材料為灰鑄鐵HT200-400，且加工時為斷續(xù)切削，因此宜選擇抗彎強度高、耐沖擊性好的鎢鈷類硬質(zhì)合金刀具材料，如YG8A（粗車刀）、YG6（精車刀）等。

b. 粗車刀1、半精車刀2、精車刀3三者之間的距離應適當選取，過小不利于排屑且會加大切削力，過大會使主刀架和副刀架固定不穩(wěn)。經(jīng)驗數(shù)值為間隔35-40mm。

c. 三把刀具應做成分體式，否則刀具刃磨困難，刀具幾何參數(shù)得不到保證。

3) 粗車刀具相關幾何參數(shù)的選擇

a. 為加強切削刃的強度，減少主后面的摩擦與磨損，后角ao可選為10-12°（圖3）；

圖3 粗車刀具幾何參數(shù)

b. 為及時斷屑，不影響半精車刀切削，前面上應磨出斷屑槽，槽底呈圓弧形，可由多段圓弧組成。沿主切削刃方向，斷屑槽寬度逐漸減小，當切屑流過時可使其卷曲乃至折斷；斷屑槽應盡可能靠近主切削刃，僅留出很狹窄的倒棱即可，以便更可靠地卷屑和斷屑，這一點是組合刀具應用成敗的關鍵，應引起特別注意。

c. 使用圓弧槽形斷屑槽可使刀具獲得較大的前角（ a_o=13-20°），而不致過于消弱主切削刃。其它幾何參數(shù)的參考值如下：W=3-6mm；R_n=2-4mm；b_gmin=0.3-0.5mm（刀尖部位），主偏角K_r=70-75°。

4) 精車刀具的修光刃

   為進一步提高加工平面的表面質(zhì)量，如圖4所示，刃磨時，在精車刀具刀尖部位應修磨出三段直線（或圓�。�，各參數(shù)的參考值如下：副偏角K_r'=0°，修光刃長度b_r=2-3mm，主偏角K_r=55°。這樣選取幾何參數(shù)后，被加工面的表面粗糙度能得到顯著改善。

圖4 精車刀具的修光刃

4 結論

    近年來，為提高加工工效，某些工程機械制造廠曾嘗試改用龍門銑床代替立式車床加工變速器箱體該表面，但該種方法需特制大銑刀盤（直徑為f650mm），且已加工平面的表面質(zhì)量不夠穩(wěn)定，加工工藝成本較立式車床有所提高。而該組合刀具結構簡單，制造方便，加工效率高，經(jīng)實踐檢驗，加工精度完全符合圖紙要求，且提高了立式車床的利用率，值得在行星式變速器箱體、雙渦輪液力變矩器殼體以及其它類似大平面的加工中推廣使用。