組合刀具提高立式車床大平面加工效率

1 問(wèn)題的提出

    目前，國(guó)內(nèi)ZL40、ZL50裝載機(jī)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(jié)合面，如圖1所示。該平面作為箱體加工工序基準(zhǔn)時(shí)，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(chǔ)上提高加工效率、降低加工成本是工程機(jī)械行業(yè)亟待解決的難題之一。

圖1 變速器箱體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 原加工工藝

    各制造廠對(duì)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(yīng)較大，進(jìn)給量小，立式車床工作臺(tái)轉(zhuǎn)速低，且需要兩次切削，致使加工效率較低，一個(gè)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(dòng)較大，加工過(guò)程中零件容易松脫，危險(xiǎn)性大。

3 組合刀具

1) 結(jié)構(gòu)原理

    我們轉(zhuǎn)換思路，設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)，先放置對(duì)刀塊4，在主刀架5上用兩個(gè)螺栓7固定半精車刀2，然后在主刀架5上用兩個(gè)螺栓7固定粗車刀1，兩刀具高度差為%&mm；精車刀( 則用兩個(gè)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(jī)床主軸連接后，立式車床工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，刀具進(jìn)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(diǎn)：

圖2 組合刀具簡(jiǎn)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(jī)床工作臺(tái)的轉(zhuǎn)速。經(jīng)實(shí)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(lái)的表面粗糙度不符合圖紙要求的問(wèn)題，也可以提高加工效率。

d. 使用該方法后，一個(gè)班次的最大加工能力由6-8件提高到10-15件。

2) 設(shè)計(jì)和使用該組合刀具時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

a. 由于箱體材料為灰鑄鐵HT200-400，且加工時(shí)為斷續(xù)切削，因此宜選擇抗彎強(qiáng)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(yīng)適當(dāng)選取，過(guò)小不利于排屑且會(huì)加大切削力，過(guò)大會(huì)使主刀架和副刀架固定不穩(wěn)。經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為間隔35-40mm。

c. 三把刀具應(yīng)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(guān)幾何參數(shù)的選擇

a. 為加強(qiáng)切削刃的強(qiáng)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(shí)斷屑，不影響半精車刀切削，前面上應(yīng)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(dāng)切屑流過(guò)時(shí)可使其卷曲乃至折斷；斷屑槽應(yīng)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(diǎn)是組合刀具應(yīng)用成敗的關(guān)鍵，應(yīng)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(guò)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(jìn)一步提高加工平面的表面質(zhì)量，如圖4所示，刃磨時(shí)，在精車刀具刀尖部位應(yīng)修磨出三段直線（或圓弧），各參數(shù)的參考值如下：副偏角K_r'=0°，修光刃長(zhǎng)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(jié)論

    近年來(lái)，為提高加工工效，某些工程機(jī)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，加工效率高，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，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。