加工臺車梯形面工藝分析及專用刀具設計

謝天飛（天津天鐵冶金集團有限公司機械裝修部，河北省涉縣056404）

加工臺車梯形面工藝分析及專用刀具設計

謝天飛（天津天鐵冶金集團有限公司機械裝修部，河北省涉縣056404）

燒結臺車是燒結機大中修必更部件，為了提高臺車使用壽命對臺車體進行了改型。為了加工改型后的臺車主梁，對臺車復雜加工面加工工藝進行了分析，設計、制作了專用刀具。實踐證明，新設計的臺車專用刀具提高了加工效率、刀具消耗僅為原來的1/10，單件加工成本節約1 280元，降低生產成本，使用效果好。

燒結機臺車梯形面刀具設計加工

1 前言

天鐵集團機械裝修部幾乎每年都為燒結廠燒結機大、中修生產大批備件。其中燒結臺車是燒結大、中修必更換部件。為了提高臺車使用壽命，維修方便，縮短加工時間，我們將臺車體改為高邦型（臺車體主梁高度小于臺車體兩端裝擋板平面的高度）。但給加工制作帶來困難，即用普通刀具加工臺車三條主梁上軌道梯形面，操作復雜、找正費時費力，而且需裝夾多次，勞動生產率低、加工工期長，成本居高不下。隨著煉鐵對燒結礦品質的提高，用戶對臺車質量、外觀、價格等方面的要求也隨之提高。因此，要提高產品質量、提高加工效率、降低產品價格，臺車加工專用刀具無疑是降本增效的最佳選擇。

2 臺車三條主梁上軌道梯形面加工工藝分析

在加工臺車三條主梁上軌道梯形面（以下簡稱梯形面）時，要達到技術要求的尺寸，需對四個面(即1、2、3、4面)進行刨削加工。如圖1所示。

原來的低邦臺車（即臺車體主梁高度大于臺車體兩端裝擋板平面的高度）加工時可以直接上刨床將梯形面刨出來。改為高邦臺車后，由于兩端的裝欄板平面高于臺車體主梁，采用刨削的加工方法無法退刀。所以設計專用高效鏜刀以鏜代刨，解決了刨床無法退刀的加工難題。因此我們設計制造了加工三條主梁上軌道梯形截面的專用刀具。經過分析，將梯形面的加工過程分為兩部分。一部分是考慮將1、4面使用一把刀具加工完成，其設計原理來源于圓盤銑刀的設計方法，即將圓盤銑刀裝在鏜床上，但不同的是我們設計的圓盤鏜刀有三個切削刃，每次切削有兩個切削刃參加切削；另一部分是將考慮2、3面使用一把刀具加工完成，其設計原理是將多面刃銑刀的設計原理應用到專用鏜刀的設計上制作一把圓錐鏜刀。下面就針對兩把鏜刀及刀桿的設計進行說明。

3 專用圓盤鏜刀的設計

刀具材料、結構和幾何參數是設計切削刀具的三項基本內容，下面就針對這三方面內容進行研究。

3.1 材料的選擇

刀具材料的切削性能，關系著刀具的耐用度和生產率，刀具材料的工藝性影響本身的制造與刃磨質量。臺車材料是球墨鑄鐵，鑄件毛坯表面有較多硬質點和夾渣，對加工刀具產生較大的沖擊振動，刀具容易被損壞。與機夾刀相比，焊接刀具有較優的抗沖擊振動性，具有較好的通用性。全面考慮材料的耐熱磨性、韌度和可加工性等因素，刀體材料全部選用鍛造45＃鋼。刀刃材料選用YG8硬質合金刀片。這種刀片的熱塑性、韌性和耐磨性好，比重小、價格便宜、磨削加工性較好。

3.2 刀具結構的確定

我們設想將臺車三條主梁上軌道梯形面，1、4面在一次裝夾中，用一把刀具進行加工，要達到以上目標，這就需要刀具有三個切削刃參與切削。當加工梯形面1面時，使刀具的1刃和2刃對工件進行切削；在加工梯形面4面時，使刀具的2刃和3刃參與切削。因為被加工面均為平面，所以切削刃的長度選為2 mm～3 mm。由于刀具設計成圓盤形刀，考慮到成本與刀刃數量，不可能在刀盤上每一度都焊一個刀刃，因此選擇隔一定的度數焊一個刀刃。加之圓盤的直徑不是很大，受圓盤直徑的限制，在圓盤每隔45°焊接一個刀片比較合適。由于所銑表面為平面，所以要求連接刀盤和刀桿的螺母必須沉在圓盤內，以使切削順利進行。加工鑄造毛坯件時，吃刀量大，需要在圓盤與刀桿連接處加一鍵，用來加大刀桿和圓盤間的聯接力，防止螺母滑動。

3.3 刀具幾何參數的確定

刀體材料和結構及刀具切削刃確定之后，其切削性能便由其幾何參數來決定。

3.3.1 刀盤尺寸的確定

因為梯形面1、4面所要加工寬度為120 mm，為提高加工效率，確定為一次走刀，即可完成加工。所以確定刀具外徑為?150 mm。選用YG8A120刀片其長度為20 mm，寬度為12 mm，厚度為5 mm。要將刀片焊接在刀盤上，刀盤的厚度我們確定為15 mm，這樣可使刀刃在兩邊各留有2 mm～3 mm的切削刃，刀盤上焊接的槽寬為5.2 mm。?55 mm與35 mm的凹臺為刀桿與刀盤連接時，螺母沉入刀盤所用。刀具在切削工件時，產生巨大的反作用力，為防止刀盤與刀桿間發生轉動。在刀盤和刀桿連接處都開有鍵槽，裝入18 mm寬的鍵塊來固定刀盤與刀桿。?30 mm尺寸根據刀桿強度確定。刀盤零件圖如圖2。

圖2

3.3.2 與刀盤配套的專用刀桿尺寸的確定

刀桿是連接機床主軸與刀盤的零件，刀桿太長進行切削時，刀具會以生強烈振動，太短又滿足不了加工需求。經過綜合考慮加工臺車的實際情況，選取刀桿長度為500 mm，刀桿上寬為18 mm的槽與刀盤裝入鍵塊。因為鏜桿是裝在T611H落地鏜床上的，所以其末端錐度和銷子孔與鏜床主軸配做。刀桿零件圖如圖3所示，圓盤鏜刀裝配圖如圖4所示。

圖4

4 專用圓錐鏜刀的設計

為了解決梯形面2、3面加工的困難，設計了一副圓錐鏜刀。因為臺車三條主梁上軌道截面為等腰梯形面，所以把鏜刀設計成為圓錐形的，使圓錐鏜刀切削刃與其中心線的交角設計成18°26′，這個角度正好是梯形面兩腰與底面的交角的余角。這樣可使2、3面在加工完1、4面時，不用重新裝夾，只換一副圓錐鏜刀即可完成加工。圓錐鏜刀實際上就是一把成形刀，提高了加工效率。圓錐鏜刀刀頭與刀桿通過螺母連接在一起，刀頭與刀體材料均選用鍛造45#鋼。

4.1 刀頭的設計

刀頭刀片材料選用YG8A150硬質合金刀片，采用分段切削以利于排屑。刀頭齒面伸出尺寸為3 mm～5 mm，刀片均勻分布在刀頭圓錐面上，選用焊接6片刀片。焊接刀片時應注意，假定刀頭的旋轉方向一定，所有刀刃切線方向需與刀頭旋轉方向一致；法線方向須指向圓錐鏜刀中心線。且相對兩刀刃法線的連線，需經過圓錐鏜刀中心。這樣可以減少刀具在切削時的振動和切削能均勻地進行，提高刀具使用壽命。多刀片參與切削減少了單個刀片的吃刀量，減輕了刀片的切削負載，也改善了切削條件，因此大幅提高加工效率。刀頭零件圖如圖5所示。

4.2 圓錐鏜刀刀桿的設計

專用圓錐鏜刀刀桿同前面的專用圓盤鏜刀刀桿大同小異，不同的是取消了鍵槽。因為專用圓錐鏜刀進行切削時，刀頭受力可分解為軸向壓力和法向力兩部分，軸向壓力不會使刀頭相對刀桿發生相對轉動，從而起到代替鍵起到防轉作用。經過綜合考慮臺車倒角的實際情況，選取刀桿長度為500 mm。刀頭與刀桿用螺母連接。刀桿示意圖如圖6，專用圓錐鏜刀裝配圖如圖7。

圖5

圖6

圖7

5 專用鏜刀在臺車加工中的特點

5.1 提高切削加工效率

專用鏜刀在加工臺車過程中，圓盤鏜刀可在一次裝夾中完成兩個面的加工，縮短輔助時間近300%。同時，可以大吃刀量的進給。專用圓錐鏜刀，不用另行裝夾即可完成兩個倒角的加工，縮短找正時間500%。大幅度提高了切削加工效率。

5.2 節省刀具材料，降低成本

一把專用圓盤鏜刀，至少可以加工10部臺車梯形面，一把圓錐鏜刀可以完成50部臺車梯形面的倒角任務。刀具消耗僅為原來的1/10，節省刀具材料，降低綜合成本。由于大量地減少了刀頭使用量，因此減少了刀頭的生產和庫存。

5.3 經濟效益

原來臺車在B2012A刨床上加工一件所需工時32 h，每小時刨床成本為80元，單件加工成本為80×32=2 560元。改為T611H落地鏜床加工后，加工效率大幅提高，單件加工工時縮減為16 h，鏜床每小時加工費用為80元，此時每件臺車加工費用為80×16=1 280元。

每件節約成本：2 560元-1 280元=1280元

每年按生產105件臺車計算，可節約生產成本：

105×1 280元=134 400元。

6 結束語

專用圓盤鏜刀和專用圓錐鏜刀的設計，在保證臺車質量的同時，解決了臺車在刨床上加工無法退刀的問題，大幅提高了加工效率，縮短生產工期。目前燒結廠一燒和三燒車間以及崇利制鋼都在使用，效果良好。

（收稿2010－03－20責編趙實鳴）

[1]陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具[M].北京：機械工業出版社,2002.

[2]天津市機械工業局教研室.新編實用五金工具手冊[M].北京：計量出版社,1992.97～124.

Process Analysis on Trolley Trapezoid Area Machining and Special Cutter Design

Xie Tianfei

The sintering trolley has to be exchanged each mediate repair or overhaul at sintering machine.In order to prolong the service life of the trolley,modification is carried out.The machining process of the complicated machining area of the trolley is analyzed and special cutter is designed and made to machine the main beam of the modified trolley.Practice shows the newly designed special cutter can provide higher machining efficiency.The cutter consumption is only 1/10 of that of the original.Specific machining cost is saved by 1,280 RMB,resulting in the reduction of production cost.Good application result is obtained.

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謝天飛，男，2006年畢業于甘肅農業大學工學院機械設計制造及其自動化專業，現在天鐵集團機械裝修部從事機械制造與加工工作。