小數(shù)控車(chē)床加工大模具工件的刀具改進(jìn)

余新軍

(深圳第二高級(jí)技工學(xué)校，廣東深圳 518107)

利用CJK6132A數(shù)控車(chē)床批量加工模具工件。如圖1所示，是一件滾壓模具，材料為模具鋼(經(jīng)調(diào)質(zhì)后達(dá)到48 HRC)，最大外徑為 φ254.394 mm，內(nèi)徑 φ105 mm，厚75 mm。需加工很深的圓弧槽、外圓及內(nèi)孔都要求Ra1.6 μm，表面無(wú)刮傷和毛刺。

工件的毛坯是采用模具鑄造成形，并在普車(chē)上已粗車(chē)好的成形工件，長(zhǎng)度方向留有2～3 mm的余量，而直徑方向留有3～4 mm的余量。

1 難度分析及工藝流程分析

從圖1要求及材料來(lái)看，主要是工件的直徑大，約為260 mm，而車(chē)床的回轉(zhuǎn)直徑只有320 mm。材料為模具鋼，硬度很高(48 HRC)，已接近于高速鋼車(chē)刀的硬度。既要考慮如何保證工件在加工時(shí)的定位精度，又要考慮裝夾方便、可靠、并且不能損傷表面，還要保證縮短加工時(shí)間，減少刀具的磨損，從而降低成本。因此關(guān)鍵是解決工件的定位裝夾和刀具的選用問(wèn)題。

根據(jù)工件圖樣，經(jīng)過(guò)工藝分析后，制定出以下加工工藝流程:

(1)用普通車(chē)床(CK6140)粗車(chē)內(nèi)孔、外圓、凹槽及各成形面，各部分尺寸要留有足夠的精車(chē)余量;

(2)數(shù)控車(chē)床用反爪夾緊左端φ211.547 mm外圓，半精車(chē)、精車(chē)內(nèi)孔至尺寸要求，并光正端面;再半精車(chē)、精車(chē)右端的外圓及凹槽至尺寸要求;

技術(shù)要求:①全部Ra為1.6 μm;②長(zhǎng)度公差為±0.003 mm，直徑公差為0至－0.02 mm;③凹槽要保證一次裝夾車(chē)削完成;④工件不得有缺陷;⑤表面無(wú)刮傷和毛刺。

(3)數(shù)控車(chē)床用軟卡爪的正爪撐右端φ105 mm的內(nèi)孔，車(chē)左端的臺(tái)階及R3 mm和R5 mm圓弧面及工件厚度至尺寸要求;

(4)檢查測(cè)量無(wú)誤后，拆卸工件，完成加工。

從上述工藝流程來(lái)看，似乎很簡(jiǎn)單。但在第2步加工時(shí)，如用一般車(chē)刀和正常的裝刀方法來(lái)加工凹槽的話(huà)，因?yàn)檐?chē)床的回轉(zhuǎn)直徑較小，刀架將出現(xiàn)超程，而無(wú)法進(jìn)行加工;另外槽深(深度約為45 mm)、兩邊還有圓弧，材料的硬度高，如何正確合理地選用刀具、切削用量和加工程序也有一定的難度，如選用不合理將直接影響到加工的效果和質(zhì)量。因此在這步加工工序中要考慮如何裝夾刀具和合理編程的問(wèn)題。

2 刀具的設(shè)計(jì)

由于工件直徑大，車(chē)床的回轉(zhuǎn)直徑小，如果采用常規(guī)方法裝夾，又采用通用的刀具來(lái)加工凹槽的話(huà)，刀架將會(huì)出現(xiàn)超程而無(wú)法進(jìn)刀，根本無(wú)法完成凹槽的加工。為解決此問(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)了一套適合上面工件加工的專(zhuān)用刀具，如圖2所示。

圖2是車(chē)刀的加長(zhǎng)桿，用方鋼制成，在距左端15 mm處橫向開(kāi)了一個(gè)17 mm×17 mm的通方孔，用來(lái)裝夾16 mm×16 mm的機(jī)夾刀。通方孔的上面有兩個(gè)M8 mm螺釘，左側(cè)面有一個(gè)M8 mm的螺釘，用來(lái)固定機(jī)夾刀。根據(jù)凹槽的外形，一開(kāi)始選用一把圓弧刀來(lái)加工，但由于材料硬，圓弧車(chē)刀的刀尖剛性不足，剛開(kāi)始進(jìn)刀時(shí)刀尖就崩裂了，根本無(wú)法加工。后來(lái)選用了35°的左偏刀和右偏刀各一把，把凹槽從中間分開(kāi)兩半來(lái)加工，先把右偏刀裝夾在刀桿上，用來(lái)加工凹槽的左邊部分，再換上左偏刀來(lái)加工凹槽的右邊部分。在剛開(kāi)始加工時(shí)右偏刀的刀頭太大，剛進(jìn)刀時(shí)會(huì)碰到凹槽的右側(cè)面，所以就用銑床把刀頭的右側(cè)面銑去一部分(如圖2的陰影部分所示)，左偏刀也要把另一側(cè)銑去一部分(為保證刀桿有足夠的剛性，銑去約1/4即可)。把刀桿安裝在前刀架的后面(如圖3所示)，這樣就解決了刀具及刀具裝夾的問(wèn)題。

3 刀具材料的選擇

(1)加工內(nèi)孔采用機(jī)夾刀，刀片為東芝的MPJ35，以縮短換刀時(shí)間，無(wú)需刃磨刀具，具有較好的剛性，能減少振動(dòng)變形和防止產(chǎn)生振紋;

(2)外圓及凹槽的粗車(chē)、半精車(chē)、精車(chē)均選用16 mm×16 mm的35°機(jī)夾刀完成，刀片選用東芝的NS530，此刀的硬度高，耐磨性好，抗振性強(qiáng)，同時(shí)也利于刀尖磨損后的更換，從而節(jié)省加工時(shí)間。

4 實(shí)際操作

4.1 切削用量的選擇(數(shù)控車(chē)加工部分)

由于材料太硬，在剛開(kāi)始加工時(shí)，因切削用量的選用不合理，造成工件振動(dòng)很大，聲音很響，刀片也很容易崩裂，后來(lái)經(jīng)過(guò)多次的更改，終于總結(jié)出了以下合理的切削用量，從而保證了加工效果和進(jìn)度。

(1)內(nèi)孔粗車(chē)時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為105～180 r/min，吃刀深度為0.4 mm，進(jìn)給速度為0.16 mm/r，留精車(chē)余量0.15～0.3 mm。

(2)內(nèi)孔精車(chē)時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為180 r/min，進(jìn)給速度為0.18 mm/r，采用一次走刀加工完成。

(3)外圓粗車(chē)時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為105～160 r/min，吃刀深度為0.6 mm，進(jìn)給速度為0.11～0.16 mm/r，留精車(chē)余量0.2～0.3 mm。

(4)外圓精車(chē)時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為180 r/min，進(jìn)給速度為0.16 mm/r，采用一次走刀加工完成。

4.2 工件加工時(shí)的特殊處理

(1)該工件加工的難點(diǎn)就在凹槽，用一把圓弧車(chē)刀無(wú)法加工。所以筆者用一把左偏刀和一把右偏刀把凹槽分為兩半來(lái)加工。為了不影響加工質(zhì)量，在換刀和接刀時(shí)嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)刀尖，編程時(shí)還要做適當(dāng)?shù)奶幚?，每把刀在中間下刀時(shí)采用了延長(zhǎng)距離和斜進(jìn)刀的方法來(lái)解決接刀問(wèn)題，從而保證了接刀處的加工質(zhì)量。

(2)因?yàn)楣ぜ呀?jīng)粗車(chē)成形，其實(shí)可以很方便地用G73來(lái)編程，但考慮到G73的分刀不均勻，一開(kāi)始會(huì)出現(xiàn)空走刀，后面一兩刀吃刀深度會(huì)很大，由于工件的硬度高，將造成車(chē)刀很容易崩裂。為了保證每刀的吃刀深度和進(jìn)給速度保持一致，筆者先用G71分段半精車(chē)，再用單段的G指令進(jìn)刀精車(chē)的方法來(lái)進(jìn)行編程，從而節(jié)省了加工時(shí)間，又保證了加工質(zhì)量。

(3)因凹槽的精度要求高，測(cè)量不方便，按圖紙要求，用線切割加工出相應(yīng)的樣板(如圖4所示)來(lái)測(cè)量，使測(cè)量既準(zhǔn)確又快捷。

根據(jù)以上分析，針對(duì)加工中出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題，采用了以下加工程序(只寫(xiě)出加工凹槽部分的程序):

5 加工時(shí)的注意事項(xiàng)

(1)在做加長(zhǎng)刀桿的四方通孔時(shí)，要考慮機(jī)夾刀裝進(jìn)刀桿后，裝在刀架上的刀尖高度不得高于車(chē)床的中心高度，否則車(chē)刀將無(wú)法對(duì)中;

(2)為增加刀桿的剛性，刀桿采用調(diào)質(zhì)工具鋼，刀桿的后端銑成35 mm×35 mm方形，前端銑成40 mm×40 mm方形，并根據(jù)工件凹槽的長(zhǎng)短位置尺寸盡量縮短刀架平面至刀尖的長(zhǎng)度為100 mm，刀尖至刀桿平面為55 mm(如圖2所示);

(3)使用軟卡爪可以保證工件的同軸度和垂直度，不會(huì)刮傷內(nèi)孔表面，保證其表面粗糙度達(dá)到要求;

(4)程序編制時(shí)要考慮凹槽接刀處的過(guò)渡連接光滑;

(5)加工過(guò)程中分粗車(chē)、精車(chē)刀片，保證工件的尺寸精度和表面粗糙度;

(6)工件要夾緊，以防在車(chē)削時(shí)打滑飛出傷人和扎刀;

(7)在車(chē)削時(shí)要充分地加注乳化液冷卻，可以減小工件的變形和延長(zhǎng)刀具的壽命，及減小表面粗糙度值;

(8)遵守安全文明生產(chǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際加工生產(chǎn)，證明加工生產(chǎn)工藝流程、刀具設(shè)計(jì)、程序編制及切削用量選用合理，縮短了加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，并保證了加工后零件的質(zhì)量，同時(shí)也解決了用小車(chē)床加工大模具，為企業(yè)節(jié)省了一大筆資金。

［1］陸根奎.車(chē)工技師培訓(xùn)教材［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］王愛(ài)玲.現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

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