硬質合金組合銑刀的設計

哈爾濱第一工具制造有限公司（黑龍江 150078）趙秀芳

隨著我國現代工業步伐的加快，伴隨著工業中的造船、水電、機床、汽車及軍工企業的不斷更新發展，許多新產品、新設備不斷的研制，促進了刀具生產的快速發展。以汽車工業為例，我公司為天津汽車公司設計了多種配套刀具，具備了向用戶提供整套加工方案的能力，用于加工發動機缸體、缸蓋及變速箱等專用刀具，以硬質合金組合銑刀的設計為例。

1.設計原理

這種刀具是在專用設備上加工球形齒輪的安裝部位，由于齒輪的安裝部分要求嚴格，使用時利用花鍵軸滑動進行兩側球面切削，主體部分為右旋，而分體部分切削刃為左旋，這樣在同一個方向上才能實現兩側切削，齒輪要用銑刀銑出的面與軸的球形面配合嚴密，才能在汽車變速中快速變換齒輪位置，如果齒輪球面與所配合的軸體球面配合的不緊密，不但影響汽車的變換速度，而且會產生噪聲，影響汽車的整體質量，所以刀具的各尺寸要求較為嚴格。

2.結構分析

該組合銑刀的整體要求如圖1所示，是由主體和分體兩部分組成，需要分別磨削。由于被加工工件已經經過熱處理，所以工件較硬，需要用硬質合金刀具加工，專用設備上安裝兩件齒輪刀具，需要在一根花鍵為軸上兩面切花，所以該刀具設計為雙面球形，主體部分內孔為花鍵4-10H7/f 7×12H10/d11×3H11/d10，球面外徑為36h9，而球體部分為球Sφ71.9H9，球形刀的刀頭部分兩端均為（15±0.02）mm，從整體要求上看，各方面的幾何尺寸要求較精密，為此需設計出合理的夾具方能加工出合格的產品。

圖1

3.工藝分析

（1）主體工藝流程：車各部→銑刀片槽→銑排屑槽→鉆鉸M4螺孔及φ3mm銷孔→去毛刺→熱處理、噴砂→焊刀片→磨內孔→粗磨各部→精磨各部分體工藝流程：車各部→磨兩平面→銑刀片槽→銑排屑槽→鉆鉸M4螺孔及φ3mm銷孔→去毛刺→熱處理、噴砂→焊刀片→磨內孔→粗磨各部→精磨各部。

（2）從車、銑、拉制內孔、高頻焊接等各工序嚴格把關，同時設計了所需夾具，順利完成了半成品的加工，進入了產品磨削各序的生產，為了達到本產品的技術指標，設計出了磨刀具夾具如圖2所示。

圖2

圖3

以底座中的兩個軸承相配合，并聯接旋轉架及安裝架，安裝架用于安裝被加工件，同時在安裝被加工件時用對刀板控制。

（3）主體以內定心花鍵定心，在外圓磨床上以內孔定位加工出內孔，須用心桿如圖3所示。

為控制產品的一致性加工需要，還要在安裝時保持產品間的一致性，以心桿為主導設計出定位板，以保證加工方便和產品的長度一致。

4.安裝與加工

主體安裝在心桿上，用對刀板對好后，用固定螺栓固定即可進行磨削，分體部分需要M4螺栓將產品安裝在心桿上。在安裝完工件后，采用金剛石樹脂砂輪磨削，為防止磨削過程中砂輪產生脫粒面造成R尺寸不符合工藝要求，首先要進行粗磨，先利用對板（比設計尺寸小0.02mm）進行粗磨，使工件的R比工藝要求尺寸大0.02mm，然后再進行精磨，避免了由于未經粗磨磨制量過大，砂輪脫粒快，尺寸不穩定等因素。粗加工能很快地除掉余量，精加工能提高精度和表面粗糙度。在加工過程中刀具消耗減少，減少加工時間同時節省成本。在加工過程中，由于機床精度不夠，需要將百分表支在橫向進給上，表尖則對在縱向進給上，緩慢地橫向進給（上刀）在擺動R夾具時要均勻，不能斷續擺動，擺動速度不能過快，在加工過程中，要經常用R樣板測量，同時用對刀板隨時調整工件的位置，使其達到R35.99mm的尺寸，測量中要求樣板必須放在兩個前刃面的邊緣上，這樣才能保證測量的準確性。在加工中砂輪在接觸到產品端面后即轉動旋轉架，通過機床上刀，即能加工成Sφ71.99mm的球面，通過上述的加工后，刀具的球面達到了工藝要求。

在磨完球面后，還有R的后角，此刀具的切削刃后角為10°，采用磨R夾具，按磨球面時的安裝方法，需將R夾具用10°墊鐵墊起，采用仰角磨削的方法，進行單齒后角的磨削（每個刀體為四個齒），同時需要用定位板定位進行橫向進給，同時擺動夾具磨掉R面的后角部分，留出小于0.01mm的白刃，并且必須保證白刃的尺寸均勻，不能留的過寬和磨掉白刃，才能真正地保證球Sφ71.99mm 的幾何尺寸，達到用戶所需的技術要求。但是由于銑削過程中顫振的存在，直接影響工件的加工質量、機床的生產效率、工具和機床的壽命，甚至直接威脅操作者的生命安全，因此很有必要對控制進給量，以避免銑削過程中失穩。

根據工具工藝要求及加工的需要，測量半徑R35.99mm，用磨削R夾具磨削球面需設計球面樣板，用于加工時對尺寸的測量，以此樣板控制球面幾何尺寸能否達到工藝要求。

5.組裝

裝配時采用銷子和螺紋方式使它們聯接在一起。同時為調節尺寸之間加調整墊，以兩個M4螺栓緊固，用兩個銷子定位，以保證刀具使用過程中的安全性及被加工件的尺寸精度。經過以上的精細加工，在滿足客戶需求的同時，為公司創造出較高的經濟效益。

6.結語

該硬質合金組合銑刀的設計，為用戶提供極為滿意的產品，它能保證產品的加工質量、提高勞動效率、降低成本。我們要不斷創新，生產出更多的精密復雜刀具，用更多的硬質合金刀具替代高速工具鋼產品，不斷地為用戶的需要研制出更多的新型刀具。