高精度反锪加工刀具設計及應用

■哈爾濱哈量集團數控刀具有限責任公司（黑龍江 150040）張榮耀 武春紅 彭中偉

隨著制造技術的快速發展、數控機床的迅速普及和用戶要求的不斷提高，對機械產品的加工工藝性和加工要求也提出了更高的要求。按照常規的加工工藝，反锪孔加工出的工件表面粗糙度是不成問題的，但對于保證尺寸加工精度和位置精度就很困難。影響尺寸加工精度和位置精度的因素如下：

（1）工具系統的剛性：包括刀柄、刀片、刀桿及中間連接部分的剛性。如果是懸臂加工深孔且工件硬度高時，工具系統的剛性尤為重要。

（2）刀具系統的動平衡：相對于刀具系統的轉動軸心，刀具自身動平衡不好，尤其是刀桿，在轉動時因動不平衡產生的離心力的作用尤其顯著，從而加劇工具系統的振動。特別是在數控機床高速加工時，對刀具的動平衡性所產生的影響更大。

（3）切削條件：刀片的形狀（刀片的前角、刀尖半徑、斷屑槽形狀等）、切削速度、進給量不同，形成了不同的切削條件。

（4）冷卻方式：因切削液的供給方式及種類的不同而不同，冷卻方式有內冷卻和外冷卻。冷卻充分可以降低切削溫度，減少刀具磨損，還可以有效地減少刀具與切削粘結等。

如圖1所示，機械零件中用常規反锪刀加工90 mm和105 mm孔很難保證尺寸、加工精度和位置精度。本文針對此結構的工件，設計了粗、精反锪刀，可以保證尺寸、加工精度、位置精度及表面粗糙度的要求。

1.反锪刀具工具系統的設計原理

反锪加工中，刀具的結構設計非常重要。要加工圖示結構的工件，如圖1所示，可以看出尺寸加工精度和位置精度要求都很高，且被加工工件孔部位為封閉式結構，用以往的反锪孔加工方法很難滿足圖樣要求。這就要求我們必須從刀具的結構上進行改進，如采用刀桿穿過加工孔后安裝刀具且多刃切削的結構，锪刀的制造精度就可確保孔尺寸精度、位置精度及切削質量。若想實現加工出的孔表面粗糙度值低，那么刀具系統整體剛性必須好，冷卻方式最好采用內冷卻，利用機床切削液的內壓力有效控制切屑順暢排出，降低被加工孔表面粗糙度值。

以下將對此反锪整體刀具系統設計原理和使用方法加以詳細介紹。

反锪整體刀具系統的設計原理：要求被加工工件在同一個工部內，由機床和刀具來完成鉆、擴、鏜和反锪等工序加工，這樣刀具的回轉中心不會變，符合基準同一原則，因此加工誤差必然小，可以保證被加工零件的位置精度。零件的尺寸精度靠反锪刀來達到。根據反锪工序分為粗、精兩道工序，反锪刀相應制造成粗、精兩把反锪刀，粗反锪刀用來去除加工余量，精反锪刀用來保證尺寸加工精度。粗，精反锪刀三維結構，如圖2和圖3所示。

圖1 加工零件示圖

2.反锪刀具工具系統的具體操作方法

反锪粗刀采用三刃，工作外圓尺寸回轉精度公差為±0.15 mm；反锪精刀采用兩刃，工作外圓尺寸回轉精度公差為±0.05 mm。兩者均應采用兩個內冷卻孔，在反锪刀工作狀態下起到冷卻刀具及工件的作用。以保證零件的尺寸加工精度和位置精度。

反锪整體刀具系統組成如圖4所示。7∶24錐度刀桿、浮動銅套、擋圈、傳動鍵、反锪刀、緊固螺釘及開口墊圈（見圖5）構成反锪整體刀具系統。在反锪整體刀具系統工作前，先將反锪刀及開口墊圈卸下，按照事先編制的加工程序，在保證刀具各個部位不接觸通孔的條件下，讓反锪整體刀具系統穿過被加工孔，然后利用工件的半敞開結構，裝反锪粗刀，注意反锪粗刀傳動鍵槽及兩個內冷卻孔必須和反锪整體刀具系統傳動鍵及兩個內冷卻孔對正聯接，安裝開口墊圈擰緊緊固螺釘，達到緊固反锪刀的目的。此時可以進行反锪整體刀具系統反锪粗加工工序，粗加工工序結束，反锪整體刀具系統往前進刀，把反锪刀移動到工件的半敞開結構中，松開緊固螺釘移走開口墊圈，卸下反锪粗刀，更換反锪精刀進行反锪整體刀具系統反锪精加工工序，刀具更換在工件內部便可進行，實現了快換刀具的同時提高了工作效率。此時反锪整體刀具系統完成單個循環中的工作狀態。

3.結語

圖2 反锪粗刀

圖3 反锪精刀

圖4 刀具整體結構圖

在現場生產過程中，合理選擇和使用反锪刀，基本上可以解決常規加工中無法完成的反锪孔加工。隨著數控機床的廣泛使用，以前難以實現或無法實現的反锪切削問題，已得到解決。反锪整體刀具系統保證了加工質量，提高了工作效率，具有很高的使用、推廣價值。本文所設計的反锪刀在實際應用過程中，均能滿足產品工藝的要求，并且已經在上海某電機集團有限責任公司得到具體應用。

圖5 開口墊圈

[1]袁哲俊，劉華明.金屬切削刀具設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]牟宗平.反锪刀的設計改進[J].金屬加工（冷加工），2010.（23）.