鋸機主軸半精車方法改進

■ 山東匯泉廚業有限公司 （濱州 256510） 霍興勝

QJS180鋸機主軸是一種典型臺階軸類零件（見圖1），材料為45鋼。該件是由鍛坯正火后再進行粗車的，粗車后預留半精車余量在2～4mm。

以前的半精車工序中，是用90°外圓車刀（本文所指刀具為機夾式車刀，刀片材料為硬質合金YT15）擔負著除端面和倒角以外幾乎全部的外圓加工，承擔了主要切削任務。而45°外圓車刀僅用于車端面和倒角的過程中，起次要作用。但通過筆者不斷地嘗試，對半精車加工中的刀具幾何角度、工藝方法等幾方面做出部分改進后，不僅明顯提高了加工效率，而且刀具的使用壽命也同時得到了提高。

（1）改用45°外圓車刀半精車大部分外圓（除左端φ80mm和φ150mm以外臺階）， 90°外圓車刀清根的方法加工工件。改變了兩者主次關系，調整了切削用量。附表是試驗后，兩種刀具的切削參數的對比。

通過附表的對比不難看出，工件在加工時轉速和進給量等參數上顯著提高了。那么為何會有這么大的差別呢？

圖 1

切削參數的對比表

如圖2所示，當車床每轉進給量用線段AB表示，用矩形ABGF和ADEH分別表示90°外圓刀和45°外圓車刀的切屑厚度。

不難看出，在直角三角形ABC中，直角邊BC的長度必然要小于斜邊AB的長度。也就是說在進給量相同的情況下，45°外圓車刀與90°車刀的切屑的厚度之比為1︰ 2；而在背吃刀量（L）相等時，在直角三角形ADF中，直角邊A D和斜邊A F，分別為45°外圓車刀與90°車刀主刀刃的負荷分布長度。也就是說在同樣的切削力與切削熱的情況下，前者較后者有更長的散熱長度和較小的表面壓強。這就是刀具在主偏角改變后，刀具切削用量為何能夠加大，而且刀具壽命并不降低的重要原因。但需要說明一點，工作中選擇上表中切削用量的上限，刀具的壽命將處于數值的下限值。

圖 2

（2）在主后刀面上磨出“消振棱”，結合人工“磨合切削刃”的方法，能使加工過程的振動現象得到有效的扼制。45°外圓車刀雖然具有上述優點，但也同時存在不利的方面：較大的徑向切削分力。而90°車刀的主要切削力方向是沿走刀方向平行于軸線的，徑向分力很小，這就是車細長軸類工件多選用較大主偏角刀具的原因。

本工件的長、徑尺寸比按1130：70.5≈16︰1，最細處直徑為φ70.5mm。半精車余量在4mm以下，雖然工件的從外形、切削力方面分析，其剛性相對較好，但由于改進后所采用了較高的車削速度和徑向分力較大的刀具，產生振動的傾向也增大了。所以必須首先解決切削過程中振動的產生。而采用在車刀的后刀面磨出消振棱的方法，是一種抑制振動的有效方法（如圖2紅色處）。

“磨合現象”在車刀中的應用。刀具的使用磨損分初期磨損、正常磨損和后期磨損。刃磨后的車刀，刃口上有許多鋸齒狀的小缺口，如果在刃磨后直接使用，切削負荷極易在這些強度薄弱的位置引起應力集中，而形成刀具的早期破損。

圖 2

較可行的辦法是用油石適當研磨車刀的各個刃口及刀面，進一步降低表面粗糙度，盡可能消除微觀缺陷，鈍化刀刃的尖角，提高其抗沖擊性能。這個研磨過程十分重要，相當于車刀的初期磨損，能大大提高車刀的抗破損能力。

車刀在安裝后的工作實際角度，會因安裝誤差而發生偏差，從而改變了刀具刃磨后本身的角度，這種誤差會給加工造成一定影響。這種現象多發生在細長軸類工件的首件加工中，剛磨好的刀具常會出現明顯的振動現象，造成加工面出現明顯振紋，嚴重時甚至使加工過程被迫中止。通常這種現象會被認為是刀桿的強度低或是機床結構中某些部位間隙過大，工件剛性不足等原因所至，所以首先設法強化刀桿的強度，或是調整機床，降低車削速度等方法。

在排除以上原因仍未得到控制時，在很大程度上就是刀具后角偏大所造成的。而依據“磨合現象”，在主后刀面磨出一個寬0.2～0.4mm左右，后角為0的消振棱，配合油石研磨刀刃后，一般能消除振動現象的發生。如果仍未消除，可采用提高車削速度小吃刀的方法，試切一段時間后（目的在于加速初期磨損的過程），再進行正常加工參數的切削加工，就能根除振動的發生，這就是筆者所說的“磨合現象”。

這時作為消振棱的這個棱面，在切削時與工件產生摩擦所產生的反作用力，這個作用力在一定程度上會減弱或抑制了振動的發生。實踐證明，振動現象一般是常發生在前三、四件加工過程中，而通過這個“磨合”期的刀具，從理論上來說，消振棱的刃磨偏差和安裝誤差在此期間被磨損掉了，形成了實際存在的0°后角的消振棱，即工件與刀具之間形成了“默契”的工作關系，從而有效地抑制了振動的發生。有些書籍上也介紹過其他消除自激振動的方法，如采用消振器，但不如該方法方便實用。

（3）雙重后角結構，能兼顧到刃口的強度與耐用度。理論上主后刀面較為合適的后角是3°～5°，但由于刃磨和安裝的誤差，使我們很難掌握得恰到好處，而采用在后刀面上磨出消振棱的辦法，只要恰當控制后刀面VB寬度（經驗值VB約為0.2～0.3mm，其后角為0°）并進行適當的“磨合”，振動現象會得到有效扼制。

適當增大后角可明顯降低切削阻力，使切削變得輕快，這在手動進刀時會有明顯感覺。然而較大的后角又易于產生振動，所以采用“雙重后角”結構，車刀就具備了既快又耐用的特點。如果出現單純的刀刃正常磨損，只需要拆下機夾刀片來，手工在砂輪上稍加修磨，就可再次使用。而用這種方法磨出的刀片，刃口一般不易出現明顯的“小缺口”的崩刃現象。

（4）增大刀尖圓弧半徑尺寸。較大的刀尖（過渡刃）能使刀具的抗沖擊性及散熱效果得到明顯改善，而且降低了工件表面刀痕殘留面積的高度，這為減小粗糙度提供了保障。當然，較大的圓弧尺寸切削力也有明顯的影響，經驗值是控制在R2.5～R3mm。

（5）較寬的倒棱結合較大的前角，在強化刀刃的同時，對切削力的增大也不會有較大影響。由于刃口倒棱的寬度值一般是走刀量的30%～70%，我們選擇的是較大的走刀量參數，自然也應選用較寬的倒棱寬度值，這樣刃口的強度及散熱能力也會隨之提高。此時適當增大排屑槽的寬度和深度，使刀具前角加大，降低了切削力的同時，切削熱也會明顯降低，排屑變得通暢。一般鐵屑呈白色的長螺旋繩狀排出，在刀具使用壽命的中后期會出現微黃色，并隨切削時間的增長鐵屑顏色也變深，此時應及時磨刀，不然當切屑呈深藍色時，刀具磨損已是很嚴重了。此時再磨刀，就很難出現理想的切削效果了。

如果刀具在采用前述方法車削時，鐵屑呈現深黃色，而且是C形屑，這說明前角小，排屑槽偏淺、偏窄。在修磨排屑槽時，一定要平行于主刀刃，倒棱寬度要保持基本一致。刃傾角為0°或正值，控制切屑流向不能朝向已加工面，以免產生劃傷和鐵屑亂蹦現象。磨刀時砂輪的圓角不能太大，否則就易磨成寬而淺的排屑槽，也就無法達到前述效果。

（6）加工先后順序的改進。以前車工件時，是先從最大尺寸的臺階開始，依次向床尾方向的加工順序進行的，其間在反復的空行程上，浪費了許多時間。由于粗加工中各臺階的長度尺寸已車好，所以工件裝夾好后，完全可以從尾座至床頭的加工順序，減少了空行程中的時間消耗，工件的臺階越多，節省的時間就越多。

因這種方法的加工路徑基本是“順路”加工，再用90°外圓車刀清根時，也只有很少的一段行程了。而原來的方法是多走了一個工件長度的行程。

以上改進的工藝方法，是筆者在多年的實踐中得出的經驗。在此特別說明的是，工件坯料中如有焊點、氣孔、白點、彎曲過大或經過調質處理的，均不適用此方法加工。

[1] 任庚. 事半功倍的新工藝刀具鈍化[J].《金屬加工（冷加工）》，2009（8）:55-56.