數控組機新型精鏜刀應用及分析

■湖北三環汽車方向機有限公司 （咸寧 437000） 周 波 戴 雄

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近幾年隨著市場的調節，汽車轉向器需求非常火爆。轉向器中殼體加工數量也不斷增多，由于其加工精度較高，國內大量使用臥式加工中心進行加工，而一臺臥式加工中心最少在80萬元以上。投入成本相對較高而工效平平。為提升殼體零件的加工效率又同時達到較高的產品質量，就必需配備與其相適應的高精度自動化的機床和刀具，這也是機械加工業中至關重要的一環。只有創新出經濟實用的設備和刀具才能實現加工零件的質量完全符合產品設計要求，才能規避市場的風險。

我公司是生產汽車轉向器的專業廠家，殼體是汽車轉向器中關鍵性的零件，加工質量的好壞直接影響到整個轉向器的綜合性能，因而加工精度要求較高。

圖1

如圖1所示殼體零件缸孔的加工工序一般都是采用臥式加工中心完成，分別由銑大缸孔端面、粗鏜缸孔和精鏜缸孔三個工步組成。臥式加工中心屬于通用設備，應用范圍廣。雖然能保證產品加工精度要求，但對于大批量生產來說其工效較低。同時長期粗、精加工同時進行對機床的使用壽命有較大的影響。

組合機床作為一種專用機床相對通用設備有其自身的優勢：①組合機床上的通用部件和標準零件約占全部機床零部件總量的70%～80%，因此設計和制造的周期短，設備投資少，經濟效果好。②由于組合機床采用多刀加工，并且自動化程度高，因此比通用機床生產效率高，產品質量穩定。③組合機床的通用部件是經過周密設計和長期生產實踐考驗的，因此結構穩定、工作可靠，使用和維修方便、成本低。

雖然組合機床有以上優勢，但組合機床確有一個通病，國內外都沒有為組合機床而設計的精鏜缸孔用刀具，較高的加工質量難以保證。

因此我們有針對性地設計了一種新型精鏜刀與組合機床配合使用，它結構緊湊、性能可靠、通用性能較強且能使加工質量明顯提升，能夠滿足高質量加工要求，取得了較好的綜合經濟效益。

1.新型復合精鏜刀和組合機床完美結合

（1）組合機床的選型。組合機床按配置形式分為單工位和多工位機床兩大類。工位指一次裝夾工件后，工件與夾具或設備的可動部分一起相對刀具或設備的固定部分所占據的每一個位置。機床每個工位又分為單面和雙面，多工位機床則有移動工作臺式、回轉工作臺式、中央立柱式和回轉鼓輪式等配置型式。在選型時我們主要考慮三個方面的因素：

一是加工精度的影響。當工件的加工精度要求較高時，應采用具有固定夾具的單工位組合機床，零件位置精度要求較低時，可采用具有移動夾具的多工位組合機床。此外，還要考慮到不同布置形式的機床所能達到的加工精度。

二是工件大小、形狀和加工部位特點的影響。對于較大的工件，宜采用單工位機床，反之，宜采用多工位機床；對于大直徑深孔的工件，宜采用具有剛性主軸結構的立式機床；對于被加工孔的中心線與定位基準垂直的工件，一般采用立式機床。但考慮殼體零件排屑方便，故可采用臥式組合機床。

三是生產率的影響。零件的生產批量大小決定采用單工位、多工位或自動線，有時從工件的外形及輪廓尺寸上看，可采用單工位固定夾具的機床布置形式，但是由于生產率要求很高，就不得不采用多工位的機床布置方案，以便使裝卸工件時間與機動時間重合。

根據殼體零件的特征該組合機床布局為：液壓系統移動式工作臺三工位單面銑鏜床（如圖2）所示。

鏜削頭的工作行程可采用下式計算：

式中， L加為工件加工部位的長度； L1為刀具切入長度； L2為刀具切出長度。

鏜削頭的總行程為：

式中， L快是鏜削頭的快進長度。

而移動式工作臺的總行程必須大于銑削頭、粗鏜頭、精鏜頭的整體布局長度。

（2）銑削刀具的選擇。按相關的資料選取端銑刀的形式。在銑削過程中，端銑刀的直徑要大于加工工件的最大寬度，由圖1可知最大為163mm，故端銑刀的直徑選取200mm為宜，其齒數選密齒型Z=12。為使組合機床更好的提高生產效率，加工質量更好，合理的選擇銑削用量是非常必要的。銑削用量的選擇應該使選擇的刀具充分發揮其性能。所以就不能選擇太低。考慮到批量生產時也沒必要把切削用量選太高，以免增加刀具損耗。根據加工鑄件的實際情況采用的銑削用量推薦如下：

圖2 1.液壓站 2.缸孔精鏜頭 3.復合精鏜刀桿 4.缸孔粗鏜頭5.粗鏜刀桿 6.銑削頭 7.銑刀盤 8.殼體零件9.數控系統 10.移動式工作臺 11.防護罩

圖3

圖4

銑削深度T≤3 mm

銑削速度V≤120 m/min

每齒走刀量≤0.5 mm

（3）新型復合精鏜刀具設計。組機上使用的鏜刀普遍采用的方案是：鏜刀桿上安裝一把手工磨制的焊接小方刀，如圖2所示。加工鑄件時刀片材質一般選用YG8，線速度不超過60m/min，焊接刀片抗沖擊性能好，比較適合粗加工。但由于焊接刀片采用的材質所限，加工殼體內孔圓柱度φ0.02mm、表面粗糙度值Ra=1.0μm都不能保證。

為達到采用臥式加工中心加工優良的加工質量的目的，需要解決刀具精度問題。而組機精鏜頭所用刀具在國內外都沒有相應的標準件可選。因此我們設計制作了一種新型復合精鏜刀，如圖3所示，再配上優質的刀片，復合精鏜刀包括中間接桿、精鏜刀頭和精鏜刀片三部分，圖3中刀桿前端為精鏜刀頭，我們選用的是BIG的標準精鏜刀頭。后半部分是自行設計制作的中間接桿。中間接桿的結構如圖4所示，它的大端與鏜削頭的外錐配合，小端與BIG的標準精鏜刀頭外圓配合，將臥式加工中心所用的精鏜刀頭和精鏜刀片完美的與組機鏜頭進行了對接，最大限度的提升了組合機床的加工精度。

2.采用新型復合精鏜刀在組合機床加工經濟性分析

根據工藝節拍計算通過設計改進，該殼體生產線配備了兩臺數控組合機床，采用粗、精工步分開的加工方法，設計制作了復精鏜刀，保證了加工精度。并完全替換了臥式加工中心的殼體銑端面、鏜缸孔等加工工序。

（1）單件殼體鏜銑加工時間由19min29s提升為9min33s，工效提高了50.9%。按原產量4 000件計算，現在可以加工8 160件，流動資金周轉率也相應的提高了一倍。按工時工資每月5 000元計算，兩班生產每月可節約5 090元，全年可節省工時開資6.1萬元。同時保證了市場需求，產生的間接經濟效益是無法估量的。

（2）臥式加工中心兩臺價值160萬元、精鏜刀具兩套3.2萬元，現采用的組合機床兩臺組合機床24萬元、刀具1.2萬元，共計節約了138萬元的設備和刀具投入。

（3）采用數控組合機床加工出來的殼體缸孔圓柱度和表面粗糙度，都優于臥式加工中心（見圖5）。由于主軸剛性好機床使用壽命比臥式加工中心要強（精度不易喪失），而采用復合精鏜刀具在數控組合機床上使用這一技術創新填補了我國刀具行業的一項技術空白，有較大的推廣空間。

圖5

3.結語

通過對設計改進后的數控組合機床上復合精鏜刀的應用以及經濟性分析，我們認為這種工藝方案的加工精度完全能夠保證產品的加工要求，并且大大地縮短加工時間，提高了生產效率，保證了產品質量。通過近一年的使用，數控組合機床上復合精鏜刀的應用取得了顯著的經濟效益，它在成線大批量生產中完全優于臥式加工中心的加工方式。