用端銑刀盤加工半掛車內罐固定端支撐的方法

(中車西安車輛有限公司 陜西 西安 710086)

一、前言

在銑床上加工平面的方法已經在機械加工行業中得到了廣泛的應用，具體方法是用端面銑刀直接銑平面。但是在實際生產中用端銑刀加工圓弧面并不多見，尤其是半徑較大的圓弧面，加工難度極大，用一般的機械加工方法很難加工出來。我公司在生產實際中遇到一種鐵路用半掛車內罐固定端支撐零件的加工難題，由于該零件圓弧面半徑較大，如若采用刨床加工，由于該零件厚度較薄，平口虎鉗難以夾持，需要制作專門的夾具，且由于長圓弧面的存在，需要先進行劃線之后再進行刨削加工，費時費力，同時由于長圓弧面半徑較大對刨床操作人員的技術水平要求較高，加工完的尺寸難以保證，加工緩慢，生產效率低下。若采用車床加工，由于車削過程中加工余量較大且必須是斷續車削，同樣對操作人員的技術水平要求較高，且經常打刀，對車床損壞較大，生產效率低下。針對此難題，通過在生產實際中的不斷實驗，總結，反復論證，終于成功的用端銑刀盤加工出圖紙所需的尺寸，較好的解決了這一難題。

二、加工方法的選擇

我們知道，在立式銑床上加工平面時，當立銑頭軸線與工作臺不垂直時，會出現凹心現象，存在一數值為α的傾斜角(定義為主軸傾斜角)，刀尖運動軌跡的主視圖投影為一條與工作臺面成α角度的直線，俯視圖與側視圖為長軸直徑等于刀尖回轉直徑，短軸直徑隨α角度變化的橢圓。

當工作臺縱向進給時，被加工面為短軸方向向下凹的一段圓弧面。

當銑刀軸線與工作臺面平行時，被加工面的半徑等于銑刀刀尖回轉半徑(相當于用臥式鏜床銑孔或者用臥式銑床橫向進給銑孔)。而當銑刀軸線與工作臺垂直時，被加工面為平面(平面可看作是半徑無限大的圓弧面)。由此不難推斷出：當銑刀軸線與工作臺臺面的夾角由0°到90°逐一變化時，被加工面由半徑等于銑刀刀尖回轉半徑的內圓柱面逐漸變為半徑為無限大的平面。當主軸的傾斜角α處于0°到90°之間時，被加工面為一系列長軸直徑等于刀尖回轉直徑，短軸直徑隨傾斜角α變化而變化的內橢圓柱面。

下面分析主軸傾斜角α與被加工圓弧面半徑之間的關系。如圖1可知

圖1 主軸傾斜角與加工圓弧面半徑關系示意圖

(1)

式中α——主軸傾斜角；r——銑刀刀尖回轉半徑，mm；R——工件圓弧半徑，mm

由式(1)可知，使用相同直徑的銑刀，只需改變主軸傾斜角α就可加工出不同直徑的圓弧面。

注意選刀時，在條件允許的情況下，刀具直徑應盡量大于工件圓弧口寬L，其差值就越大，被加工出的工件弧面越接近圓弧面。它們之間的關系應滿足下式要求。

(2)

式中d0——刀具直徑，mm；L——弧口寬度，mm

由圖1可知，實例中弧口寬度L=240mm，則由式(2)可得

d0≥160mm

(3)

根據式(3)結合車間的具體情況，我們經過反復試驗，總結，最終決定選用直徑為φ400的端銑刀。則由式(1)可得Sinα=200/1178.5=0.17，則主軸傾斜角α=arcsin0.17=9.79°

三、銑刀刀片和夾持方法的選擇

由于此產品材料要求為S30408，此材質有以下幾點特性：

(1)切削時切向應力大，切削溫度高：此材料強度大，切削時切向應力大、塑性變形大，因而切削力大。此外由于此材料導熱性極差，造成切削溫度升高，且溫度往往集中在刀具刃口附近的狹長區域內，從而加快了刀具的磨損。

(2)奧氏體組織切削時加工硬化傾向大，通常是普通碳素鋼的數倍，刀具在加工硬化區域內切削，使刀具壽命縮短。

(3)容易粘刀。無論是奧氏體還是馬氏體均存在加工時切屑強韌、切削溫度很高的特點。當強韌的切屑流經前刀面時，將產生粘結、熔焊等粘刀現場，影響加工零件的表面粗糙度。

根據此材質的這些特性我們在加工改產品時一定要選擇合適的銑刀刀片與夾持方法。

1.選擇刀具。由于此材料切削時導熱性差，切削溫升高，且容易粘刀，我們選擇散熱耐熱性較好，抗粘結性較好，能承受一定沖擊載荷的YW1硬質合金銑刀刀片。

2.選擇夾持方法。由于此零件厚度較薄，只有24毫米，且零件內部有一直徑較大的通孔，如用傳統的夾持方法，容易造成零件在加工工程中向內塌陷，加工后的產品質量無法保證，嚴重者會出現打刀現象，對機床造成損壞，因此在選擇夾持方法時一定得注意。

在夾持零件時，我們先將立式銑床立銑頭扳轉9.79°，之后裝上端銑刀盤，將三爪卡盤上固定在工作臺面上，同時在卡盤三個爪的空檔處各放置一個頂尖，調整好三個頂尖之間的間距，將零件放置在頂尖的上面，同時調整頂尖的位置。然后用手柄轉動三爪卡盤將零件固定住，將零件圓弧中心與端銑刀盤對正，選擇縱向自動走刀銑削即可，在銑削過程中注意，在刀尖與零件的接觸處需不停地添加冷卻液，使熱量盡快排出。由于立銑刀頭扳轉了一定的角度，使得刀具的主偏角隨之減小，副偏角隨之增大，因此在銑削過程中，若切削余量較大時，可先將立銑刀頭扳轉較小的角度銑幾刀，之后再扳轉到合適的角度銑削。

四、總結

通過長期的實踐總結證明，此種加工方法銑削平穩，效率較高，加工后的的產品質量穩定，完全能滿足日常生產實際的需求，值得推廣。同時我們在日常的生產實際中，不要局限于傳統的加工方法，嘗試將理論知識和自己的實際經驗結合創造出新的加工方法。