可調式粗精復合鏜刀的設計及應用

田永超

(永城煤電控股集團有限公司，河南 永城 476600)

鏜刀是機械加工行業中鏜削加工的一種刀具，一般是圓柄的，也有方形刀桿用于較大工件的加工，最常見的應用場合是內孔加工、擴孔、仿形等[1-4]。鏜刀用于對已有的孔進行粗加工、半精加工或者精加工，但是鏜刀并不是只能加工內孔，也可以對工件的端面和外圓進行加工。另外，鏜刀不僅可以在鏜床上使用，也可以在車床或銑床上使用。為了滿足不同尺寸孔徑和深度的加工需要，同時減少鏜刀的規格種類，人們將鏜桿和刀頭設計成系列化的模塊，使用時根據實際需要選取合適的模塊拼成各種鏜刀，從而簡化了刀具的設計和制造過程[5-9]。目前市面上的鏜刀，大多都是單一的粗鏜刀或精鏜刀，少數粗精一體的鏜刀成本價格比較昂貴，但是在實際生產過程中，工件上的一個孔甚至多個不同尺寸的孔要求先進行粗加工再進行精加工，才能滿足使用要求。比如，每年約承擔近20臺采煤機大修，其搖臂、牽引箱體上有數個直徑不同的鉸接孔需要補焊后修復，現有條件下，需要通過換刀分別進行粗加工、精加工來實現。這樣不僅效率偏低，而且同心度難以保證，從而導致加工成本變高、加工質量降低。為了解決以上問題，設計了一種可調式粗精復合鏜刀。

1 可調式粗精復合鏜刀結構介紹

可調式粗精復合鏜刀結構如圖1所示，由壓緊機構、刀桿、刀套、粗刀體、精刀體、粗精切換、調節機構、精調機構組成。

圖1 可調式粗精復合鏜刀結構Fig.1 Structure of adjustable coarse and fine compound boring cutter

刀桿如圖2所示，刀桿采用鍛件整體加工而成，保證了更好的強度和韌性，且不易折斷。刀桿下端按照配套鏜桿尺寸加工一臺階軸并銑出裝壓平面，用以把刀桿裝夾固定于鏜桿上；靠近刀桿中部位置鉆一通孔，并在其同一圓周相對90°位置上單側加工一螺紋孔用以固定精調機構；刀桿上部位置銑出與刀套尺寸為間隙配合的方孔，同時在一側加工出安裝粗精切換、調節機構的凹槽、固定螺紋孔；刀桿頂端中心位置鉆一螺紋孔配合壓緊機構壓緊并固定刀套。

圖2 刀桿Fig.2 Cutter bar

刀套如圖3所示，刀套同樣采用鍛件整體加工而成，采用方形結構，配合刀桿上的方形安裝孔保證了裝配的穩固性。刀套頂端中心位置設計一通長矩形凹槽，以便于壓緊機構進行壓緊固定；靠近刀套上部位置單側加工一凹槽，并把鋼板刻度尺嵌入其中；沿刀套水平中心線位置銑出一通心方孔，并在左右兩端各鉆一螺紋孔，用以安裝固定粗、精加工刀體；在刀套底部預留凸臺水平中心線位置設計一螺紋孔，配合粗精切換、調節機構完成粗精刀具切換及調整。

圖3 刀套Fig.3 Cutter sleeve

刀體如圖4所示。粗加工刀體采用高速鋼刀坯磨削而成，精加工刀體采用合金刀片固定在刀座上。

圖4 刀體Fig.4 Cutter body

粗精切換、調節機構如圖5所示，粗精切換、調節機構由卡板、緊固螺釘、調節絲桿組成。調節絲桿末端加工一臺階，通過卡板進行固定且兩者為間隙配合，保證調節絲桿轉動靈活，另一端與刀套螺紋部位聯接；卡板分為左右對稱兩塊，對合后兩者間隙為0.5 mm，通過三條緊固螺釘固定在刀桿上，從而構成了粗精切換、調節機構。

圖5 粗精切換、調節機構Fig.5 Coarse and fine switching，adjustment organization

精調機構如圖6所示，精調機構采用萬向支架和百分表構成，配合調節絲桿完成加工尺寸的精調。

2 可調式粗精復合鏜刀使用方法

2.1 安裝方法

首先，將粗精切換、調整機構安裝、固定在刀桿上；然后，把刀體裝進刀套，用內六角平端緊定螺釘進行固定；隨后，把刀套安裝在刀桿方孔內，并與調節絲桿通過螺紋連接，通過旋轉調節絲桿調整刀刃露出長度至合適位置，再緊固刀桿頂部壓緊螺栓母來固定刀套；最后，將刀桿安裝固定在與鏜床主軸相連的鏜桿上，并用緊固螺栓進行壓緊。需要進行精加工尺寸調節時，再把精調機構通過內六角平端緊定螺釘固定在刀桿上即可。以上步驟就完成了可調式粗精復合鏜刀的安裝。

圖6 精調機構Fig.6 Fine adjusting mechanism

2.2 粗加工調整方法

進行粗加工鏜削時，首先要把粗加工刀體在刀套中的外露長度調整到適中位置，精加工刀體做同樣步驟，以便于后期精加工調整。刀體伸出長度應盡可能短以便于增加剛性，過長的話一方面是受力不佳，另一方面是加工時容易引起震動，從而影響加工質量。調整好刀體后按照上文介紹的安裝方法把鏜刀固定在鏜桿上，與待加工工件之間完成對刀作業，然后通過旋轉調節絲桿并觀察刀座上的鋼板刻度尺進行粗加工進刀，粗加工進刀尺寸可以精確到1 mm，通過操作人員觀察判斷可以控制在0.5 mm。

2.3 精加工調整方法

完成粗加工鏜削后，只需要擰松刀桿上固定刀套的緊固螺栓，調整調節絲桿推動刀套把精加工刀體外露長度到調整適中位置，完成由粗加工向精加工刀體的切換。切換到精加工刀體后進行對刀作業，然后把精調機構安裝在刀桿上并用內六角平端緊定螺釘進行固定，通過調整百分表萬向支架使百分表對準精加工刀刃，配合調節絲桿即可進行精加工進刀尺寸調整。通過以上方法，可以把進刀尺寸精確控制到0.01 mm。

3 可調式粗精復合鏜刀的應用

待修采煤機搖臂如圖7所示，以待修采煤機搖臂為例，共有14種尺寸(含臺階孔)的5對同心孔因使用過程中磨損較大或變形，配合尺寸超差，需要焊接后進行鏜削加工修復。按照以往加工方法，粗、精加工時更換刀具需要拆、裝19次，而且每個孔精加工時需要多次試進刀并進行尺寸測量以保證加工精度。改用可調式粗精復合鏜刀后，刀具只需要一次裝夾，即可完成所有孔的粗、精加工，精加工時每個孔只需測量一次尺寸即可滿足要求，整體效率提升2倍以上。

圖7 待修采煤機搖臂Fig.7 To be repaired shearer rocker arm

4 可調式粗精復合鏜刀的優點

4.1 提高了加工效率、降低了勞動強度

采用可調式粗精復合鏜刀前，首先要使用粗鏜刀來完成孔的粗加工，然后換成精鏜刀進行精加工。如果工件上存在多個不同尺寸的孔待加工時則需要進行多次換刀、對刀、測量，不僅延長了作業時間，在一定程度上也增加了工人勞動強度。在使用可調式粗精復合鏜刀后，完全解決了之前存在的問題，只需要進行一次安裝，隨后可根據粗加工、精加工需要以及孔尺寸大小進行調節即可完成所有加工程序，不僅提高了工作效率，在一定程度上也降低了工人的勞動強度。

4.2 提高了加工精度、保證了加工質量

采用可調式粗精復合鏜刀前，工人憑手感、觀察法、工作經驗以及配合百分表等采用敲擊刀體的方法完成進刀尺寸的調整，另外加工時需要多次換刀、對刀，在一定程度上很難保證工件的加工精度和加工質量。在使用可調式粗精復合鏜刀后，可通過調整機構完成進刀尺寸的調整，粗加工進刀尺寸可以精確到1 mm、精加工進刀尺寸可以精確到0.01 mm，另外避免了頻繁換刀、對刀的現象，較大程度地提高了加工精度、保證了加工質量。

4.3 減少了刀具數量、節約了加工成本

本可調式粗精復合鏜刀結構簡單、制作工藝簡便、原材料成本不高，同一刀具可完成范圍內不同加工尺寸的需求，減少了刀具的外購數量和儲備數量，在一定程度上節約了加工成本。

5 結語

為解決現有條件下鏜削修復多孔或孔徑不同工件時加工效率低、成本高、質量難以保證的問題，設計了可調式粗精復合鏜刀。該可調式粗精復合鏜刀結構簡單、制作工藝簡便、原材料成本較低，在提高加工精度、保證加工質量的前提下，提升了加工效率、降低了工人勞動強度，同時節約了加工成本，具有較好的推廣應用價值。