加工孔背平面刀具設計

童勇智，金許濤，王逢濤，張舒云，孫高偉，楊天鋒

陜西柴油機重工有限公司 陜西興平 713105

1 序言

風電輪轂電動機安裝孔背平面（見圖1）是調節輪轂葉片角度裝置的安裝面。由于該面加工精度對葉片受風時的角度調節狀態有極大影響，所以對加工精度要求較高，如果精度不能保證，會影響整個系統的安全運行[1]。

圖1 輪轂電動機安裝孔背平面

零件材料為QT400-18AL，電動機安裝部位加工的技術要求如下：3×φ250+0.0460mm，Ra=1.6μm；反刮為φ400mm，Ra=3.2μm，從大端面到反刮面的距離為（125±0.5）mm，平行度0.2mm。

2 原加工方案

風電輪轂電動機安裝孔φ250+0.0460mm背平面φ400mm，在整個輪轂加工過程中輔助時間占比最長，并且需要兩人協同配合才能完成。

采用標準φ250mm三面刃刀具裝在φ70mm的標準加長刀桿上加工時，因刀盤直徑尺寸限制，故無法從電動機安裝孔正面直接進入腔內反銑孔背平面。加工時需要一名操作人員控制機床，將附件移動到電動機安裝孔口中心位置，確保附件與零件不發生碰撞，然后松開附件拉刀。另一名操作人員則手持三面刃刀具，從圖1主視圖Ⅰ大橢圓處，爬梯進入輪轂內腔里，將刀具刀柄從精加工過的電動機安裝孔中伸出。外部操作人員則需接住刀柄并引導其裝入機床主軸附件錐孔內，再快速按下拉刀按鈕，完成刀具安裝。輪轂腔內人員需從大橢圓處爬梯翻出，才可進行加工。加工過程中測量尺寸，需再次爬梯進入腔內卸載刀具。為了保證加工尺寸，需進行2～3次測量，所以爬梯進出重復動作也需2～3次。

該方案不僅加工效率低，而且刀具刃口多，易夾屑，刀桿較長，容易產生振動，導致切削線速度較低，難以滿足加工表面粗糙度和平面度的工藝要求。

在輪轂加工過程中，該部位必須由兩人協同才能完成刀具的裝卸，不便于尺寸測量，人員勞動強度大，輔助時間長，且存在較大安全隱患。

當采用直徑＜250mm的三面刃銑刀進行加工時，刀具可從φ250+0.0460mm電動機孔穿過，但由于加工平面范圍和孔背面的距離限制，刀桿長徑比過大，剛性較差，試加工后，與φ250mm三面刃銑刀相比，存在的問題更多，效率更低，所以不能采用這種刀具。

3 刀具設計

基于以上問題和公司現有多型輪轂孔背平面加工情況，新刀具設計要求為以下幾點[2]。

1）降低制造成本，結構簡單，便于裝卸及測量，能簡化工序中的刀具裝卸動作，減少輔助時間，消除安全隱患。

2）切削時減少夾屑和振刀情況的發生，提高切削線速度，加工表面能達到表面粗糙度及平行度的工藝要求。

3）針對公司現有輪轂加工，有一定的通用性。

結合公司生產設備，按上述要求設計出新的單刃銑刀（見圖2），使用外部裝刀方式，可實現單人裝卸刀具并加工零件的操作。采用單刃銑刀體安裝在現有刀桿直徑為70mm的標準面銑刀刀柄上，單刃銑刀體連接及裝刀部分所需要的尺寸要求按照標準三面刃刀桿部位進行設計。單刃銑刀體φ40+0.0250mm孔與鍵槽平面垂直度≤0.02mm，刀體定位平面與鍵槽平面平行度≤0.04mm。再根據多型輪轂電動機安裝孔的大小設計合理的單刃銑刀體旋轉周半徑，刀體頭部設計加裝一把標準90°外圓車刀，用兩個內六角平端緊定螺釘M12-6H-20加兩個純銅墊片固定，方槽壁與鍵槽平面垂直度≤0.04mm。刀具整體進行了三維裝配（見圖3），整個單刃銑刀體選用不易變形、硬度較高的45鋼調質處理。

圖2 單刃銑刀

圖3 單刃銑刀體刀具的裝配

反銑工藝加工方法：加工時機床準停，單刃銑刀體刀具偏心穿過電動機孔（或無障礙通過），然后用單刃銑削方式繞輪轂電動機安裝孔背面進行整圓運動，進而加工輪轂電動機孔背面，加工結束后，刀具回到孔中心準停刀具偏心退刀（或無障礙通過），測量大端面到孔背面的距離，直到符合加工要求的（125±0.5）mm為止。該過程只需1名操作人員就可完成，經過多次試驗消除了三面刃銑刀的缺點，并且單刃銑刀吃刀量大，刀具接觸面積小，線速度高[3]。單刃銑刀體及加工現場如圖4所示。

圖4 單刃銑刀體及加工現場

4 結束語

通過對公司現有多型輪轂電動機安裝孔背平面加工的調試驗證，發現單刃銑刀不僅體質量相對輕便、結構簡單、方便制造、價格低廉，而且使用靈活、接觸面積小，實現了單人操作機床，從外面裝、卸刀具時，測量尺寸方便，消除了人員爬梯進出輪轂帶來的安全隱患，滿足了加工要求。使用該單刃銑刀進行加工可以大幅降低企業的生產成本，具有較廣泛的應用領域和較好的推廣價值。