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成形車刀在數(shù)控車床加工中的應(yīng)用

2021-9-10 來(lái)源：寧波市北侖職業(yè)高級(jí) 寧波第二技師學(xué)院作者：樂(lè)崇年陳元峰

摘要: 在車削加工較大批量的中小尺寸復(fù)合成形表面時(shí)，采用成形車刀具有加工質(zhì)量穩(wěn)定、加工效率高等特點(diǎn)，因此成形車刀被廣泛應(yīng)用于各類車床及自動(dòng)化生產(chǎn)線。以閥蓋數(shù)控車床加工為例，介紹了成形車刀中刀頭和刀柄的設(shè)計(jì)與制作，以及應(yīng)用成形車刀后的工藝實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

關(guān)鍵詞: 數(shù)控車床成形車刀加工應(yīng)用

1、應(yīng)用背景

閥蓋零件簡(jiǎn)圖如圖 1 所示。零件材質(zhì)為 ZQSn6 －6 － 3 錫青銅。在實(shí)際生產(chǎn)中，為節(jié)省材料及保證加工效率和質(zhì)量，該閥蓋零件采用鑄造方式完成毛坯制作，并采用數(shù)控車床車削完成加工。

圖 1 閥蓋零件簡(jiǎn)圖

由圖 1 可見，該閥蓋零件的加工難點(diǎn)主要集中在零件右端，包括: ① 38 mm 外圓右側(cè)環(huán)形端面處的三角形凸起輪廓，凸起高度為 0．7 mm，尖角角度為 70°±10'，尖角處回轉(zhuǎn)直徑為36 mm; ② 28 + 0．05 mm 內(nèi)孔左側(cè)環(huán)形端面處的三角形凸起輪廓，凸起高度為 0． 5mm，尖角角度為 65° ± 10'，尖角處回轉(zhuǎn)直徑為 24 mm。閥蓋使用中，上述兩處三角形凸起輪廓與閥體的對(duì)應(yīng)面相互接觸，形成機(jī)械密封，以防止泄漏。

閥蓋零件右端還包括外圓、內(nèi)孔、端面、內(nèi)外倒角等加工要素，且部分輪廓尺寸較小，若采用單刃車刀分段加工的方法，會(huì)給車刀準(zhǔn)備及數(shù)控車床加工程序編制等帶來(lái)較大困難，且加工質(zhì)量和效率也難以保證。在形狀復(fù)雜的小型零件批量生產(chǎn)中，自動(dòng)車床、半自動(dòng)車床和數(shù)控車床被廣泛應(yīng)用。為了充分發(fā)揮車床的效能，使用成形車刀是關(guān)鍵。筆者介紹成形車刀在數(shù)控車床加工中的應(yīng)用。

2 、成形車刀設(shè)計(jì)與制作

2． 1 刀頭

成形車刀是車削回轉(zhuǎn)體復(fù)合成形表面的專用刀具，其刃形應(yīng)根據(jù)工件的軸剖面廓形進(jìn)行設(shè)計(jì)。成形車刀的刃形以后面法剖面內(nèi)的形狀來(lái)表示。由于成形車刀一般有前角、后角，因此法剖面廓形與零件的軸剖面廓形不相同。設(shè)計(jì)成形車刀時(shí)，需要根據(jù)零件軸向廓形和所選定的前角、后角值求得刀具上相應(yīng)的法向廓形。

本例中，由于閥蓋零件的材質(zhì)為易切削材料，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以采用前角為 0°，后角一定角度的成形車刀進(jìn)行加工。當(dāng)成形車刀前角為 0°，后角大于 0°時(shí)，成形車刀前刀面的廓形和零件廓形完全相符，后刀面的法面廓形不同于零件廓形［4］。由于零件右端的兩處三角形凸起輪廓均位于環(huán)形端面處，因此宜采用自右向左的軸向進(jìn)刀方式成形。此外，成形車刀設(shè)計(jì)中應(yīng)避免因刃形過(guò)于復(fù)雜而導(dǎo)致加工困難、成本高。刀刃工作長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)時(shí)，可能受機(jī)床功率、排屑困難等影響而引起振動(dòng)現(xiàn)象。

基于以上考慮，確定采用閥蓋零件內(nèi)、外輪廓分別加工的刃形設(shè)計(jì)思路，刀頭處的部分刀刃用于加工閥蓋零件右端的內(nèi)輪廓，其余部分刀刃用于加工閥蓋零件的外輪廓。設(shè)計(jì)完成的刀頭刃形尺寸如圖 2 所示。刀頭刃形加工部位如圖 3 所示，1 ～ 8 號(hào)段用于加工零件內(nèi)輪廓，8 ～ 14 號(hào)段用于加工零件外輪廓，尾部用作刀柄夾持定位。

圖 2 刀頭刃形尺寸

圖 3 刀頭刃形加工部位

為保證成形車刀的使用性能和壽命，刀頭采用厚度為 4 mm 的 YW 牌號(hào)硬質(zhì)合金制作，并按刀頭后面與加工表面間不產(chǎn)生干涉的原則，合理確定各刃形處的后角。刀頭三維模型如圖 4 所示。

圖 4 刀頭三維模型

成形車刀刀頭可以采用刀具磨床或線切割機(jī)床完成加工。采用線切割機(jī)床加工的成形車刀精度高，成本低，效率高，相比用刀具磨床加工的成形車刀，具有省工序、省時(shí)、節(jié)約費(fèi)用、合格率高的特點(diǎn)，因此具有推廣價(jià)值。用慢走絲線切割加工硬質(zhì)合金成形車刀，不僅生產(chǎn)效率高，而且加工出的硬質(zhì)合金成形車刀質(zhì)量好，使用壽命長(zhǎng)，可穩(wěn)定、可靠地在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用。為保證質(zhì)量，應(yīng)采用防電解電源及小脈沖寬度加工策略，并縮短脈沖電流的持續(xù)作用時(shí)間，控制表面變質(zhì)層在 1 μm 以內(nèi)，改善刀頭表面質(zhì)量，減小內(nèi)應(yīng)力，避免裂紋產(chǎn)生。

2．2 刀柄

成形車刀刀柄用于裝夾刀頭，主要結(jié)構(gòu)如圖 5 所示，材料為 45 號(hào)鋼。

圖 5 刀柄結(jié)構(gòu)

刀柄的外輪廓可由鋸削、銑削等工藝完成，刀柄的

凹槽輪廓可采用線切割加工完成，刀柄的 M6螺紋孔可采用鉆孔、攻絲的工藝完成。

3、工藝實(shí)現(xiàn)

3． 1 成形車刀安裝

如圖 6 所示，對(duì)制作完成的刀頭與刀柄進(jìn)行組裝，并采用緊定螺釘壓緊，然后將刀柄安裝至數(shù)控車床的刀架上。

圖 6 成形車刀組裝

3． 2 零件裝夾

由于加工零件批量較大，一次加工數(shù)量達(dá)數(shù)萬(wàn)個(gè)，因此采用圖 7 所示彈性?shī)A頭進(jìn)行氣動(dòng)裝夾。

圖 7 彈性?shī)A頭

3． 3 數(shù)控車床加工

應(yīng)用成形車刀，閥蓋零件成形加工如圖 8 所示。

圖 8 閥蓋零件成形加工

由于采用了成形車刀加工，零件的輪廓形狀及尺寸精度主要由成形車刀的刀刃形狀保證，因此數(shù)控車床加工程序大為簡(jiǎn)化。以刀頭處的外刀尖點(diǎn) A 作為對(duì)刀點(diǎn)，加工程序如下:

4 、結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用成形車刀分步加工閥蓋零件內(nèi)、外輪廓，解了閥蓋零件右端的加工難點(diǎn)，并保證了加工質(zhì)量和效率。采用成形車刀加工閥蓋零件成形面，加工精度主要取決于刀具的制作精度，并易于保證同一批零件表面形狀、尺寸的一致性和互換性。成形車刀具有質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)率高等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用成形車刀，有助于簡(jiǎn)化機(jī)床和夾具的結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本。

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