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成形車刀在數(shù)控車床加工中的應用

2021-09-11 17:16:54

1、應用背景

    閥蓋零件簡圖如圖 1 所示。零件材質為 ZQSn6 -6 - 3 錫青銅。在實際生產(chǎn)中,為節(jié)省材料及加工效率和質量,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 閥蓋零件簡圖

  

    由圖 1 可見,該閥蓋零件的加工難點主要集中在零件右端,包括: ① 38 mm 外圓右側環(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',尖角處回轉直徑為36 mm; ② 28 + 0.05 mm 內孔左側環(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應面相互接觸,形成機械密封,以防止泄漏。  
    閥蓋零件右端還包括外圓、內孔、端面、內外倒角等加工要素,且部分輪廓尺寸較小,若采用單刃車刀分段加工的方法,會給車刀準備及數(shù)控車床加工程序編制等帶來較大困難,且加工質量和效率。在形狀復雜的小型零件批量生產(chǎn)中,自動車床、半自動車床和數(shù)控車床被廣泛應用。為了充分發(fā)揮車床的效能,使用成形車刀是關鍵 。筆者介紹成形車刀在數(shù)控車床加工中的應用。  
     2 、成形車刀設計與制作
     2. 1 刀頭  
     成形車刀是車削回轉體復合成形表面的刀具,其刃形應根據(jù)工件的軸剖面廓形進行設計。成形車刀的刃形以后面法剖面內的形狀來表示。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。設計成形車刀時,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的法向廓形 。  
    本例中,由于閥蓋零件的材質為易切削材料,根據(jù)經(jīng)驗可以采用前角為 0°,后角角度的成形車刀進行加工。當成形車刀前角為 0°,后角大于 0°時,成形車刀前刀面的廓形和零件廓形相符,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刀方式成形。此外,成形車刀設計中應避免因刃形過于復雜而導致加工困難、成本高。刀刃工作長度過長時,可能受機床功率、排屑困難等影響而引起振動現(xiàn)象 。 
    基于以上考慮,確定采用閥蓋零件內、外輪廓分別加工的刃形設計思路,刀頭處的部分刀刃用于加工閥蓋零件右端的內輪廓,其余部分刀刃用于加工閥蓋零件的外輪廓。設計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 號段用于加工零件內輪廓,8 ~ 14 號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 牌號硬質合金制作,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床完成加工。采用線切割機床加工的成形車刀,成本低等,相比用刀具磨床加工的成形車刀,具有省工序、省時、節(jié)約費用、合格率高的特點,因此具有推廣價值。用慢走絲線切割加工硬質合金成形車刀,加工出的硬質合金成形車刀質量好,使用壽命長,可穩(wěn)定在生產(chǎn)實踐中應用。為質量,應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)作用時間,控制表面變質層在 1 μm 以內,刀頭表面質量,減小內應力,避免裂紋產(chǎn)生。 
     2.2 刀柄
     成形車刀刀柄用于裝夾刀頭,主要結構如圖 5 所示,材料為 45 號鋼。



圖 5 刀柄結構


     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、工藝實現(xiàn) 
     3. 1 成形車刀安裝 
     如圖 6 所示,對制作完成的刀頭與刀柄進行組裝,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)量達數(shù)萬個,因此采用圖 7 所示



 圖 7 彈性夾頭

  

     3. 3 數(shù)控車床加工  
     應用成形車刀,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,因此數(shù)控車床加工程序大為簡化。以刀頭處的外刀尖點 A 作為對刀點,加工程序如下:


      
     


     4 、結束語
     應用成形車刀分步加工閥蓋零件內、外輪廓,解了閥蓋零件右端的加工難點,加工質量和效率。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。成形車刀具有質量穩(wěn)定等優(yōu)勢,應用成形車刀,有助于簡化機床和夾具的結構,降低生產(chǎn)成本。


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