小數(shù)控車床加工大模具工件的刀具改進(jìn)

余新軍

(深圳第二高級技工學(xué)校，廣東深圳 518107)

利用CJK6132A數(shù)控車床批量加工模具工件。如圖1所示，是一件滾壓模具，材料為模具鋼(經(jīng)調(diào)質(zhì)后達(dá)到48 HRC)，最大外徑為 φ254.394 mm，內(nèi)徑 φ105 mm，厚75 mm。需加工很深的圓弧槽、外圓及內(nèi)孔都要求Ra1.6 μm，表面無刮傷和毛刺。

工件的毛坯是采用模具鑄造成形，并在普車上已粗車好的成形工件，長度方向留有2～3 mm的余量，而直徑方向留有3～4 mm的余量。

1 難度分析及工藝流程分析

從圖1要求及材料來看，主要是工件的直徑大，約為260 mm，而車床的回轉(zhuǎn)直徑只有320 mm。材料為模具鋼，硬度很高(48 HRC)，已接近于高速鋼車刀的硬度。既要考慮如何保證工件在加工時的定位精度，又要考慮裝夾方便、可靠、并且不能損傷表面，還要保證縮短加工時間，減少刀具的磨損，從而降低成本。因此關(guān)鍵是解決工件的定位裝夾和刀具的選用問題。

根據(jù)工件圖樣，經(jīng)過工藝分析后，制定出以下加工工藝流程:

(1)用普通車床(CK6140)粗車內(nèi)孔、外圓、凹槽及各成形面，各部分尺寸要留有足夠的精車余量;

(2)數(shù)控車床用反爪夾緊左端φ211.547 mm外圓，半精車、精車內(nèi)孔至尺寸要求，并光正端面;再半精車、精車右端的外圓及凹槽至尺寸要求;

技術(shù)要求:①全部Ra為1.6 μm;②長度公差為±0.003 mm，直徑公差為0至－0.02 mm;③凹槽要保證一次裝夾車削完成;④工件不得有缺陷;⑤表面無刮傷和毛刺。

(3)數(shù)控車床用軟卡爪的正爪撐右端φ105 mm的內(nèi)孔，車左端的臺階及R3 mm和R5 mm圓弧面及工件厚度至尺寸要求;

(4)檢查測量無誤后，拆卸工件，完成加工。

從上述工藝流程來看，似乎很簡單。但在第2步加工時，如用一般車刀和正常的裝刀方法來加工凹槽的話，因為車床的回轉(zhuǎn)直徑較小，刀架將出現(xiàn)超程，而無法進(jìn)行加工;另外槽深(深度約為45 mm)、兩邊還有圓弧，材料的硬度高，如何正確合理地選用刀具、切削用量和加工程序也有一定的難度，如選用不合理將直接影響到加工的效果和質(zhì)量。因此在這步加工工序中要考慮如何裝夾刀具和合理編程的問題。

2 刀具的設(shè)計

由于工件直徑大，車床的回轉(zhuǎn)直徑小，如果采用常規(guī)方法裝夾，又采用通用的刀具來加工凹槽的話，刀架將會出現(xiàn)超程而無法進(jìn)刀，根本無法完成凹槽的加工。為解決此問題，筆者設(shè)計了一套適合上面工件加工的專用刀具，如圖2所示。

圖2是車刀的加長桿，用方鋼制成，在距左端15 mm處橫向開了一個17 mm×17 mm的通方孔，用來裝夾16 mm×16 mm的機(jī)夾刀。通方孔的上面有兩個M8 mm螺釘，左側(cè)面有一個M8 mm的螺釘，用來固定機(jī)夾刀。根據(jù)凹槽的外形，一開始選用一把圓弧刀來加工，但由于材料硬，圓弧車刀的刀尖剛性不足，剛開始進(jìn)刀時刀尖就崩裂了，根本無法加工。后來選用了35°的左偏刀和右偏刀各一把，把凹槽從中間分開兩半來加工，先把右偏刀裝夾在刀桿上，用來加工凹槽的左邊部分，再換上左偏刀來加工凹槽的右邊部分。在剛開始加工時右偏刀的刀頭太大，剛進(jìn)刀時會碰到凹槽的右側(cè)面，所以就用銑床把刀頭的右側(cè)面銑去一部分(如圖2的陰影部分所示)，左偏刀也要把另一側(cè)銑去一部分(為保證刀桿有足夠的剛性，銑去約1/4即可)。把刀桿安裝在前刀架的后面(如圖3所示)，這樣就解決了刀具及刀具裝夾的問題。

3 刀具材料的選擇

(1)加工內(nèi)孔采用機(jī)夾刀，刀片為東芝的MPJ35，以縮短換刀時間，無需刃磨刀具，具有較好的剛性，能減少振動變形和防止產(chǎn)生振紋;

(2)外圓及凹槽的粗車、半精車、精車均選用16 mm×16 mm的35°機(jī)夾刀完成，刀片選用東芝的NS530，此刀的硬度高，耐磨性好，抗振性強(qiáng)，同時也利于刀尖磨損后的更換，從而節(jié)省加工時間。

4 實際操作

4.1 切削用量的選擇(數(shù)控車加工部分)

由于材料太硬，在剛開始加工時，因切削用量的選用不合理，造成工件振動很大，聲音很響，刀片也很容易崩裂，后來經(jīng)過多次的更改，終于總結(jié)出了以下合理的切削用量，從而保證了加工效果和進(jìn)度。

(1)內(nèi)孔粗車時，主軸轉(zhuǎn)速為105～180 r/min，吃刀深度為0.4 mm，進(jìn)給速度為0.16 mm/r，留精車余量0.15～0.3 mm。

(2)內(nèi)孔精車時，主軸轉(zhuǎn)速為180 r/min，進(jìn)給速度為0.18 mm/r，采用一次走刀加工完成。

(3)外圓粗車時，主軸轉(zhuǎn)速為105～160 r/min，吃刀深度為0.6 mm，進(jìn)給速度為0.11～0.16 mm/r，留精車余量0.2～0.3 mm。

(4)外圓精車時，主軸轉(zhuǎn)速為180 r/min，進(jìn)給速度為0.16 mm/r，采用一次走刀加工完成。

4.2 工件加工時的特殊處理

(1)該工件加工的難點就在凹槽，用一把圓弧車刀無法加工。所以筆者用一把左偏刀和一把右偏刀把凹槽分為兩半來加工。為了不影響加工質(zhì)量，在換刀和接刀時嚴(yán)格對準(zhǔn)刀尖，編程時還要做適當(dāng)?shù)奶幚?，每把刀在中間下刀時采用了延長距離和斜進(jìn)刀的方法來解決接刀問題，從而保證了接刀處的加工質(zhì)量。

(2)因為工件已經(jīng)粗車成形，其實可以很方便地用G73來編程，但考慮到G73的分刀不均勻，一開始會出現(xiàn)空走刀，后面一兩刀吃刀深度會很大，由于工件的硬度高，將造成車刀很容易崩裂。為了保證每刀的吃刀深度和進(jìn)給速度保持一致，筆者先用G71分段半精車，再用單段的G指令進(jìn)刀精車的方法來進(jìn)行編程，從而節(jié)省了加工時間，又保證了加工質(zhì)量。

(3)因凹槽的精度要求高，測量不方便，按圖紙要求，用線切割加工出相應(yīng)的樣板(如圖4所示)來測量，使測量既準(zhǔn)確又快捷。

根據(jù)以上分析，針對加工中出現(xiàn)的實際問題，采用了以下加工程序(只寫出加工凹槽部分的程序):

5 加工時的注意事項

(1)在做加長刀桿的四方通孔時，要考慮機(jī)夾刀裝進(jìn)刀桿后，裝在刀架上的刀尖高度不得高于車床的中心高度，否則車刀將無法對中;

(2)為增加刀桿的剛性，刀桿采用調(diào)質(zhì)工具鋼，刀桿的后端銑成35 mm×35 mm方形，前端銑成40 mm×40 mm方形，并根據(jù)工件凹槽的長短位置尺寸盡量縮短刀架平面至刀尖的長度為100 mm，刀尖至刀桿平面為55 mm(如圖2所示);

(3)使用軟卡爪可以保證工件的同軸度和垂直度，不會刮傷內(nèi)孔表面，保證其表面粗糙度達(dá)到要求;

(4)程序編制時要考慮凹槽接刀處的過渡連接光滑;

(5)加工過程中分粗車、精車刀片，保證工件的尺寸精度和表面粗糙度;

(6)工件要夾緊，以防在車削時打滑飛出傷人和扎刀;

(7)在車削時要充分地加注乳化液冷卻，可以減小工件的變形和延長刀具的壽命，及減小表面粗糙度值;

(8)遵守安全文明生產(chǎn)。

6 結(jié)語

通過實際加工生產(chǎn)，證明加工生產(chǎn)工藝流程、刀具設(shè)計、程序編制及切削用量選用合理，縮短了加工時間，提高生產(chǎn)效率，并保證了加工后零件的質(zhì)量，同時也解決了用小車床加工大模具，為企業(yè)節(jié)省了一大筆資金。

［1］陸根奎.車工技師培訓(xùn)教材［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2005.

［3］黃麗芬.數(shù)控車床編程與操作—廣數(shù)GSK980TD車床數(shù)控系統(tǒng)［M］.北京:中國勞動社會保障出版社，2007.

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