可轉(zhuǎn)位高效高精度平裝螺旋立銑刀國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)與制造

劉穎

（哈爾濱第一工具制造有限公司，哈爾濱 150078）

1 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，裝備制造業(yè)以及機(jī)床制造業(yè)等各種機(jī)械加工行業(yè)愈加繁榮，相應(yīng)帶動(dòng)工具市場(chǎng)需求量逐漸增大,國(guó)內(nèi)加工企業(yè)采用的刀具大部分是國(guó)外進(jìn)口，刀具價(jià)格昂貴，造成企業(yè)生產(chǎn)成本偏高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱。因此，進(jìn)口刀具國(guó)產(chǎn)化是國(guó)內(nèi)工具行業(yè)事在必行的選擇。平裝螺旋立銑刀被廣泛應(yīng)用于機(jī)床行業(yè)、汽車行業(yè)、航空航天及模具制造業(yè)等各種裝備制造加工領(lǐng)域。高精度的可轉(zhuǎn)位平裝螺旋立銑刀市場(chǎng)一直以來(lái)被國(guó)外工具制造企業(yè)所占領(lǐng)，如山特維克、伊斯卡、瓦爾特等世界知名企業(yè),我國(guó)的產(chǎn)品只能應(yīng)用在低精度的場(chǎng)合。目前，我公司引進(jìn)了德國(guó)英格索爾公司的技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備，具有加工高精度、高效率的可轉(zhuǎn)位平裝螺旋立銑刀的能力，生產(chǎn)的產(chǎn)品可以滿足進(jìn)口機(jī)床及國(guó)產(chǎn)機(jī)床的迫切需求，替代國(guó)外同類產(chǎn)品的進(jìn)口。

圖1

2 銑刀的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

可轉(zhuǎn)位高效螺旋立銑刀采用國(guó)內(nèi)外高效加工通用的平裝結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)銑刀具有切削輕快、排屑順暢、切削抗力小、機(jī)床功率損耗低、可實(shí)現(xiàn)大進(jìn)給的高效特性，是目前國(guó)內(nèi)外加工立面、臺(tái)階面的最理想刀具。其外形圖如圖1，結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2

3 銑刀的設(shè)計(jì)、制造方法

為了解決可轉(zhuǎn)位高效平裝螺旋立銑刀難設(shè)計(jì)、難加工的問(wèn)題，我們采用國(guó)外最先進(jìn)的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床德國(guó)巨浪臥式加工中心（M800）進(jìn)行加工，并利用國(guó)際上最先進(jìn)的實(shí)體建模軟件I-DEAS/UGS 進(jìn)行實(shí)體建模、程序編制、模擬仿真等工作。同時(shí)，借鑒我公司生產(chǎn)INGERSOLL MAX-Ⅰ型可轉(zhuǎn)位刀具的豐富經(jīng)驗(yàn)進(jìn)而保證刀體的設(shè)計(jì)、制造精度。與此同時(shí)，為了提高刀具壽命、保證刀具加工精度，我們前期采用進(jìn)口刀片，確保了刀片良好的切削性能和加工精度。在今后的生產(chǎn)中為了降低該類刀具的生產(chǎn)成本我們還會(huì)進(jìn)行該類刀具刀片的國(guó)產(chǎn)化，通過(guò)國(guó)內(nèi)先進(jìn)的毛坯制造、刀片磨削、刀片沖壓以及高水平的涂層技術(shù)生產(chǎn)出更高精度、更長(zhǎng)壽命的合金刀片。

4 銑刀的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)該可轉(zhuǎn)位平裝螺旋刀加工環(huán)境，確定可轉(zhuǎn)位平裝螺旋刀的螺旋角及軸向前角等切削要素，可轉(zhuǎn)位平裝螺旋刀螺旋角及軸向前角等切削要素的選擇決定切削效果。由于是加工立面或臺(tái)階面，要確定刀片合適的角度，為了便于切削，適當(dāng)留有徑向前角，軸向前角，保證刀片切削流暢。例如：φ63mm的平裝螺旋立銑刀徑向前角-2°，軸向前角-5°，可根據(jù)不同的刀具直徑，不同的被加工件、不同的加工環(huán)境進(jìn)行合理選擇。

銑刀徑向前角使刀片在銑刀的圓周上產(chǎn)生了錯(cuò)位即形成了后角落差，后角落差的大小直接影響銑刀圓周上的后角即銑刀加工時(shí)刀體是否干涉；銑刀軸向前角直接影響銑刀切削是否輕快，切削抗力的大??；所以，這兩個(gè)角度對(duì)于該類銑刀的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。根據(jù)多年設(shè)計(jì)、生產(chǎn)英格索爾刀具的經(jīng)驗(yàn)，我們獨(dú)自研制開(kāi)發(fā)出了相關(guān)的計(jì)算公式，確保銑刀設(shè)計(jì)各個(gè)角度準(zhǔn)確無(wú)誤。

其中：H-刀片的錯(cuò)位值；R-刀片所在圓的半徑。

根據(jù)上述公式確定好銑刀的各個(gè)角度后，根據(jù)銑刀直徑大小，不同加工環(huán)境、不同機(jī)床等相關(guān)因素對(duì)銑刀進(jìn)行排齒設(shè)計(jì)，利用I-DEAS/UGS 等相關(guān)軟件對(duì)銑刀進(jìn)行模擬仿真，做有限元受力分析，從而確定每個(gè)刀片槽的空間位置以及螺旋槽的大小等，確保銑刀每個(gè)刀片槽都能夠排屑順暢。

螺旋角和軸向前角、徑向前角是銑刀設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，因而設(shè)計(jì)時(shí)必須準(zhǔn)確計(jì)算，反復(fù)校驗(yàn)，認(rèn)真做實(shí)體仿真模擬，確保銑刀設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性。

5 工藝流程和技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)產(chǎn)品性能特點(diǎn)要求，經(jīng)過(guò)分析，可轉(zhuǎn)位平裝立銑刀為平裝式結(jié)構(gòu)，銑刀有足夠大的容屑空間。用I-DEAS/UGS 軟件進(jìn)行實(shí)體造型，參照已有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，形成各種切削角度，判斷刀體強(qiáng)度。選定尺寸公差，安裝結(jié)構(gòu)由用戶提供。

（1）工藝流程：粗車→調(diào)質(zhì)→車全部→銑鍵槽→鉗加工→研中心孔→靠端面、磨7∶24 錐度→平端面車內(nèi)孔→磨外圓靠端面→磨7∶24 錐度→磨內(nèi)孔、銑端鍵槽→氮化→發(fā)藍(lán)→研中心孔→精磨尾部外圓。

（2）主要技術(shù)性能指標(biāo)：該可轉(zhuǎn)位平裝螺旋刀用于各種材質(zhì)的立面或臺(tái)階面加工，規(guī)格多樣。性能特點(diǎn)：（1）刀體表面不得有裂紋、碰傷、銹跡等影響使用性能的缺陷；（2）刀刃要鋒利、不得有毛刺、崩齒和磨鈍燒傷等缺陷；（3）銑刀的徑向跳動(dòng)：0.05mm；（4）柄部徑跳不大于0.01mm；（5）柄部表面粗糙度Ra0.4μm；（6）刀體材料42CrMo，熱處理硬度為HRC29～34。

該可轉(zhuǎn)位平裝螺旋刀，走刀速度快，能大大提高生產(chǎn)效率，精度指標(biāo)可達(dá)到同類進(jìn)口刀具水平，完全滿足用戶要求。可根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)多種規(guī)格銑刀，方便靈活，在價(jià)格上具有的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，使得該銑刀基本可以取代進(jìn)口刀具。

6 銑刀特點(diǎn)及應(yīng)用前景

該可轉(zhuǎn)位平裝螺旋立銑刀采用可換刀片式平裝結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同的工作環(huán)境及客戶要求更換不同的刀片來(lái)加以實(shí)現(xiàn)，使此刀的應(yīng)用范圍廣泛，降低客戶加工成本，提高加工效率，縮短輔助時(shí)間，節(jié)省工具費(fèi)用。同時(shí)此刀可選用不同的刀片來(lái)實(shí)現(xiàn)重型切削、中型切削及輕型切削，可實(shí)現(xiàn)方肩銑、平面銑、槽銑削，因此兼具了以往可轉(zhuǎn)位螺旋立銑刀的眾多優(yōu)點(diǎn)，既具有切削功耗低、切削力小、切削速度高的銑削性能，又能具有大切深、大走刀、抗沖擊的銑削性能。所以，該類銑刀的研發(fā)設(shè)計(jì)在粗、半精加工上可完全替代進(jìn)口產(chǎn)品。