反锪孔加工刀具研究

岳歲寧，柏長友

(1.共享智能裝備有限公司，寧夏 銀川 750000;2.寧夏共享精密加工有限公司，寧夏 銀川 750021)

0 引言

機械零件中螺栓連接非常普遍，螺栓連接結(jié)構(gòu)往往會在零件上設計一個平端面與螺母的端面相互配合，如果一個螺栓需要從腔體內(nèi)側(cè)向外側(cè)安裝，則內(nèi)側(cè)需要設計一個平端面，這種結(jié)構(gòu)在機械加工中稱之為反锪面和反锪孔。

鉆頭、鉸刀等常規(guī)的孔加工刀具，僅有兩項設計參數(shù)影響刀具選型，即刀具直徑和刀具有效長度。因此鉆頭、絲錐、鉸刀等刀具有標準型號，刀具供應商一般會按照標準進行生產(chǎn)，客戶按照標準樣冊進行選擇和采購。對于反锪孔加工刀具，除要考慮反锪直徑和有效刀長外，還需要考慮過孔直徑，另外反锪孔數(shù)量較少、種類較多，因此刀具供應商一般不做標準刀具，往往都是根據(jù)客戶圖紙設計非標刀具。

本文給出了四種不同的反锪孔加工刀具方案，并對比了幾種方案的加工性能。

1 反锪孔加工刀具

反锪孔結(jié)構(gòu)如圖1所示，由于反锪面被零件其他結(jié)構(gòu)遮住，刀具無法從正面下刀加工，只能從過孔(D1)穿過，反向加工反锪孔(D2)和反锪面。

圖1 反锪孔結(jié)構(gòu)

目前在數(shù)控機床上常常采用以下四種非標反锪刀具進行反锪加工。

1.1 整體式偏心反锪刀

整體式偏心反锪刀刀頭和刀桿為一個整體，刀具結(jié)構(gòu)及加工示意圖如圖2所示，刀桿截面呈橢圓形，刀桿和刀頭相對刀柄部分偏心。反锪工藝如下：

圖2 整體式偏心反锪刀結(jié)構(gòu)及加工示意圖

(1)換刀后執(zhí)行CNC數(shù)控程序，刀具主軸定位，確保刀具偏心方向與程序避讓方向一致，令刀具沿著偏心反方向偏移，進刀時刀頭(刀桿)中心與過孔中心對齊，刀具穿過過孔到達反锪孔背面最高點，刀具沿著偏心方向偏移，刀柄和過孔中心對齊。

(2)刀具按照設定的切削參數(shù)向上進給，完成背面锪孔工作。

(3)按照與步驟(1)相反的路線退刀，單個孔的加工循環(huán)完成。

整體式偏心反锪刀為整體結(jié)構(gòu)，加工過程中不需要人工操作，適宜在自動化程度較高的加工中心上使用。但是這種刀具的缺點也非常明顯:刀具結(jié)構(gòu)偏心，刀桿剛性差，且只有一個刀片參與切削，造成刀具旋轉(zhuǎn)時切削系統(tǒng)不穩(wěn)定，容易引起顫振，加工精度和反锪孔表面質(zhì)量差；另外刀具偏心距受反锪孔直徑和過孔直徑影響較大，刀具通用性差，一種刀具只能加工對應規(guī)格的一組反锪孔。一般情況下，這種結(jié)構(gòu)的反锪刀可以用來加工D1和D2相差20 mm以內(nèi)的反锪孔，且待加工零件材料硬度偏小，一般不高于球墨鑄鐵材料硬度。

1.2 可收縮刀頭式反锪刀

可收縮刀頭式反锪刀結(jié)構(gòu)如圖3所示，刀頭通過一個銷釘與刀體連接，刀體中間設計有刀頭回縮槽，回縮槽有軸向和徑向兩種形式，通過機床主軸的正反向轉(zhuǎn)動，利用刀頭的慣性控制刀頭的展開與回縮。反锪工藝如下：

圖3 可收縮刀頭式反锪刀

(1)換刀后執(zhí)行CNC數(shù)控程序，機床主軸反轉(zhuǎn)，刀頭回縮至刀桿的回縮槽，刀具穿過過孔到達反锪孔背面最高點，機床主軸開始正轉(zhuǎn)，刀頭展開。

(2)刀具按照設定的切削參數(shù)向上進給，完成背面锪孔工作。

(3)機床主軸反轉(zhuǎn)，刀頭回縮至刀桿的回縮槽，刀具返回安全高度，單個孔的加工循環(huán)完成。

可收縮刀頭式反锪刀設計理念比較新穎，但是切削部分剛性差，一般只應用于非金屬加工領域。

1.3 快換刀頭式反锪刀

快換刀頭式反锪刀結(jié)構(gòu)如圖4所示，刀桿與刀頭分體獨立，刀桿頭部有一段突出的銷釘，對稱銑出兩扁平面，與刀頭橫槽相配，刀桿兩扁平面對稱并順時針磨出卡口平面，用于刀頭裝配，刀桿正轉(zhuǎn)時，刀頭隨之卡緊，不會在切削過程中脫落。反锪工藝如下：

圖4 快換刀頭式反锪刀

(1)換刀后手動逆時針旋轉(zhuǎn)刀頭至刀頭橫槽與刀桿扁平面平行，拆卸刀頭；執(zhí)行CNC數(shù)控程序，刀具穿過過孔到達反锪孔背面最高點，程序暫停，主軸停止，裝配刀頭。

(2)刀具按照設定的切削參數(shù)向上進給，完成背面锪孔工作。

(3)主軸停止，拆卸刀頭，刀具返回安全高度，單個孔的加工循環(huán)完成。

快換刀頭式反锪刀刀具結(jié)構(gòu)對稱，且刀頭剛性好，切削刃根據(jù)情況可以設計為2刃、3刃或者4刃，切削系統(tǒng)穩(wěn)定，加工效率高。另外，這種設計反锪孔直徑不受底孔直徑影響，同一個刀體可以配多個刀頭，可加工范圍大，通用性強。但是這種刀具刀體和刀頭分體獨立，在加工過程中需要人工操作，操作繁雜，工人勞動強度大，自動化水平低，重復勞動容易出錯。

1.4 可拆刀頭式反锪刀

可拆刀頭式反锪刀結(jié)構(gòu)如圖5所示，刀桿與刀頭分體獨立，刀桿頭部設計止轉(zhuǎn)方形鍵，與刀頭內(nèi)方形鍵槽配合，防止刀頭相對刀體轉(zhuǎn)動，刀頭與刀體通過緊固螺釘連接。可拆刀頭式反锪刀加工工藝與1.3節(jié)提到的快換刀頭式反锪刀工藝相同，均需要在加工過程中先拆卸刀頭穿過過孔，然后再裝配刀頭開始加工，加工完成之后拆卸刀頭退刀。

圖5 可拆刀頭式反锪刀

可拆刀頭式反锪刀是快換刀頭式反锪刀的改進和補充，可拆刀頭式反锪刀增加了浮動銅套，用以輔助定位，而且刀頭與刀體的連接強度更高，除刀頭安裝比快換刀頭式反锪刀繁瑣之外，其余加工性能均優(yōu)于快換刀頭式反锪刀，是重載切削條件的最佳選擇。另外，快換刀頭式反锪刀刀頭一般為整體式焊接刀刃，而可拆刀頭式反锪刀刀頭多為可轉(zhuǎn)位刀片，甚至會安裝重切削車刀刀片。

2 結(jié)語

本文展示了目前機加工領域四種常用的反锪孔刀設計方案和對應的反锪孔加工工藝，并對比了四種設計方案的優(yōu)劣。以上四種刀具方案都在我司實際生產(chǎn)中得到應用和驗證，可為同行業(yè)生產(chǎn)制造提供了參考依據(jù)。