加工灰铸铁深孔件刀具的改进
2013-5-5 来源：齐齐哈尔二机床 作者：李新 王晓东
我公司是生产金切机床的传统企业，在以往加工立式车床的灰铸铁升降箱体传动孔系时，所消耗的机加工工时约为16h，同时加工质量很难保证，已成为制约生产的瓶颈。
加工同样切削量的其他工件所需要的机加工工时为3～4h，如果找到合理的方法，工件加工时间可以大幅减少。加工灰铸铁一般采用YG8硬质合金刀具，但因为本工件孔系尺寸较深，并且φ 95js7孔、φ 102j s7孔都是要求清根的台阶孔，传统的加工方式只能采用斜方刀杆（见图1）。而硬质合金刀具硬而脆，加工时容易产生崩刃现象，所以传统的斜方刀具只能采用高速钢类刀具。高速钢类刀具的缺点主要表现在易磨损，特别是加工灰铸铁类深孔零件时，因产生高热量不能及时排出去，加速了高速钢刀具的刃部磨损。因此机床在加工零件时主轴转速只能在80r/min以下，刀具进给量约为0.10mm/r，也就是工件切削量仅为8mm/min，加工效率非常低。
采用硬质合金类刀具受限的根本原因是，斜方刀杆截面积较小，刚性不足易产生刀体颤动，刀具刃部受力不稳导致崩刃。通过对刀块的受力分析（见图2），发现斜方刀杆上刀块主要受与刀具进给方向相反的力，这个方向上的力我们可以分解为两个力。一个是垂直于刀块的力，一个是平行于刀块的力。垂直于刀块的力对刀具的定位没有影响，而平行于刀块的力是使刀块颤动的主要原因。通过以上分析，决定将主要解决两个问题：①解决刀具进给时颤动的问题。②进而将高速钢刀具改为硬质合金刀具。
通过实践经验得出刀具与垂直于刀杆方向上的夹角α越小，刀具所受的平行于刀块的力越小（见图2），所以减小刀具与垂直于刀杆方向上的夹角。
第一次改进，使刀块与刀杆的固定槽改为与前端面平行，也就是使刀块与刀杆垂直方向的夹角变为0°，刀块加工成L形， 插入刀杆孔之中并增加了两个固定螺钉，保持刀具进给量0.10mm/r不变，加工零件时主轴转速提高到180r/min，也就是工件切削量为18mm/min。加工效率有所提高但是由于刀具的受力作用产生刀块的颤动，刀具稳定性还是不好。主要问题是主轴转速超过180r/min后打刀的现象很显着，造成平均生产时间远远没有达到理想要求。
针对第一次刀具改进后效果不理想的情况，我们做了第二次改进方案。在第一次方案的基础上在前端开口处保留了5mm的刀杆体不加工掉，其作用是限制刀具在加工零件过程中受切削力而造成左右颤动，进而增加刀具的稳定性（见图3）。同时镗刀块加工成L形（见图4）， 插入改进后刀杆孔之中。
经过改进的刀具在稳定性方面有了显着提高。
这样就使机床在加工过程中主轴转速有了提高的保证，经过试验得到：主轴转速最大提高到200r/min，同时刀具进给量最大提高到0.26mm/r，即切削量为52mm/min，几乎没有打刀的现象出现，就是达到了稳定切削的极限值。此时切削量比改进前的8mm/min，提高了5.5倍。
对2010年9月以后加工升降箱体所用时间进行抽样调查，平均加工时间为3.78h。与开始15.7h降低了75.92%的加工时间，改进取得显着成功。
以上改进主要是改善刀具的安装位置和形态，增加刀具的稳定性，减少切削时引起的颤动；从而达到了高速和大进给量地切削铸铁工件，同时刀具的崩刃现象基本消失，生产效率得到显着提高。需要注意的是：主轴转速200r/min，进给量0.26mm/r，即切削量为52mm/min时，是加工该零件的切削量极限；超过极限值刀具仍会出现崩刃的情况。
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