針對某中架產(chǎn)品深腔內(nèi)部反面锪孔問題進行工藝分析，從不同刀具、加工方式開展多方調(diào)研及現(xiàn)場試驗，通過對比確定改進方案，采用自制偏心式反刮刀，進行特定加工步驟和程序方面的變更，經(jīng)生產(chǎn)驗證和數(shù)據(jù)分析，解決了深腔內(nèi)部反面锪孔問題。

01 序言

某中架產(chǎn)品為高鐵裝置核心承力結(jié)構(gòu)件，在高鐵運行中需要承受多重載荷的考驗，其結(jié)構(gòu)強度直接影響高鐵運行。在該產(chǎn)品深腔內(nèi)部存在多個反面锪孔（見圖1），普通刀具在機床上不具備可達性，需單獨增加電火花工序加工反面锪孔，每件產(chǎn)品最少加工時長2.5h，加工效率低，表面質(zhì)量差，且裝夾定位困難。

圖1　中架產(chǎn)品深腔內(nèi)部存在多個反面锪孔

為解決中架產(chǎn)品反面锪孔加工難題，改變電火花加工現(xiàn)狀，降低加工成本，提高加工效率，通過調(diào)研多種反面锪孔加工方案，實現(xiàn)了數(shù)控銑床反面锪孔加工。

02 問題分析及工藝試驗
2.1 刀具種類

目前反面锪孔加工刀具種類主要有螺釘鎖緊式反刮刀（見圖2）、安裝驅(qū)動刀塊式反刮刀（見圖3）及偏心式反刮刀（見圖4）[1]。

圖2　螺釘鎖緊式反刮刀

圖3　安裝驅(qū)動刀塊式反刮刀

圖4　偏心式反刮刀

2.2 各刀具加工方案對比
（1）螺釘鎖緊式反刮刀　加工步驟：①將刀桿Z軸伸入。②用螺釘將刀盤鎖緊。③正轉(zhuǎn)向上加工。④退回松卸螺釘，取下刀盤。⑤刀桿退出，完成加工。

優(yōu)點為安裝緊固，剛性足，刀片可更換，成本低。缺點為換刀耗時比較多[2]。

該加工方案目前存在多種改進方式，例如將螺釘鎖緊改為套式鑲嵌，旋轉(zhuǎn)刀盤正轉(zhuǎn)加工時與主刀桿進行卡死，無需用螺釘固定，節(jié)省時間，但是由于前、后中架裝夾定位后，腔內(nèi)有4個反面锪孔，無法進行拆裝旋轉(zhuǎn)刀盤，因此螺釘鎖緊式反刮刀加工方式不可行。
（2）安裝驅(qū)動刀塊式反刮刀　有多種驅(qū)動刀塊的方法，如通過空氣或切削液壓力打開刀塊，通過扭矩桿打開刀塊，通過短錐或碰撞打開刀塊及通過慣性打開刀塊等。

中架產(chǎn)品反面锪孔為φ9mm細長孔，選用BIG標準多功能反刮刀，為可拆卸式、扇葉式刀片座結(jié)構(gòu)，刀片座可實現(xiàn)自動閉合，通過簡單的主軸正反轉(zhuǎn)編程操作，實現(xiàn)刀片座閉合時貫通底孔，刀片座展開時開始切削加工，可以在立式和臥式加工中心上實現(xiàn)自動化加工。

加工步驟：將主軸反轉(zhuǎn)后插入底孔（刀片座在離心力的作用下呈打開狀態(tài)）；刀片座接觸底孔時，會自動折入刀桿內(nèi)；繼續(xù)進給，直至刀片座穿過底孔；使主軸正轉(zhuǎn)，通過切削進給向上拉（開始加工）；背面锪孔完成時，使主軸稍稍后退后反轉(zhuǎn)；在反轉(zhuǎn)的同時抬起主軸，刀片座可折入刀桿內(nèi)從底孔拔出。

通過多次試驗，BIG多功能反刮刀加工正常反面锪孔效率極高，但是由于前中架、后中架產(chǎn)品零件反面锪孔（見圖5）與側(cè)壁相切，開始切削時，刀片座不具備切削刃的側(cè)面會與工件進行接觸，瞬間損壞刀座，因此該加工方案不具備穩(wěn)定生產(chǎn)條件。BIG多功能反刮刀刀座如圖6所示。

圖5　反面锪孔

圖6 BIG多功能反刮刀刀座

（3）偏心式反刮刀　選用偏心式反刮刀，首先要考慮由于反刮刀在主軸安裝時，刀尖在圓周具有方向性，在換刀時，主軸需要圓周定位，因此當換刀結(jié)束時，主軸上反刮刀的刀尖在圓周具有方向性。主軸不轉(zhuǎn)動快速移動，在孔中心沿刀尖的反方向在X軸偏離孔中心，偏離量＞3.5mm[（大孔直徑16mm－小孔直徑9mm）/2]，以保證反刮刀在通過孔時不會與孔壁產(chǎn)生干涉。反刮刀在孔底位置反向锪內(nèi)圓柱孔結(jié)束時，主軸軸向不移動（暫停），對底面刮削，刮削的圓周數(shù)與主軸的轉(zhuǎn)速和暫停的時間有關(guān)，可由下式確定：圓周數(shù)＝主軸的轉(zhuǎn)速×暫停的時間，必須保證圓周數(shù)為整數(shù)[3]。圖7為前期方案試制的自制反刮刀，圖8為自制反刮刀。

圖7　前期方案試制的自制反刮刀

圖8　自制反刮刀

加工步驟：①主軸定位。②偏心位移（ E值）。③Z軸深入。④恢復中心（E值）。⑤正轉(zhuǎn)向上加工。⑥主軸定位。⑦偏心位移（E值）。⑧向上脫離，完成加工。

采用此種加工方式不用正反轉(zhuǎn)，可降低損壞概率；減少手工裝旋轉(zhuǎn)刀盤的繁瑣流程，一次進孔加工成形；接受多種規(guī)格定制，針對锪孔遠大于底孔的情況，可以選擇進口合金鋼，或者加塞硬質(zhì)合金，或者使用整體鎢基合金作為本體。但要求機床有定向停止功能，否則不能使用。

03 改進后的加工方案

對φ16mm大孔進行锪孔加工，首先設(shè)計可換刀片偏心式反刮刀（見圖9），設(shè)備選擇有主軸定向停止功能的數(shù)控機床，按照安裝刀片相反的方向移動3.6mm，使鏜刀順利通過φ9mm小孔。反刮刀按照鏜刀刀頭方向移動一定的距離至X=0、Y=0點（孔中心），锪孔，暫停，即無進給切削，以降低锪孔表面粗糙度值；后退，圓周定位、讓刀；刀具退出，完成加工。

圖9 可換刀片偏心式反刮刀

加工程序如下。

N1 G90G54G00X3.6Y0.0；反刮刀快速移動在X軸偏離孔

中心3.6mm

N2 G43Z180.0H06

N3 Z115.0

N4 X0.0S280M03；反刮刀回到孔中心

N5 C0lZ125.0F36

N6 G04P450；暫停0.45s，刮平底面

N7 G00 Z115.0 M05

N8 M19；主軸圓周定位

N9 X3.6

N10 G91 G28 Z0

N11 G49 G28 XO YO

04 結(jié)束語

經(jīng)現(xiàn)場生產(chǎn)驗證和成品質(zhì)量檢測，改進后的加工方案經(jīng)濟實用，選用可換刀片偏心式反刮刀，在數(shù)控機床上通過加工程序解決了深腔內(nèi)部的反面锪孔問題，為今后深孔類車銑工藝設(shè)計提供了刀具拓展思路。

參考文獻：
[1] 簡琦昭. Mastercam V8.1-V9實用教程[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.
[2] 肖詩綱. 刀具材料及其合理選擇[M]. 2版. 北京：機械工業(yè)出版社，1990.
[3] 李體仁，楊云. 加工中心上反向锪內(nèi)圓柱沉孔[J]. 數(shù)控加工技術(shù)， 2004（11）：30.

（轉(zhuǎn)載）