利用端面車槽刀與橋式鏜刀體進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)并制作端面槽加工專用刀具替代立銑刀，在數(shù)控雙面鏜銑加工中心上以鏜代銑加工大型結(jié)構(gòu)件端面槽。工藝優(yōu)化后，端面槽加工時間大幅減少，為大型結(jié)構(gòu)件端面槽在鏜銑加工中心上加工提供了一種高效加工方法。
01序言
在工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件（見圖1）中，經(jīng)常遇到一些結(jié)構(gòu)件的箱體中有端面槽，例如圖1中G-G剖視圖中的“Ⅰ放大”視圖所示端面槽內(nèi)徑為350mm，外徑為365mm，槽寬7.5mm，槽深為4.6mm。由于端面槽在機(jī)械零件中具有密封等不可替代的作用，要求其具有較高的加工精度[1]及位置精度，因此需要對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行焊后加工來保證圖樣要求的端面槽尺寸。
圖1 某工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件
對于回轉(zhuǎn)體工件端面槽的加工，一般選用車床利用端面車槽刀進(jìn)行車削加工，方法簡單，效率高。但是由于大型結(jié)構(gòu)件形狀復(fù)雜，顯然是無法在車床上對端面槽進(jìn)行車削加工的，因此需要在鏜銑加工中心上進(jìn)行端面槽的加工。對圖1所示工件的端面槽加工工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以鏜代銑，可使得端面槽加工效率大幅提升。
02優(yōu)化前端面槽加工工藝
圖1所示結(jié)構(gòu)件材質(zhì)為SCSiMn2H，端面槽加工設(shè)備為數(shù)控雙面鏜銑加工中心，操作系統(tǒng)為西門子840D sl，刀具為φ6mm立銑刀，冷卻方式為油霧冷卻。
端面槽加工工藝：采用φ6mm整體立銑刀螺旋插補(bǔ)銑削（見圖2），先粗銑加工到槽深度2mm，再加工到槽深度4mm，留0.6mm進(jìn)行槽的精銑加工。粗銑加工程序見表1[2，3]，通過修改程序的切削參數(shù)及螺旋插補(bǔ)坐標(biāo)值就可以進(jìn)行精銑加工。粗銑及精銑加工切削參數(shù)見表2。
圖2 立銑刀螺旋插補(bǔ)銑削端面槽
表1 端面槽銑削加工程序
表2 端面槽銑削加工切削參數(shù)
根據(jù)加工工藝及加工程序，采用φ6mm立銑刀銑削槽寬為7.5mm的端面槽，粗銑加工需要螺旋插補(bǔ)6圈，精銑加工需要螺旋插補(bǔ)3圈。由于槽直徑較大，立銑刀粗銑螺旋插補(bǔ)銑削1圈需要時間約為19min，精銑螺旋插補(bǔ)銑削1圈需要時間約為14min，粗、精銑加工總時間約為156min。采用螺旋插補(bǔ)銑削槽的加工工藝效率較低，需要進(jìn)行工藝優(yōu)化與改進(jìn)。
03優(yōu)化后端面槽加工工藝
在車床上進(jìn)行端面槽加工的原理是工件旋轉(zhuǎn)，端面車槽刀（見圖3）進(jìn)行軸向進(jìn)給，達(dá)到指定的槽深度后再進(jìn)行徑向進(jìn)給，擴(kuò)寬端面槽（見圖4）。在鏜銑加工中心上進(jìn)行端面槽加工時，可以通過組合端面車槽刀與橋式鏜刀刀體設(shè)計(jì)制作端面槽加工專用刀具，參考車床車削端面槽的加工原理，工件不動，專用刀具旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行軸向進(jìn)給，完成端面槽加工。這種加工進(jìn)給方式稱為鏜槽加工。
圖3 端面車槽刀
圖4 車床車削端面槽加工原理示意
在數(shù)控鏜銑加工中心上采用機(jī)夾刀片加工機(jī)械零件，精度一般能達(dá)到IT7級、IT6級，再加上因新型切槽刀片具有特殊的后角結(jié)構(gòu)，刀片鋒利，可以降低切削阻力、減少振動，加工時產(chǎn)生的切屑可以快速飛離工件表面，故可以獲得較高的表面質(zhì)量。
因?yàn)橥ㄟ^調(diào)整不同的進(jìn)給速度、不同的轉(zhuǎn)速等切削參數(shù)，也可以人為控制銑削內(nèi)孔槽表面質(zhì)量的高低，所以理論上利用加工中心采用專用槽刀加工的端面槽精度是可以滿足圖樣精度要求的[4]。
3.1 設(shè)計(jì)端面槽加工專用刀具
設(shè)計(jì)類似橋式鏜刀的端面槽加工專用刀具如圖5所示。該刀具由橋式鏜刀體、滑塊以及非標(biāo)刀座組成，非標(biāo)刀座由刀座、刀夾和切槽刀片組成。橋式鏜刀體及滑塊為標(biāo)準(zhǔn)刀具配件，只需設(shè)計(jì)如圖6所示非標(biāo)刀座即可。選擇合適的切槽刀片型號，將切槽刀片安裝在端面槽刀夾上，非標(biāo)刀座安裝在滑塊上，移動滑塊進(jìn)行端面槽刀具直徑的調(diào)節(jié)。
圖5 端面槽加工專用刀具結(jié)構(gòu)
a）主視圖
b）左視圖
圖6 非標(biāo)刀座結(jié)構(gòu)
3.2 利用專用刀具加工端面槽
制作完成的端面槽加工專用刀具實(shí)物如圖7所示。利用對刀儀通過移動滑塊調(diào)節(jié)刀具到合適的切槽直徑，記錄刀具長度，并將刀具直徑及刀具長度輸入機(jī)床面板對應(yīng)的表格內(nèi)，通過工件試切且測量合格后按照表3所示加工程序采用鏜削加工方式進(jìn)行端面槽的加工（見圖8）。通過數(shù)控程序控制切槽深度，可一次鏜削完成端面槽粗加工。粗加工后進(jìn)行槽尺寸測量，通過調(diào)整切削參數(shù)及固定循環(huán)參數(shù)進(jìn)行槽的精銑加工。端面槽鏜削加工切削參數(shù)見表4。端面槽加工時間約為2min。
圖7 端面槽加工專用刀具
表3 端面槽鏜削加工程序
圖8 端面槽鏜削加工
表4 端面槽鏜削加工切削參數(shù)
3.3 工藝優(yōu)化后實(shí)施效果
工藝優(yōu)化后，持續(xù)進(jìn)行5件工件箱體端面槽的鏜削加工驗(yàn)證，加工完成后的工件經(jīng)過交檢，端面槽加工精度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，交檢合格率為100%，測量數(shù)據(jù)見表5。又通過較長時間20件箱體端面槽的批量加工及質(zhì)量驗(yàn)證，利用該方法加工的端面槽精度能夠滿足圖樣要求。
表5 箱體端面槽測量數(shù)據(jù) （單位：mm）
采用端面槽專用加工刀具代替整體式立銑刀加工端面槽，刀具剛性提升，走刀時間大幅縮短。通過對比計(jì)算，工藝優(yōu)化后端面槽加工時間相比優(yōu)化前縮短了98.7%，加工效率大幅提升。該刀具切槽刀片磨損后可更換，相比整體式立銑刀，成本降低，使用壽命更長。實(shí)踐證明，該端面槽的加工方法可以推廣使用。
04結(jié)束語
利用端面車槽刀與橋式鏜刀體組合設(shè)計(jì)并制作端面槽加工專用刀具，在數(shù)控鏜銑加工中心上通過鏜削加工實(shí)現(xiàn)大型結(jié)構(gòu)件端面槽的加工，該方法構(gòu)思新穎，加工刀具易制作且成本低，刀具直徑可調(diào)，端面槽加工通用性強(qiáng)，加工效率高，表現(xiàn)出了卓越的加工性能，為生產(chǎn)制造提供了有力的保障。通過較長時間的生產(chǎn)實(shí)踐表明，這種端面槽加工工藝具有一定的使用及推廣價值，可為其他類似結(jié)構(gòu)件的端面槽在鏜銑加工中心上加工提供參考和借鑒。
