小數控車床加工大模具工件的刀具改進

2012-10-23 10:04:12余新軍

制造技術與機床 2012年5期

余新軍

(深圳第二高級技工學校，廣東深圳 518107)

利用CJK6132A數控車床批量加工模具工件。如圖1所示，是一件滾壓模具，材料為模具鋼(經調質后達到48 HRC)，最大外徑為 φ254.394 mm，內徑 φ105 mm，厚75 mm。需加工很深的圓弧槽、外圓及內孔都要求Ra1.6 μm，表面無刮傷和毛刺。

工件的毛坯是采用模具鑄造成形，并在普車上已粗車好的成形工件，長度方向留有2～3 mm的余量，而直徑方向留有3～4 mm的余量。

1 難度分析及工藝流程分析

從圖1要求及材料來看，主要是工件的直徑大，約為260 mm，而車床的回轉直徑只有320 mm。材料為模具鋼，硬度很高(48 HRC)，已接近于高速鋼車刀的硬度。既要考慮如何保證工件在加工時的定位精度，又要考慮裝夾方便、可靠、并且不能損傷表面，還要保證縮短加工時間，減少刀具的磨損，從而降低成本。因此關鍵是解決工件的定位裝夾和刀具的選用問題。

根據工件圖樣，經過工藝分析后，制定出以下加工工藝流程:

(1)用普通車床(CK6140)粗車內孔、外圓、凹槽及各成形面，各部分尺寸要留有足夠的精車余量;

(2)數控車床用反爪夾緊左端φ211.547 mm外圓，半精車、精車內孔至尺寸要求，并光正端面;再半精車、精車右端的外圓及凹槽至尺寸要求;

技術要求:①全部Ra為1.6 μm;②長度公差為±0.003 mm，直徑公差為0至－0.02 mm;③凹槽要保證一次裝夾車削完成;④工件不得有缺陷;⑤表面無刮傷和毛刺。

(3)數控車床用軟卡爪的正爪撐右端φ105 mm的內孔，車左端的臺階及R3 mm和R5 mm圓弧面及工件厚度至尺寸要求;

(4)檢查測量無誤后，拆卸工件，完成加工。

從上述工藝流程來看，似乎很簡單。但在第2步加工時，如用一般車刀和正常的裝刀方法來加工凹槽的話，因為車床的回轉直徑較小，刀架將出現超程，而無法進行加工;另外槽深(深度約為45 mm)、兩邊還有圓弧，材料的硬度高，如何正確合理地選用刀具、切削用量和加工程序也有一定的難度，如選用不合理將直接影響到加工的效果和質量。因此在這步加工工序中要考慮如何裝夾刀具和合理編程的問題。

2 刀具的設計

由于工件直徑大，車床的回轉直徑小，如果采用常規方法裝夾，又采用通用的刀具來加工凹槽的話，刀架將會出現超程而無法進刀，根本無法完成凹槽的加工。為解決此問題，筆者設計了一套適合上面工件加工的專用刀具，如圖2所示。

圖2是車刀的加長桿，用方鋼制成，在距左端15 mm處橫向開了一個17 mm×17 mm的通方孔，用來裝夾16 mm×16 mm的機夾刀。通方孔的上面有兩個M8 mm螺釘，左側面有一個M8 mm的螺釘，用來固定機夾刀。根據凹槽的外形，一開始選用一把圓弧刀來加工，但由于材料硬，圓弧車刀的刀尖剛性不足，剛開始進刀時刀尖就崩裂了，根本無法加工。后來選用了35°的左偏刀和右偏刀各一把，把凹槽從中間分開兩半來加工，先把右偏刀裝夾在刀桿上，用來加工凹槽的左邊部分，再換上左偏刀來加工凹槽的右邊部分。在剛開始加工時右偏刀的刀頭太大，剛進刀時會碰到凹槽的右側面，所以就用銑床把刀頭的右側面銑去一部分(如圖2的陰影部分所示)，左偏刀也要把另一側銑去一部分(為保證刀桿有足夠的剛性，銑去約1/4即可)。把刀桿安裝在前刀架的后面(如圖3所示)，這樣就解決了刀具及刀具裝夾的問題。

3 刀具材料的選擇

(1)加工內孔采用機夾刀，刀片為東芝的MPJ35，以縮短換刀時間，無需刃磨刀具，具有較好的剛性，能減少振動變形和防止產生振紋;

(2)外圓及凹槽的粗車、半精車、精車均選用16 mm×16 mm的35°機夾刀完成，刀片選用東芝的NS530，此刀的硬度高，耐磨性好，抗振性強，同時也利于刀尖磨損后的更換，從而節省加工時間。

4 實際操作

4.1 切削用量的選擇(數控車加工部分)

由于材料太硬，在剛開始加工時，因切削用量的選用不合理，造成工件振動很大，聲音很響，刀片也很容易崩裂，后來經過多次的更改，終于總結出了以下合理的切削用量，從而保證了加工效果和進度。

(1)內孔粗車時，主軸轉速為105～180 r/min，吃刀深度為0.4 mm，進給速度為0.16 mm/r，留精車余量0.15～0.3 mm。

(2)內孔精車時，主軸轉速為180 r/min，進給速度為0.18 mm/r，采用一次走刀加工完成。

(3)外圓粗車時，主軸轉速為105～160 r/min，吃刀深度為0.6 mm，進給速度為0.11～0.16 mm/r，留精車余量0.2～0.3 mm。

(4)外圓精車時，主軸轉速為180 r/min，進給速度為0.16 mm/r，采用一次走刀加工完成。

4.2 工件加工時的特殊處理

(1)該工件加工的難點就在凹槽，用一把圓弧車刀無法加工。所以筆者用一把左偏刀和一把右偏刀把凹槽分為兩半來加工。為了不影響加工質量，在換刀和接刀時嚴格對準刀尖，編程時還要做適當的處理，每把刀在中間下刀時采用了延長距離和斜進刀的方法來解決接刀問題，從而保證了接刀處的加工質量。

(2)因為工件已經粗車成形，其實可以很方便地用G73來編程，但考慮到G73的分刀不均勻，一開始會出現空走刀，后面一兩刀吃刀深度會很大，由于工件的硬度高，將造成車刀很容易崩裂。為了保證每刀的吃刀深度和進給速度保持一致，筆者先用G71分段半精車，再用單段的G指令進刀精車的方法來進行編程，從而節省了加工時間，又保證了加工質量。

(3)因凹槽的精度要求高，測量不方便，按圖紙要求，用線切割加工出相應的樣板(如圖4所示)來測量，使測量既準確又快捷。