利用立式加工中心磨削插齒刀

湖北三環汽車方向機有限公司 （咸寧 437000） 王宏章

我公司是生產汽車轉向器專業廠家。在新品開發時，其刀具也常常需要特制。由于是新品試制，刀具關鍵參數往往未最終定型，為了盡可能避免浪費，減少開發費用，同時又加快開發進度，我們設計了一副專用夾具，編寫了專用磨削程序，利用立式加工中心解決了插齒刀具的磨削難題。

1. 插齒刀加工介紹

一種代表性產品為變速比轉向器，其轉向器搖臂軸扇齒需要一種特殊的插齒刀加工。插齒刀的齒厚、齒槽寬度極限偏差為±0.015mm，如圖1所示。

該刀具齒側需要刃磨，在一般工具磨床上很難達到其精度要求，外協費用較高，達4 000元左右。為此利用現有的CNC立式加工中心來磨削刀具齒部，使加工精度滿足使用要求，使用效果良好，刀具總費用不足1 000元，每把刀具可節約成本3 000元左右。截止目前已經用此方法加工各種刀具數十把，為公司創造了較好的經濟效益。

圖1 插齒刀簡圖

2. 插齒刀具刃磨方法

插齒刀具刃磨所需。機床：立式加工中心ARROW 750 （美國CINCINNATI公司），FANUC控制系統。

工件：插齒刀材料為W6M o5C r4V3，淬火后經線切割加工，單側刃磨余量為0.25～0.30m m。刀具：砂輪P150×20×30 ，WA80K5V35，已經裝砂輪用連接桿、刀柄及金剛石筆等。

原理：利用機床X－Z軸聯動，修整砂輪刃部夾角與刀具齒形角一致，利用機床的高精度定位性能，可以確保刀具的齒距、齒厚和齒槽尺寸精度要求。利用機床的宏程序編程功能，自動補正砂輪的修整量。

具體磨削操作過程如下：首先將專用夾具裝夾在機床工作臺上，并裝好插齒刀半成品，然后將砂輪裝在連接桿上鎖緊；在臥式車床上用硬質合金車刀低速車削砂輪刃部夾角和刀具齒形夾角大致相等（約60°）；再將刀桿連同砂輪一起裝在立式加工中心的刀庫中；設置砂輪與金剛石筆及工件之間的位置，確定工件坐標系。為安全起見，可是適當留0.05～0.10mm間隙（見圖2）。然后起動預先編制好的加工程序開始磨削，在磨削過程中，可根據磨削情況調整刀具和工件之間的對刀誤差。一次磨削循環完成后，用齒厚卡尺測量刀具的齒厚尺寸是否到位。如果沒有到位，只需重新確定磨削余量（進刀次數），再次起動磨削循環即可。

具體數控程序如下：

G153G90G71G0 （設置機床狀態）

T01M6 （從機床刀庫調出刀具）

S1800M3 （轉速1 800r/min， 正轉）

圖2 插齒刀磨削示意圖

G54X0Y0 （一致坐標系零點）

#1=0 （#1為砂輪修整量，開始為0）

M98P01 （轉 O01子程序）

G90G0Z-150 （快速到達D面Z軸起始位置）

X-90 （快速到達X軸磨削起點）

M98P02 （轉O02子程序）

G90G1Z-150 （快速到達E面Z軸起始位置）

X-90 （快速到達X軸磨削起點）

M98P03 （轉O03子程序）

M98P01 （轉 O01子程序）

G90G0Z-129.937 （快速到達B面Z軸起始位置）

X-90 （快速到達X軸磨削起點）

M98P02 （轉O02子程序）

G90G1Z-130.811 （快速到達C面Z軸起始位置）

X-90 （快速到達X軸磨削起點）

M98P03 （轉O03子程序）

M98P01 （轉 O01子程序）

G90G0Z-169.189 （快速到達F面Z軸起始位置）

X-90 （快速到達X軸磨削起點）

M98P02 （轉O02子程序）

G90G1Z-170.063 （快速到達G面Z軸起始位置）

X-90 （快速到達X軸磨削起點）

M98P03 （轉O03子程序）

M98P01 （轉 O01子程序）

G90G0Z-110.748 （快速到達A面Z軸起始位置）

X-90 （快速到達X軸磨削起點）

M98P02 （轉O02子程序）

G90G1Z-189.252 （快速到達H面Z軸起始位置）

X-90 （快速到達X軸磨削起點）

M98P03 （轉O03子程序）

G0G90Z100M09 （快速至安全位置，切削液關閉）

M30 （程序結束）

O01 （修整砂輪子程序）

G0G54X0Y0 （快速至坐標系X0、Y0位置）

Z0M08 （至Z0位置同時切削液打開）

S1800M03（主軸轉速1 800r/min，正轉)

#2=0 （#2為砂輪修整次數變量）

WHILE #2＜N1 (N1為所需磨削次數，條件判斷)

G1G91X-#1F100 （開始修砂輪，F為走刀速度）

G1G91X-19Z11.065 （X、Z軸聯動，精修砂輪）

G1G91X19Z-11.065 （X、Z軸聯動，精修砂輪）

G0G90X25

G0Z-120

G0X0

G1G91X-#1F100

G1G91X-19Z-11.065 （X、Z軸聯動，精修砂輪）

G1G91X19Z11.065 （X、Z軸聯動，精修砂輪）

G90

#1=#1+0.1 （修整量增加0.1mm）

#2=#2+1 （修整次數增加1次）

G90G0X50

Z50

#3=#3+#1 （#3為工件對坐標系Y軸坐標）

G90G1Y#3 （Y軸坐標補償）

M99 （返回主程序）

O02 （磨削面子程序）

#4=0

WHILE#4＜N2 （N2為進刀所需次數，條件判斷）

G91G1X-210F3000 （X軸磨削終點）

X210

X-210

X210

Z0.002 （Z軸上升0.002mm）

#4=#4+1 （進刀次數加1）

ENDWHILE （條件不滿足，結束該循環）

G91X100 （至X軸安全位置）

G90Z50 （至Z軸安全位置）

M99 （返回主程序）

O03

#4=0

WHILE#4＜N2 （N2為進刀所需次數，條件判斷）

G91G1X-210F3000 （X軸磨削終點）

X210

X-210

X210

Z-.002 （Z軸下降0.002mm）

ENDWHILE （條件不滿足，結束該循環）

G91X100 （至X軸安全位置）

G90Z50 （至Z軸安全位置）

M99 （返回主程序）

用此方法磨削出來的刀具齒表面粗糙度值Ra=0.4μm，節距誤差≤0.01mm，齒形角度誤差≤0°5′，完全滿足圖樣要求。