優化刀具解決加工孔徑不穩定問題

■神龍汽車有限公司 （湖北武漢 441004）

劉 輝 李 冬

機械加工設備由于長時間使用，或多或少會存在一些加工質量問題，而這些問題有時只會在達到某些條件的基礎上才能表現出來。我公司的高速臥式加工中心（機型：BW60HS，簡稱XF1266）在加工MA變速箱殼體時正產生了上述問題。

1. 現狀描述及原因分析

近期，X F1266加工中心加工一軸軸承孔徑以及二軸軸承孔徑不穩定，通過對問題進行分析最終確認：由于主軸夾緊力不夠（要求18kN，實際14.6kN，且已無法調整），導致粗加工刀具在夾緊過程中致使刀體有略微下垂，在粗加工過程中產生干涉，引起振紋而精加工不能完全修正（備注：此兩把粗加工刀具長280mm，不包括錐柄，直徑62mm，已做去重處理，重7.353kg，其余刀具質量低于4.5kg且加工質量合格）。

2. 臨時解決措施

為保證生產，將鏜孔的雙刀片取消1片，降低加工參數，現生產100%檢測零件。

3. 最終措施

要徹底解決該問題，需要更換電主軸，或者優化刀具。更換電主軸成本約30萬元，周期至少3個月；而優化刀具成本約2萬元，周期最多1個月。因此從成本和周期角度選擇優化刀具。

（1）刀具的設計。以二軸軸承孔徑為例（一軸軸承孔徑加工方式與之一致），如圖1所示。

由于二軸軸承孔徑有锪面要求，原加工方式是：粗鏜二軸軸承孔徑+锪面，即夾具旋轉180°后，刀具從離變殼結合面方向穿過夾具本體進行粗鏜孔和锪面。通過夾具圖算出刀具最小長度為188mm+12mm+56mm=256mm，還要考慮為避免干涉粗鏜孔不能和锪面同時進行等各種因素，因此最終原刀具長度定為280m m，直徑為62mm。盡管已經做過去重處理，但是刀具仍重7.353k g；如果刀具從變殼后蓋結合面穿到變殼內部來完成加工，刀具長度至少能減少一半，那么質量也至少能減輕一半，約為3.6k g。以上是總設計思路，刀具的具體設計步驟是：①必須是單刃偏心鏜刀，否則無法從F200方向加工。②由于要從F200方向穿到變殼內部，測量2#基準孔毛坯孔直徑為53mm，刀具穿過毛坯孔時不能產生干涉，那么半徑方向保證0.5m m的間隙量較安全，刀具直徑應≤52mm，至少參與加工的部位最大直徑要≤52mm。③由于要锪面，為滿足φ（63.5±0.1）m m尺寸，锪面刀片刀尖與刀具回轉軸線的距離應為R（31.75±0.05）m m，同時粗鏜2#基準孔要達到φ（56.5±0.1）m m的尺寸，刀尖與刀具回轉軸線的距離為R（28.25±0.05）m m。④由②、③步可以確定偏心量至少為5.75mm；刀具長度L：100mm＜L＜140mm（不包括錐柄）。⑤刀具需要做動平衡，動平衡參數：G6.3，S2000（參考原刀具）。綜合以上5個條件設計刀具如圖2所示。

刀具長度由280m m減短至130mm，刀具直徑由φ62mm減小至φ45mm，刀具質量由7.353kg減輕至2.425kg。

同理設計一軸軸承孔徑鏜刀（見圖2b）。

優化前后刀具實物對比如圖3所示。

（2）加工程序的編制。由于加工方式發生改變，需要對加工程序進行重新編制，程序如下。

對于二軸軸承孔徑：

圖1 二軸軸承孔徑

圖 2

圖 3

T208； （指該刀的刀號）

L796； （調用換刀指令）

SETPIECE(0)； （刀具使用壽命開始計數）

IF R82==0 GOTOF DO064

（如果R82=0，則表示該孔加工過，跳轉最后，該子程序結束，否則準備開始加工該孔）

IF R82==1 GOTOF BOR02

BOR02:

G0 B=DC(0)； （工作臺B軸旋轉到0°位置）

G55； （坐標偏置）

G00 G90 G60 X0 Y0； （在G55偏置下移動距離，在此表示未移動）

SPOS=243； （主軸定向，由于是單刃鏜，需要穿過毛坯孔加工，就需要確定切削刃的方向，切削刃可以向上、向下、向左或向右，筆者習慣將切削刃向下，該角度為切削刃向下的角度）

Y=7； （切削刃向下后，Y軸向上走7mm，該7mm是刀具偏心量，由刀具設計圖樣來確定）

Z=175 D=3; （以3#刀沿快速穿過毛坯孔移動到Z175mm的距離）

Y=0 （取消偏心量）

G01 G601 Z=180.29-1.83 F=300 S=1000 D=2 M3 M8 M7； （開始加工）

G04 F=1； （停頓1s）

G00 G602 Z=175 D=3 ； （再次回到Z175mm）

SPOS=243； （主軸定向243°）

G00 G90 G60 X0 Y=7； （再次走偏心量）

G00 Z500 D1； （快退出零件）

STOPRE

R82=0

SETPIECE(1)； （刀具計數完成）

DO064:

RET

對于一軸軸承孔徑：

T205

L796

SETPIECE(0)

IF R82==0 GOTOF DO066

IF R82==1 GOTOF BOR01

BOR01:

G55

ROT RPL=-18.5431； （以Z軸為回轉中心，X、Y軸建立的坐標系進行旋轉18.543 1°，重新建立新的X、Y坐標系）

G00 G90 G60 X=0 Y=-65.025 B=DC(0) D1

ROT；（還原旋轉的坐標系，主要為刀具偏心量做準備。也可以不還原，如果不還原坐標系，在刀具走偏心量時，必須要注意提醒自己坐標系已旋轉，否則撞刀）

SPOS=245

G00 G91 G60 Y=6.5；

G00 G90 G60 Z=175 D=3；

G00 G91 G60 Y=-6.5；

G01 G90 G601 Z=178.25-0.05 F=300 S=1000 D=2 M3 M8 M7;d2=115.160

G04 F=1

G00 G90 G602 Z=175 D=3

SPOS=245

G00 G91 G60 Y=6.5

G00 G90 G60 Z500 D1

STOPRE

R82=0

SETPIECE(1)

DO066:

RET

由于刀具和程序發生變化，導致變殼成品的加工總時間延長4.583s，通過對其他孔徑加工程序的優化（比如加工路線、參數等），實現加工節拍恢復。

4. 結語

本文主要講述的是通過對刀具的優化設計以及對程序加工方式的優化編制，減輕刀具質量，使刀具質量由7.353kg減輕至2.425kg。最終保證了加工質量，恢復了設備正常加工，減輕了操作人員負擔。同時也為公司節約成本至少28萬元。這種做法適合在某些陳舊設備、刀具偏重等加工環境較為惡劣的狀態下推廣使用。