缸蓋法蘭外圓的套車刀具

薛飛

上汽大眾汽車有限公司 上海 201805

1 序言

缸蓋法蘭面是缸蓋與真空泵連接的安裝表面。由于真空泵的工作特性，在發(fā)動機工作時該連接表面承受著較大的壓力，同時不允許有刀痕劃傷等表面質量問題，否則將會產(chǎn)生泄漏隱患。

2 缸蓋法蘭面加工工藝分析

缸蓋真空泵法蘭套車削加工軸向和徑向視圖如圖1所示，缸蓋法蘭面的外圓尺寸φ57-0.01-0.056mm，采用粗銑→合蓋→套車加工的工藝路線。套車的加工方式可以得到圓度精度比較高、表面粗糙度值比較低的法蘭外圓表面。但實際加工中發(fā)現(xiàn)缸蓋法蘭外圓表面存在螺旋線狀的劃痕（見圖2）。切削是依靠刀尖對金屬表面擠壓剪切去除金屬，由于金屬存在一定的彈性變形，當加工結束后，刀具快速軸向退刀，刀尖經(jīng)過存在一定回彈量的已加工表面，會產(chǎn)生一條螺旋線狀的退刀痕，該退刀痕影響了零件的表面質量。另外，采用螺栓和斜楔組成的原有刀片加工尺寸調(diào)整機構，由于調(diào)整螺栓規(guī)格較小，所以存在調(diào)整力矩小、可靠性差等問題，經(jīng)常發(fā)生螺栓滑牙現(xiàn)象[1，2]。

圖1 缸蓋真空泵法蘭套車削加工軸向和徑向視圖

圖2 套車加工的法蘭和套車刀具

3 傳統(tǒng)技術解決方案的弊端

（1）將快速退刀改為慢速退刀 該方法會延長生產(chǎn)節(jié)拍，降低生產(chǎn)效率。法蘭外圓被重復加工，尺寸會偏小，并且表面有被擠壓拉毛的情況。

（2）采用單刃套車刀加工后進行定向準停退刀 由于是單刃切削，所以加工過程中切削力不平衡，導致生產(chǎn)效率低于雙刃刀。

（3）將套車工藝改為銑削工藝 利用數(shù)控系統(tǒng)控制圓弧插補軌跡對法蘭外圓進行銑削加工（見圖3）。圓弧插補軌跡存在原理誤差與控制誤差。雙主軸加工中心兩根主軸圓弧插補軌跡相同，當銑刀直徑不同時會造成兩個零件上法蘭的直徑不同[3]。

圖3 缸蓋真空泵法蘭銑削加工軸向和徑向視圖

4 解決措施

設計制作了一種隱藏擋屑套的缸蓋法蘭外圓的套車刀具（見圖4），該刀具具有加工直徑可調(diào)和自動讓刀的功能，能高效、高精度地完成法蘭外圓加工。

圖4 隱藏擋屑套的缸蓋法蘭外圓的套車刀具

4.1 刀具結構特點

1）刀桿中間帶孔，能繞轉軸旋轉，實現(xiàn)讓刀運動，離心力式讓刀機構如圖5所示。

圖5 離心力式讓刀機構示意

2） 在刀桿一端釬焊硬質合金質量塊，當?shù)毒吒咚傩D時，硬質合金質量塊在離心力作用下向兩側張開運動。

3）旋轉軸到刀片切削點的距離是旋轉軸到質量塊距離的1/2，這樣可以保證質量塊產(chǎn)生的離心力力矩遠大于切削力的力矩。

4）質量塊通過連桿與彈簧、彈簧座連接。當?shù)毒卟恍D時，在彈簧力的作用下質量塊收緊。

5）在刀具前部有一個V形斜楔塊，在螺栓壓緊力作用下能沿著螺栓軸向移動。

6）在刀具前部有對稱的尺寸調(diào)整頂桿在彈簧力的作用下沿刀體上的孔軸向移動，刀體后部有突起的限位塊，如圖6所示。當?shù)毒咄＾D時彈簧收縮刀桿，靠在刀體后部突起的限位塊上。

圖6 尺寸調(diào)整頂桿及限位塊

7）V形斜楔塊與頂桿之間存在滾輪，將V形斜楔塊的上下移動轉化成左右對稱的水平移動。

4.2 連接關系及運動關系

刀具裝配圖如圖7所示，件1刀桿銷軸穿過件3刀體上的孔。件2斜楔滑塊能在件3刀體上的槽中移動。件4尺寸調(diào)整頂桿彈簧壓住件5尺寸調(diào)整頂桿的臺階。件5尺寸調(diào)整頂桿能在件3刀體內(nèi)孔中移動。件6滾輪在件2斜楔滑塊和件5尺寸調(diào)整頂桿之間。件7調(diào)節(jié)螺栓通過螺紋聯(lián)接在件3刀體上的螺紋孔中。件7調(diào)節(jié)螺栓的臺階面壓住件2斜楔滑塊的平面。件9彈簧座插入件3刀體的槽中。件8騎縫螺栓與件3刀體、件9彈簧座聯(lián)接，防止件9彈簧座軸向移動。件10彈簧套在件11拉桿外圓上，一端壓住件9彈簧座，一端壓住螺母。件12慣性塊銷軸插入件11拉桿的孔中。件12慣性塊銷軸一端插入件13慣性塊的孔中。件13慣性塊采用硬質合金材質釬焊在刀桿上。件14鏜刀桿被件1刀桿銷軸插入孔中，并且件14鏜刀桿能夠繞件1刀桿銷軸旋轉。

圖7 刀具裝配

當?shù)毒唛_始旋轉，件13慣性塊在離心力的作用下克服件10彈簧的彈力，帶動件11拉桿向外張開，帶動件14鏜刀桿繞著件1刀桿銷軸旋轉。件14鏜刀桿的刀尖向內(nèi)側運動。當件14鏜刀桿靠在件5尺寸調(diào)整頂桿時刀尖達到限位目的。轉動件7調(diào)節(jié)螺栓可以使件2斜楔滑塊軸向移動，通過件6滾輪將運動轉換成件5尺寸調(diào)節(jié)頂桿克服件4尺寸調(diào)節(jié)頂桿彈簧彈力向外伸出的運動，伸出長度正好是法蘭外圓的加工尺寸。當加工結束后主軸停止轉動，件14鏜刀桿在件10彈簧彈力和件11拉桿的作用下刀尖部分張開，實現(xiàn)讓刀動作。刀尖與法蘭外圓表面脫開，然后主軸向后退刀。

4.3 加工程序要求

本刀具為了加工時質量塊在離心力的作用下張開，對初始轉速有一定要求。為了保證加工質量，在NC程序中對主軸轉速進行監(jiān)控，如達不到需要的轉速則機床不能進給，需要操作人員確認刀具高速旋轉時的刀桿展開狀態(tài)。程序如下。

5 結束語

刀具等軸側剖面如圖8所示，本刀具讓刀動作靈敏，有效地避免了退刀痕。刀具結構簡單，制造維護方便，可靠性好。保證了法蘭外圓加工尺寸的準確性，具有一定的推廣價值。

圖8 刀具等軸側剖面