內腔零件反面锪孔數控銑床加工工藝

馬彥秋，槐艷松，郝彥彰，姜芳

河北太行機械工業有限公司 河北石家莊 052165

1 序言

某中架產品為高鐵裝置核心承力結構件，在高鐵運行中需要承受多重載荷的考驗，其結構強度直接影響高鐵運行。在該產品深腔內部存在多個反面锪孔（見圖1），普通刀具在機床上不具備可達性，需單獨增加電火花工序加工反面锪孔，每件產品最少加工時長2.5h，加工效率低，表面質量差，且裝夾定位困難。

圖1 中架產品深腔內部存在多個反面锪孔

為解決中架產品反面锪孔加工難題，改變電火花加工現狀，降低加工成本，提高加工效率，通過調研多種反面锪孔加工方案，實現了數控銑床反面锪孔加工。

2 問題分析及工藝試驗

2.1 刀具種類

目前反面锪孔加工刀具種類主要有螺釘鎖緊式反刮刀（見圖2）、安裝驅動刀塊式反刮刀（見圖3）及偏心式反刮刀（見圖4）[1]。

圖2 螺釘鎖緊式反刮刀

圖3 安裝驅動刀塊式反刮刀

圖4 偏心式反刮刀

2.2 各刀具加工方案對比

（1）螺釘鎖緊式反刮刀 加工步驟：①將刀桿Z軸伸入。②用螺釘將刀盤鎖緊。③正轉向上加工。④退回松卸螺釘，取下刀盤。⑤刀桿退出，完成加工。

優點為安裝緊固，剛性足，刀片可更換，成本低。缺點為換刀耗時比較多[2]。

該加工方案目前存在多種改進方式，例如將螺釘鎖緊改為套式鑲嵌，旋轉刀盤正轉加工時與主刀桿進行卡死，無需用螺釘固定，節省時間，但是由于前、后中架裝夾定位后，腔內有4個反面锪孔，無法進行拆裝旋轉刀盤，因此螺釘鎖緊式反刮刀加工方式不可行。

（2）安裝驅動刀塊式反刮刀 有多種驅動刀塊的方法，如通過空氣或切削液壓力打開刀塊，通過扭矩桿打開刀塊，通過短錐或碰撞打開刀塊及通過慣性打開刀塊等。

中架產品反面锪孔為f9mm細長孔，選用BIG標準多功能反刮刀，為可拆卸式、扇葉式刀片座結構，刀片座可實現自動閉合，通過簡單的主軸正反轉編程操作，實現刀片座閉合時貫通底孔，刀片座展開時開始切削加工，可以在立式和臥式加工中心上實現自動化加工。

加工步驟：將主軸反轉后插入底孔（刀片座在離心力的作用下呈打開狀態）；刀片座接觸底孔時，會自動折入刀桿內；繼續進給，直至刀片座穿過底孔；使主軸正轉，通過切削進給向上拉（開始加工）；背面锪孔完成時，使主軸稍稍后退后反轉；在反轉的同時抬起主軸，刀片座可折入刀桿內從底孔拔出。

通過多次試驗，BIG多功能反刮刀加工正常反面锪孔效率極高，但是由于前中架、后中架產品零件反面锪孔（見圖5）與側壁相切，開始切削時，刀片座不具備切削刃的側面會與工件進行接觸，瞬間損壞刀座，因此該加工方案不具備穩定生產條件。BIG多功能反刮刀刀座如圖6所示。

圖5 反面锪孔

圖6 BIG多功能反刮刀刀座

（3）偏心式反刮刀 選用偏心式反刮刀，首先要考慮由于反刮刀在主軸安裝時，刀尖在圓周具有方向性，在換刀時，主軸需要圓周定位，因此當換刀結束時，主軸上反刮刀的刀尖在圓周具有方向性。主軸不轉動快速移動，在孔中心沿刀尖的反方向在X軸偏離孔中心，偏離量＞3.5mm[（大孔直徑16mm－小孔直徑9mm）/2]，以保證反刮刀在通過孔時不會與孔壁產生干涉。反刮刀在孔底位置反向锪內圓柱孔結束時，主軸軸向不移動（暫停），對底面刮削，刮削的圓周數與主軸的轉速和暫停的時間有關，可由下式確定：圓周數＝主軸的轉速×暫停的時間，必須保證圓周數為整數[3]。圖7為前期方案試制的自制反刮刀，圖8為自制反刮刀。

圖7 前期方案試制的自制反刮刀

圖8 自制反刮刀

加工步驟：①主軸定位。②偏心位移（E值）。③Z軸深入。④恢復中心（E值）。⑤正轉向上加工。⑥主軸定位。⑦偏心位移（E值）。⑧向上脫離，完成加工。

采用此種加工方式不用正反轉，可降低損壞概率；減少手工裝旋轉刀盤的繁瑣流程，一次進孔加工成形；接受多種規格定制，針對锪孔遠大于底孔的情況，可以選擇進口合金鋼，或者加塞硬質合金，或者使用整體鎢基合金作為本體。但要求機床有定向停止功能，否則不能使用。

3 改進后的加工方案

對f16mm大孔進行锪孔加工，首先設計可換刀片偏心式反刮刀（見圖9），設備選擇有主軸定向停止功能的數控機床，按照安裝刀片相反的方向移動3.6mm，使鏜刀順利通過f9mm小孔。反刮刀按照鏜刀刀頭方向移動一定的距離至X=0、Y=0點（孔中心），锪孔，暫停，即無進給切削，以降低锪孔表面粗糙度值；后退，圓周定位、讓刀；刀具退出，完成加工。

圖9 可換刀片偏心式反刮刀

加工程序如下。

4 結束語

經現場生產驗證和成品質量檢測，改進后的加工方案經濟實用，選用可換刀片偏心式反刮刀，在數控機床上通過加工程序解決了深腔內部的反面锪孔問題，為今后深孔類車銑工藝設計提供了刀具拓展思路。

專家點評

本例中的內腔零件反向锪孔為細長孔，電火花加工效率較低。工藝改進后通過刀具調研和加工方案對比，設計制作可換刀片偏心式反刮刀，通過底孔后徑向移動開始反面锪孔切削，在數控銑床上實現自動化加工，解決了深腔內部的反面锪孔難題，提高了生產效率。

文章的亮點是刀具調研和锪孔方法的選擇，在穩定生產條件的前提下，制作偏心式反刮刀，通過數控銑床的主軸定位和偏心位移，實現內孔臺階的反面锪孔，為特定條件下的深孔加工提供了刀具拓展思路。