針對(duì)某中架產(chǎn)品深腔內(nèi)部反面锪孔問(wèn)題進(jìn)行工藝分析，從不同刀具、加工方式開展多方調(diào)研及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比確定改進(jìn)方案，采用自制偏心式反刮刀，進(jìn)行特定加工步驟和程序方面的變更，經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)分析，解決了深腔內(nèi)部反面锪孔問(wèn)題。
01 序言
某中架產(chǎn)品為高鐵裝置核心承力結(jié)構(gòu)件，在高鐵運(yùn)行中需要承受多重載荷的考驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接影響高鐵運(yùn)行。在該產(chǎn)品深腔內(nèi)部存在多個(gè)反面锪孔（見圖1），普通刀具在機(jī)床上不具備可達(dá)性，需單獨(dú)增加電火花工序加工反面锪孔，每件產(chǎn)品最少加工時(shí)長(zhǎng)2.5h，加工效率低，表面質(zhì)量差，且裝夾定位困難。
圖1 中架產(chǎn)品深腔內(nèi)部存在多個(gè)反面锪孔
為解決中架產(chǎn)品反面锪孔加工難題，改變電火花加工現(xiàn)狀，降低加工成本，提高加工效率，通過(guò)調(diào)研多種反面锪孔加工方案，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控銑床反面锪孔加工。
02 問(wèn)題分析及工藝試驗(yàn)
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(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)刀塊式反刮刀
圖4 偏心式反刮刀
2.2 各刀具加工方案對(duì)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(zhuǎn)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(yōu)點(diǎn)為安裝緊固，剛性足，刀片可更換，成本低。缺點(diǎn)為換刀耗時(shí)比較多[2]。
該加工方案目前存在多種改進(jìn)方式，例如將螺釘鎖緊改為套式鑲嵌，旋轉(zhuǎn)刀盤正轉(zhuǎn)加工時(shí)與主刀桿進(jìn)行卡死，無(wú)需用螺釘固定，節(jié)省時(shí)間，但是由于前、后中架裝夾定位后，腔內(nèi)有4個(gè)反面锪孔，無(wú)法進(jìn)行拆裝旋轉(zhuǎn)刀盤，因此螺釘鎖緊式反刮刀加工方式不可行。
（2）安裝驅(qū)動(dòng)刀塊式反刮刀 有多種驅(qū)動(dòng)刀塊的方法，如通過(guò)空氣或切削液壓力打開刀塊，通過(guò)扭矩桿打開刀塊，通過(guò)短錐或碰撞打開刀塊及通過(guò)慣性打開刀塊等。
中架產(chǎn)品反面锪孔為φ9mm細(xì)長(zhǎng)孔，選用BIG標(biāo)準(zhǔn)多功能反刮刀，為可拆卸式、扇葉式刀片座結(jié)構(gòu)，刀片座可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉合，通過(guò)簡(jiǎn)單的主軸正反轉(zhuǎn)編程操作，實(shí)現(xiàn)刀片座閉合時(shí)貫通底孔，刀片座展開時(shí)開始切削加工，可以在立式和臥式加工中心上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。
加工步驟：將主軸反轉(zhuǎn)后插入底孔（刀片座在離心力的作用下呈打開狀態(tài)）；刀片座接觸底孔時(shí)，會(huì)自動(dòng)折入刀桿內(nèi)；繼續(xù)進(jìn)給，直至刀片座穿過(guò)底孔；使主軸正轉(zhuǎn)，通過(guò)切削進(jìn)給向上拉（開始加工）；背面锪孔完成時(shí)，使主軸稍稍后退后反轉(zhuǎn)；在反轉(zhuǎn)的同時(shí)抬起主軸，刀片座可折入刀桿內(nèi)從底孔拔出。
通過(guò)多次試驗(yàn)，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(chǎn)品零件反面锪孔（見圖5）與側(cè)壁相切，開始切削時(shí)，刀片座不具備切削刃的側(cè)面會(huì)與工件進(jìn)行接觸，瞬間損壞刀座，因此該加工方案不具備穩(wěn)定生產(chǎn)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(shí)，刀尖在圓周具有方向性，在換刀時(shí)，主軸需要圓周定位，因此當(dāng)換刀結(jié)束時(shí)，主軸上反刮刀的刀尖在圓周具有方向性。主軸不轉(zhuǎn)動(dòng)快速移動(dòng)，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(guò)孔時(shí)不會(huì)與孔壁產(chǎn)生干涉。反刮刀在孔底位置反向锪內(nèi)圓柱孔結(jié)束時(shí)，主軸軸向不移動(dòng)（暫停），對(duì)底面刮削，刮削的圓周數(shù)與主軸的轉(zhuǎn)速和暫停的時(shí)間有關(guān)，可由下式確定：圓周數(shù)＝主軸的轉(zhuǎn)速×?xí)和５臅r(shí)間，必須保證圓周數(shù)為整數(shù)[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(fù)中心（E值）。⑤正轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，可降低損壞概率；減少手工裝旋轉(zhuǎn)刀盤的繁瑣流程，一次進(jìn)孔加工成形；接受多種規(guī)格定制，針對(duì)锪孔遠(yuǎn)大于底孔的情況，可以選擇進(jìn)口合金鋼，或者加塞硬質(zhì)合金，或者使用整體鎢基合金作為本體。但要求機(jī)床有定向停止功能，否則不能使用。
03 改進(jìn)后的加工方案
對(duì)φ16mm大孔進(jìn)行锪孔加工，首先設(shè)計(jì)可換刀片偏心式反刮刀（見圖9），設(shè)備選擇有主軸定向停止功能的數(shù)控機(jī)床，按照安裝刀片相反的方向移動(dòng)3.6mm，使鏜刀順利通過(guò)φ9mm小孔。反刮刀按照鏜刀刀頭方向移動(dòng)一定的距離至X=0、Y=0點(diǎn)（孔中心），锪孔，暫停，即無(wú)進(jìn)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。
N1 G90G54G00X3.6Y0.0；反刮刀快速移動(dòng)在X軸偏離孔
中心3.6mm
N2 G43Z180.0H06
N3 Z115.0
N4 X0.0S280M03；反刮刀回到孔中心
N5 C0lZ125.0F36
N6 G04P450；暫停0.45s，刮平底面
N7 G00 Z115.0 M05
N8 M19；主軸圓周定位
N9 X3.6
N10 G91 G28 Z0
N11 G49 G28 XO YO
04 結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)驗(yàn)證和成品質(zhì)量檢測(cè)，改進(jìn)后的加工方案經(jīng)濟(jì)實(shí)用，選用可換刀片偏心式反刮刀，在數(shù)控機(jī)床上通過(guò)加工程序解決了深腔內(nèi)部的反面锪孔問(wèn)題，為今后深孔類車銑工藝設(shè)計(jì)提供了刀具拓展思路。
參考文獻(xiàn)：
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（轉(zhuǎn)載）
