硬質(zhì)合金組合銑刀的設(shè)計(jì)

哈爾濱第一工具制造有限公司（黑龍江 150078）趙秀芳

隨著我國現(xiàn)代工業(yè)步伐的加快，伴隨著工業(yè)中的造船、水電、機(jī)床、汽車及軍工企業(yè)的不斷更新發(fā)展，許多新產(chǎn)品、新設(shè)備不斷的研制，促進(jìn)了刀具生產(chǎn)的快速發(fā)展。以汽車工業(yè)為例，我公司為天津汽車公司設(shè)計(jì)了多種配套刀具，具備了向用戶提供整套加工方案的能力，用于加工發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋及變速箱等專用刀具，以硬質(zhì)合金組合銑刀的設(shè)計(jì)為例。

1.設(shè)計(jì)原理

這種刀具是在專用設(shè)備上加工球形齒輪的安裝部位，由于齒輪的安裝部分要求嚴(yán)格，使用時(shí)利用花鍵軸滑動(dòng)進(jìn)行兩側(cè)球面切削，主體部分為右旋，而分體部分切削刃為左旋，這樣在同一個(gè)方向上才能實(shí)現(xiàn)兩側(cè)切削，齒輪要用銑刀銑出的面與軸的球形面配合嚴(yán)密，才能在汽車變速中快速變換齒輪位置，如果齒輪球面與所配合的軸體球面配合的不緊密，不但影響汽車的變換速度，而且會(huì)產(chǎn)生噪聲，影響汽車的整體質(zhì)量，所以刀具的各尺寸要求較為嚴(yán)格。

2.結(jié)構(gòu)分析

該組合銑刀的整體要求如圖1所示，是由主體和分體兩部分組成，需要分別磨削。由于被加工工件已經(jīng)經(jīng)過熱處理，所以工件較硬，需要用硬質(zhì)合金刀具加工，專用設(shè)備上安裝兩件齒輪刀具，需要在一根花鍵為軸上兩面切花，所以該刀具設(shè)計(jì)為雙面球形，主體部分內(nèi)孔為花鍵4-10H7/f 7×12H10/d11×3H11/d10，球面外徑為36h9，而球體部分為球Sφ71.9H9，球形刀的刀頭部分兩端均為（15±0.02）mm，從整體要求上看，各方面的幾何尺寸要求較精密，為此需設(shè)計(jì)出合理的夾具方能加工出合格的產(chǎn)品。

圖1

3.工藝分析

（1）主體工藝流程：車各部→銑刀片槽→銑排屑槽→鉆鉸M4螺孔及φ3mm銷孔→去毛刺→熱處理、噴砂→焊刀片→磨內(nèi)孔→粗磨各部→精磨各部分體工藝流程：車各部→磨兩平面→銑刀片槽→銑排屑槽→鉆鉸M4螺孔及φ3mm銷孔→去毛刺→熱處理、噴砂→焊刀片→磨內(nèi)孔→粗磨各部→精磨各部。

（2）從車、銑、拉制內(nèi)孔、高頻焊接等各工序嚴(yán)格把關(guān)，同時(shí)設(shè)計(jì)了所需夾具，順利完成了半成品的加工，進(jìn)入了產(chǎn)品磨削各序的生產(chǎn)，為了達(dá)到本產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)出了磨刀具夾具如圖2所示。

圖2

圖3

以底座中的兩個(gè)軸承相配合，并聯(lián)接旋轉(zhuǎn)架及安裝架，安裝架用于安裝被加工件，同時(shí)在安裝被加工件時(shí)用對(duì)刀板控制。

（3）主體以內(nèi)定心花鍵定心，在外圓磨床上以內(nèi)孔定位加工出內(nèi)孔，須用心桿如圖3所示。

為控制產(chǎn)品的一致性加工需要，還要在安裝時(shí)保持產(chǎn)品間的一致性，以心桿為主導(dǎo)設(shè)計(jì)出定位板，以保證加工方便和產(chǎn)品的長度一致。

4.安裝與加工

主體安裝在心桿上，用對(duì)刀板對(duì)好后，用固定螺栓固定即可進(jìn)行磨削，分體部分需要M4螺栓將產(chǎn)品安裝在心桿上。在安裝完工件后，采用金剛石樹脂砂輪磨削，為防止磨削過程中砂輪產(chǎn)生脫粒面造成R尺寸不符合工藝要求，首先要進(jìn)行粗磨，先利用對(duì)板（比設(shè)計(jì)尺寸小0.02mm）進(jìn)行粗磨，使工件的R比工藝要求尺寸大0.02mm，然后再進(jìn)行精磨，避免了由于未經(jīng)粗磨磨制量過大，砂輪脫?？?，尺寸不穩(wěn)定等因素。粗加工能很快地除掉余量，精加工能提高精度和表面粗糙度。在加工過程中刀具消耗減少，減少加工時(shí)間同時(shí)節(jié)省成本。在加工過程中，由于機(jī)床精度不夠，需要將百分表支在橫向進(jìn)給上，表尖則對(duì)在縱向進(jìn)給上，緩慢地橫向進(jìn)給（上刀）在擺動(dòng)R夾具時(shí)要均勻，不能斷續(xù)擺動(dòng)，擺動(dòng)速度不能過快，在加工過程中，要經(jīng)常用R樣板測(cè)量，同時(shí)用對(duì)刀板隨時(shí)調(diào)整工件的位置，使其達(dá)到R35.99mm的尺寸，測(cè)量中要求樣板必須放在兩個(gè)前刃面的邊緣上，這樣才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。在加工中砂輪在接觸到產(chǎn)品端面后即轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)架，通過機(jī)床上刀，即能加工成Sφ71.99mm的球面，通過上述的加工后，刀具的球面達(dá)到了工藝要求。

在磨完球面后，還有R的后角，此刀具的切削刃后角為10°，采用磨R夾具，按磨球面時(shí)的安裝方法，需將R夾具用10°墊鐵墊起，采用仰角磨削的方法，進(jìn)行單齒后角的磨削（每個(gè)刀體為四個(gè)齒），同時(shí)需要用定位板定位進(jìn)行橫向進(jìn)給，同時(shí)擺動(dòng)夾具磨掉R面的后角部分，留出小于0.01mm的白刃，并且必須保證白刃的尺寸均勻，不能留的過寬和磨掉白刃，才能真正地保證球Sφ71.99mm 的幾何尺寸，達(dá)到用戶所需的技術(shù)要求。但是由于銑削過程中顫振的存在，直接影響工件的加工質(zhì)量、機(jī)床的生產(chǎn)效率、工具和機(jī)床的壽命，甚至直接威脅操作者的生命安全，因此很有必要對(duì)控制進(jìn)給量，以避免銑削過程中失穩(wěn)。

根據(jù)工具工藝要求及加工的需要，測(cè)量半徑R35.99mm，用磨削R夾具磨削球面需設(shè)計(jì)球面樣板，用于加工時(shí)對(duì)尺寸的測(cè)量，以此樣板控制球面幾何尺寸能否達(dá)到工藝要求。

5.組裝

裝配時(shí)采用銷子和螺紋方式使它們聯(lián)接在一起。同時(shí)為調(diào)節(jié)尺寸之間加調(diào)整墊，以兩個(gè)M4螺栓緊固，用兩個(gè)銷子定位，以保證刀具使用過程中的安全性及被加工件的尺寸精度。經(jīng)過以上的精細(xì)加工，在滿足客戶需求的同時(shí)，為公司創(chuàng)造出較高的經(jīng)濟(jì)效益。

6.結(jié)語

該硬質(zhì)合金組合銑刀的設(shè)計(jì)，為用戶提供極為滿意的產(chǎn)品，它能保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量、提高勞動(dòng)效率、降低成本。我們要不斷創(chuàng)新，生產(chǎn)出更多的精密復(fù)雜刀具，用更多的硬質(zhì)合金刀具替代高速工具鋼產(chǎn)品，不斷地為用戶的需要研制出更多的新型刀具。