鋸機主軸半精車方法改進

■ 山東匯泉廚業(yè)有限公司 （濱州 256510） 霍興勝

QJS180鋸機主軸是一種典型臺階軸類零件（見圖1），材料為45鋼。該件是由鍛坯正火后再進行粗車的，粗車后預(yù)留半精車余量在2～4mm。

以前的半精車工序中，是用90°外圓車刀（本文所指刀具為機夾式車刀，刀片材料為硬質(zhì)合金YT15）擔(dān)負著除端面和倒角以外幾乎全部的外圓加工，承擔(dān)了主要切削任務(wù)。而45°外圓車刀僅用于車端面和倒角的過程中，起次要作用。但通過筆者不斷地嘗試，對半精車加工中的刀具幾何角度、工藝方法等幾方面做出部分改進后，不僅明顯提高了加工效率，而且刀具的使用壽命也同時得到了提高。

（1）改用45°外圓車刀半精車大部分外圓（除左端φ80mm和φ150mm以外臺階）， 90°外圓車刀清根的方法加工工件。改變了兩者主次關(guān)系，調(diào)整了切削用量。附表是試驗后，兩種刀具的切削參數(shù)的對比。

通過附表的對比不難看出，工件在加工時轉(zhuǎn)速和進給量等參數(shù)上顯著提高了。那么為何會有這么大的差別呢？

圖 1

切削參數(shù)的對比表

如圖2所示，當(dāng)車床每轉(zhuǎn)進給量用線段AB表示，用矩形ABGF和ADEH分別表示90°外圓刀和45°外圓車刀的切屑厚度。

不難看出，在直角三角形ABC中，直角邊BC的長度必然要小于斜邊AB的長度。也就是說在進給量相同的情況下，45°外圓車刀與90°車刀的切屑的厚度之比為1︰ 2；而在背吃刀量（L）相等時，在直角三角形ADF中，直角邊A D和斜邊A F，分別為45°外圓車刀與90°車刀主刀刃的負荷分布長度。也就是說在同樣的切削力與切削熱的情況下，前者較后者有更長的散熱長度和較小的表面壓強。這就是刀具在主偏角改變后，刀具切削用量為何能夠加大，而且刀具壽命并不降低的重要原因。但需要說明一點，工作中選擇上表中切削用量的上限，刀具的壽命將處于數(shù)值的下限值。

圖 2

（2）在主后刀面上磨出“消振棱”，結(jié)合人工“磨合切削刃”的方法，能使加工過程的振動現(xiàn)象得到有效的扼制。45°外圓車刀雖然具有上述優(yōu)點，但也同時存在不利的方面：較大的徑向切削分力。而90°車刀的主要切削力方向是沿走刀方向平行于軸線的，徑向分力很小，這就是車細長軸類工件多選用較大主偏角刀具的原因。

本工件的長、徑尺寸比按1130：70.5≈16︰1，最細處直徑為φ70.5mm。半精車余量在4mm以下，雖然工件的從外形、切削力方面分析，其剛性相對較好，但由于改進后所采用了較高的車削速度和徑向分力較大的刀具，產(chǎn)生振動的傾向也增大了。所以必須首先解決切削過程中振動的產(chǎn)生。而采用在車刀的后刀面磨出消振棱的方法，是一種抑制振動的有效方法（如圖2紅色處）。

“磨合現(xiàn)象”在車刀中的應(yīng)用。刀具的使用磨損分初期磨損、正常磨損和后期磨損。刃磨后的車刀，刃口上有許多鋸齒狀的小缺口，如果在刃磨后直接使用，切削負荷極易在這些強度薄弱的位置引起應(yīng)力集中，而形成刀具的早期破損。

圖 2

較可行的辦法是用油石適當(dāng)研磨車刀的各個刃口及刀面，進一步降低表面粗糙度，盡可能消除微觀缺陷，鈍化刀刃的尖角，提高其抗沖擊性能。這個研磨過程十分重要，相當(dāng)于車刀的初期磨損，能大大提高車刀的抗破損能力。

車刀在安裝后的工作實際角度，會因安裝誤差而發(fā)生偏差，從而改變了刀具刃磨后本身的角度，這種誤差會給加工造成一定影響。這種現(xiàn)象多發(fā)生在細長軸類工件的首件加工中，剛磨好的刀具常會出現(xiàn)明顯的振動現(xiàn)象，造成加工面出現(xiàn)明顯振紋，嚴重時甚至使加工過程被迫中止。通常這種現(xiàn)象會被認為是刀桿的強度低或是機床結(jié)構(gòu)中某些部位間隙過大，工件剛性不足等原因所至，所以首先設(shè)法強化刀桿的強度，或是調(diào)整機床，降低車削速度等方法。

在排除以上原因仍未得到控制時，在很大程度上就是刀具后角偏大所造成的。而依據(jù)“磨合現(xiàn)象”，在主后刀面磨出一個寬0.2～0.4mm左右，后角為0的消振棱，配合油石研磨刀刃后，一般能消除振動現(xiàn)象的發(fā)生。如果仍未消除，可采用提高車削速度小吃刀的方法，試切一段時間后（目的在于加速初期磨損的過程），再進行正常加工參數(shù)的切削加工，就能根除振動的發(fā)生，這就是筆者所說的“磨合現(xiàn)象”。

這時作為消振棱的這個棱面，在切削時與工件產(chǎn)生摩擦所產(chǎn)生的反作用力，這個作用力在一定程度上會減弱或抑制了振動的發(fā)生。實踐證明，振動現(xiàn)象一般是常發(fā)生在前三、四件加工過程中，而通過這個“磨合”期的刀具，從理論上來說，消振棱的刃磨偏差和安裝誤差在此期間被磨損掉了，形成了實際存在的0°后角的消振棱，即工件與刀具之間形成了“默契”的工作關(guān)系，從而有效地抑制了振動的發(fā)生。有些書籍上也介紹過其他消除自激振動的方法，如采用消振器，但不如該方法方便實用。

（3）雙重后角結(jié)構(gòu)，能兼顧到刃口的強度與耐用度。理論上主后刀面較為合適的后角是3°～5°，但由于刃磨和安裝的誤差，使我們很難掌握得恰到好處，而采用在后刀面上磨出消振棱的辦法，只要恰當(dāng)控制后刀面VB寬度（經(jīng)驗值VB約為0.2～0.3mm，其后角為0°）并進行適當(dāng)?shù)摹澳ズ稀?，振動現(xiàn)象會得到有效扼制。

適當(dāng)增大后角可明顯降低切削阻力，使切削變得輕快，這在手動進刀時會有明顯感覺。然而較大的后角又易于產(chǎn)生振動，所以采用“雙重后角”結(jié)構(gòu)，車刀就具備了既快又耐用的特點。如果出現(xiàn)單純的刀刃正常磨損，只需要拆下機夾刀片來，手工在砂輪上稍加修磨，就可再次使用。而用這種方法磨出的刀片，刃口一般不易出現(xiàn)明顯的“小缺口”的崩刃現(xiàn)象。

（4）增大刀尖圓弧半徑尺寸。較大的刀尖（過渡刃）能使刀具的抗沖擊性及散熱效果得到明顯改善，而且降低了工件表面刀痕殘留面積的高度，這為減小粗糙度提供了保障。當(dāng)然，較大的圓弧尺寸切削力也有明顯的影響，經(jīng)驗值是控制在R2.5～R3mm。

（5）較寬的倒棱結(jié)合較大的前角，在強化刀刃的同時，對切削力的增大也不會有較大影響。由于刃口倒棱的寬度值一般是走刀量的30%～70%，我們選擇的是較大的走刀量參數(shù)，自然也應(yīng)選用較寬的倒棱寬度值，這樣刃口的強度及散熱能力也會隨之提高。此時適當(dāng)增大排屑槽的寬度和深度，使刀具前角加大，降低了切削力的同時，切削熱也會明顯降低，排屑變得通暢。一般鐵屑呈白色的長螺旋繩狀排出，在刀具使用壽命的中后期會出現(xiàn)微黃色，并隨切削時間的增長鐵屑顏色也變深，此時應(yīng)及時磨刀，不然當(dāng)切屑呈深藍色時，刀具磨損已是很嚴重了。此時再磨刀，就很難出現(xiàn)理想的切削效果了。

如果刀具在采用前述方法車削時，鐵屑呈現(xiàn)深黃色，而且是C形屑，這說明前角小，排屑槽偏淺、偏窄。在修磨排屑槽時，一定要平行于主刀刃，倒棱寬度要保持基本一致。刃傾角為0°或正值，控制切屑流向不能朝向已加工面，以免產(chǎn)生劃傷和鐵屑亂蹦現(xiàn)象。磨刀時砂輪的圓角不能太大，否則就易磨成寬而淺的排屑槽，也就無法達到前述效果。

（6）加工先后順序的改進。以前車工件時，是先從最大尺寸的臺階開始，依次向床尾方向的加工順序進行的，其間在反復(fù)的空行程上，浪費了許多時間。由于粗加工中各臺階的長度尺寸已車好，所以工件裝夾好后，完全可以從尾座至床頭的加工順序，減少了空行程中的時間消耗，工件的臺階越多，節(jié)省的時間就越多。

因這種方法的加工路徑基本是“順路”加工，再用90°外圓車刀清根時，也只有很少的一段行程了。而原來的方法是多走了一個工件長度的行程。

以上改進的工藝方法，是筆者在多年的實踐中得出的經(jīng)驗。在此特別說明的是，工件坯料中如有焊點、氣孔、白點、彎曲過大或經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的，均不適用此方法加工。

[1] 任庚. 事半功倍的新工藝刀具鈍化[J].《金屬加工（冷加工）》，2009（8）:55-56.