01

前言

某中框產(chǎn)品是高鐵設(shè)備的核心承重結(jié)構(gòu)，需要承受高鐵運行中多種載荷的考驗，其結(jié)構(gòu)強度直接影響高鐵的運行。該產(chǎn)品的深腔內(nèi)有很多反面沉孔，普通刀具在機床上不具備可達性，需要單獨增加電火花加工工序來加工反面沉孔。每個產(chǎn)品的最小加工時間為2.5h，導致加工效率低，表面質(zhì)量差，裝夾定位困難。

為了解決中框產(chǎn)品背面的加工難題，改變電火花加工的現(xiàn)狀，降低加工成本，提高加工效率，數(shù)控銑床通過考察各種加工方案，實現(xiàn)了數(shù)控銑床背面的加工。

02

問題分析和過程測試

2.1工具的類型

目前，反锪孔的工具主要有螺紋鎖緊式反刮刀、帶驅(qū)動刀架的反刮刀和偏心反刮刀。

2.2各種刀具加工方案的比較

(1)螺旋鎖緊式反向刮刀的加工步驟:(1)延長刀桿Z軸。②用螺釘鎖緊刀頭。③正向車削向上加工。④擰回松動的螺釘，并拆下刀頭。⑤刀桿退出，完成加工。

具有安裝牢固、足夠的剛性、可更換刀片、成本低的優(yōu)點。缺點換工具要花很多時間[2]。

目前有多種方法改進加工方案，如將螺釘鎖緊改為套筒鑲嵌，正轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)刀盤與主刀桿鎖緊，節(jié)省時間。但前后中框夾緊定位后，型腔內(nèi)有四個沉頭孔，旋轉(zhuǎn)刀盤無法拆卸，螺釘鎖緊防刮加工方法不可行。

(2)安裝驅(qū)動刀塊式反擊式鏟運機時驅(qū)動刀塊的方式有多種，如用空氣或切削液壓力打開刀塊、用扭力桿打開刀塊、用短錐或碰撞打開刀塊、用慣性打開刀塊等。

中框產(chǎn)品背面埋頭孔為φ9mm細長孔，采用大標準多功能反向刮刀，為可拆卸扇形刀片座結(jié)構(gòu)。刀片座可以自動關(guān)閉。通過簡單的主軸正反向編程操作，在刀座閉合時可以穿透底孔，在刀座展開時可以開始切削，從而實現(xiàn)立式和臥式加工中心的自動加工。

加工步驟:換向后將主軸插入底孔(葉片座在離心力的作用下張開)；當?shù)镀佑|底孔時，它會自動折疊成刀桿；繼續(xù)進給，直到刀片座穿過底孔；通過切削進給使主軸正轉(zhuǎn)并拉起(開始加工)；當后面的锪孔完成后，使主軸稍微后退，然后反轉(zhuǎn)；換向時抬起主軸，刀片座可折疊到刀桿中，并從底孔中拉出。

經(jīng)過多次試驗，多功能反向刮刀加工普通反向斑點的效率極高。但由于前中框和后中框產(chǎn)品零件的反點與側(cè)壁相切，在切割開始時，刀架無刃口的一側(cè)會與工件接觸，瞬間損壞刀架，因此這種加工方案不具備穩(wěn)定的生產(chǎn)條件。

(3)選擇了偏心反刮刀。首先要考慮到在主軸上安裝反刀時，反刀的刀尖在圓周上是有方向的，換刀時主軸需要在圓周上定位，所以換刀完畢，主軸上反刀的刀尖在圓周上是有方向的。主軸不旋轉(zhuǎn)快速移動，孔的中心偏離X軸上與刀尖方向相反的孔的中心，偏差> 3.5mm [(大孔直徑16mm -小孔直徑9mm)/2]，保證反向刮刀通過孔時不會與孔壁干涉。當反向刮刀位于孔的底部時，當內(nèi)圓柱孔結(jié)束時，主軸不軸向移動(暫停)，并刮擦底面。刮的圈數(shù)與主軸轉(zhuǎn)速和停頓時間有關(guān)，可由以下公式確定:圈數(shù)=主軸轉(zhuǎn)速×停頓時間，圈數(shù)必須是整數(shù)。

加工步驟:①主軸定位。②偏心位移(e值)。③Z軸深度。④康復中心(E值)。⑤正向車削向上加工。⑥主軸定位。⑦偏心位移(e值)。⑧向上分離，完成加工。

這種處理方法無需正反向旋轉(zhuǎn)就能降低損傷概率。減少手工安裝旋轉(zhuǎn)刀盤的繁瑣過程，一次性入孔加工成型；可定制各種規(guī)格。鑒于锪孔比底孔大很多，可以選擇進口合金鋼，或者塞硬質(zhì)合金，或者使用整體鎢基合金作為本體。但要求機床有方向停止功能，否則不能使用。

03

改進的處理方案

埋頭鉆φ16mm大孔。首先，設(shè)計了可更換刀片的偏心反向刮刀。該設(shè)備是具有主軸定向停止功能的數(shù)控機床，向安裝刀片的反方向移動3.6mm，使鏜刀順利通過φ9mm小孔。反向刮刀按鏜刀盤方向移動一定距離到X=0，Y=0的點(孔中心)，點鎬暫停，即無進給切削，以降低點鎬的表面粗糙度值；后退，周向定位，放刀；刀具退出，加工完成。

處理過程如下。

N1 g90g 54g 00x 3.6y 0.0；反向刮刀快速離開X軸上的孔。

中心3.6毫米

N2 G43Z180.0H06

N3 Z115.0

N4 X0.0S280M03反向刮刀返回孔中心。

N5 C0lZ125.0F36

N6 G04P450暫停0.45秒，刮底面。

N7 G00 Z115.0 M05

N8 M19；主軸圓周定位

N9 X3.6

N10 G91 G28 Z0

N11 G49 G28 XO喲

04

結(jié)束語

經(jīng)過現(xiàn)場生產(chǎn)驗證和成品質(zhì)量檢驗，改進后的加工方案經(jīng)濟實用。選用了可更換刀片的偏心反刮刀，在數(shù)控機床上編制加工程序解決了深腔內(nèi)的沉孔問題，為今后的深孔車銑工藝設(shè)計提供了刀具開發(fā)思路。