曲軸是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，其加工所需的刀具一直是進(jìn)口刀具占據(jù)主導(dǎo)地位。近年來，越來越多的客戶需求推動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)口刀具國產(chǎn)化，其中以加工汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上曲軸的可轉(zhuǎn)位高效高精度硬質(zhì)合金曲軸銑刀最為突出。
1 銑刀類型及特點(diǎn)
可轉(zhuǎn)位高效高精度曲軸銑刀從刀具結(jié)構(gòu)上可分為整體式曲軸銑刀(見圖1)和模塊式曲軸銑刀(見圖2);從刀具使用方法上可分為曲軸外銑刀和曲軸內(nèi)銑刀。
可轉(zhuǎn)位高效高精度曲軸銑刀的特點(diǎn)為:①高的韌性及強(qiáng)度，可以進(jìn)行高效銑削，并保證加工精度;②銑刀刀片采用切向安裝，切削力方向硬質(zhì)合金截面大，抗壓力強(qiáng)度高，因而可實(shí)現(xiàn)大切深和大走刀量;③刀片采用切削力夾緊，隨著切削力的增大，夾緊力也增大，省去了夾緊元件，設(shè)計(jì)時(shí)可將排屑槽增大;④刀片只用一個(gè)螺釘固定在刀槽上，結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)位方便。
整體式曲軸銑刀具有便于加工、精度易于保證等特點(diǎn)。但在使用過程中容易出現(xiàn)一些問題:一是 在加工過程中如果發(fā)生非正常損壞，整個(gè)銑刀就不能繼續(xù)使用，導(dǎo)致銑刀報(bào)廢;二是如果曲軸型線發(fā)生變化，需花費(fèi)大量資金重新購置新的銑刀。而模塊式曲軸銑刀可以彌補(bǔ)這些問題，它采用模塊式結(jié)構(gòu)，可更換不同規(guī)格的模塊，得到不同型線尺寸的曲軸銑刀，拆卸方便，從而大大提高刀具的使用壽命，節(jié)約加工成本。但是，由于曲軸銑刀的整體精度要求較高，要使模塊式曲軸銑刀的模塊具有互換性，便大大增加了加工難度。
2 設(shè)計(jì)過程
2.1 銑刀設(shè)計(jì)
以云南內(nèi)燃機(jī)有限公司加工六缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸(見圖3)的連桿頸為例。模塊式曲軸內(nèi)銑刀(見圖4)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是:由于銑刀直徑大，既要保證被加工件的型線準(zhǔn)確，又要保證高效銑削的同時(shí)排屑順暢，銑刀裝配后的精度、模塊的互換性、同一本體可適用不同規(guī)格的模塊等技術(shù)要求。所以合理排列刀片，提高銑刀本體的精度、模塊的定位精度及刀槽的加工精度等是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。
(1)用戶提供的型線如圖5所示。為了滿足精度要求，設(shè)計(jì)方案確定為:銑刀選用合理的圓弧刃刀片及直刃刀片進(jìn)行搭接，銑削連桿軸頸的有效齒由2個(gè)圓弧刃刀片和1個(gè)直刃刀片組成，銑削連桿頸軸臺(tái)的有效齒由2個(gè)圓弧刃刀片組成(見圖6)。
(2)運(yùn)用I－DEAS9軟件、AutoCAD2000、CAD/CAM進(jìn)行實(shí)體造型及圖紙一體化技術(shù)設(shè)計(jì)和編程。根據(jù)被加工曲軸工件材料為40Cr、硬度30HRC，選取銑刀的徑向前角為－9°、軸向前角為－6°，銑刀直徑為Φ530，模塊數(shù)量為10個(gè)，每個(gè)模塊安裝5個(gè)刀片組成一組有效齒。刀片全部采用較厚的刀片，銑削連桿軸頸的邊齒刀片數(shù)量增加1倍，以提高銑刀耐用度及加工表面質(zhì)量。
刀片錯(cuò)位可形成后角落差(即產(chǎn)生圓周上的后角)，適合該銑刀的設(shè)計(jì)。按英格索爾MAX－I型可轉(zhuǎn)位銑刀的結(jié)構(gòu)刀片進(jìn)行錯(cuò)位，形成落差。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，推導(dǎo)出錯(cuò)位值的公式為
(3)曲軸銑刀加工時(shí)，徑向進(jìn)給，雙邊對稱銑 削，被加工材料硬度高，毛坯余量大、不均勻，切削時(shí)抗力較大。因此，刀片交錯(cuò)排列，漸序切削。
(4)在生產(chǎn)中，使用數(shù)控加工中心、數(shù)控銑床、周邊磨床及數(shù)控機(jī)床進(jìn)行復(fù)雜刀具的加工，用投影儀等先進(jìn)測量設(shè)備對產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤檢測，可保證產(chǎn)品質(zhì)量。
2.2 技術(shù)工藝
(1)模塊與刀體安裝見圖7。銑刀工藝的確定首先考慮模塊式結(jié)構(gòu)的精度，必須保證模塊的一致性合格，因此模塊采用定位面磨削加工辦法實(shí)現(xiàn)，其角度面在數(shù)控加工中心采用粗、精銑保證精度要求。
(2)刀體的加工。由于銑刀直徑較大，刀體與刀片座的定位面為內(nèi)孔端面(需磨削)，因此采用加高內(nèi)孔磨機(jī)床，實(shí)現(xiàn)了定位端面的磨削加工。
(3)刀體與機(jī)床連接的定位面采用圓臺(tái)磨加工，實(shí)現(xiàn)端面的磨削加工。
(4)模塊上刀片槽的加工。將模塊(見圖8)安裝在工裝上，使用數(shù)控加工中心進(jìn)行模塊刀片槽的加工。用內(nèi)曲軸銑刀模塊外銑的方法代替以前內(nèi)曲軸銑刀模塊內(nèi)銑的方法，既保證了加工精度，又提高了加工效率。
(5)銑刀的材料及熱處理。銑刀刀體及模塊均采用42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度35－37HRC，提高機(jī)體的整體硬度，使銑刀的使用壽命得以提高。
(6)銑刀的檢測及工裝。用投影儀和紅寶石測頭對產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤檢測，并制作部分工裝。
制作出的銑刀型線公差為±0．03mm，徑向圓跳動(dòng)為0．05mm，端面圓跳動(dòng)為0.04mm。在切削速度V=150m/min、進(jìn)刀量s=200mm/min的切削條件下，使用正常。可見，設(shè)計(jì)的銑刀型線符合用戶精度要求，提高了加工效率。
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