劉穎

（哈爾濱第一工具制造有限公司，哈爾濱 150078）

1 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，裝備制造業(yè)以及機(jī)床制造業(yè)等各種機(jī)械加工行業(yè)愈加繁榮，相應(yīng)帶動工具市場需求量逐漸增大,國內(nèi)加工企業(yè)采用的刀具大部分是國外進(jìn)口，刀具價格昂貴，造成企業(yè)生產(chǎn)成本偏高，市場競爭力弱。因此，進(jìn)口刀具國產(chǎn)化是國內(nèi)工具行業(yè)事在必行的選擇。平裝螺旋立銑刀被廣泛應(yīng)用于機(jī)床行業(yè)、汽車行業(yè)、航空航天及模具制造業(yè)等各種裝備制造加工領(lǐng)域。高精度的可轉(zhuǎn)位平裝螺旋立銑刀市場一直以來被國外工具制造企業(yè)所占領(lǐng)，如山特維克、伊斯卡、瓦爾特等世界知名企業(yè),我國的產(chǎn)品只能應(yīng)用在低精度的場合。目前，我公司引進(jìn)了德國英格索爾公司的技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備，具有加工高精度、高效率的可轉(zhuǎn)位平裝螺旋立銑刀的能力，生產(chǎn)的產(chǎn)品可以滿足進(jìn)口機(jī)床及國產(chǎn)機(jī)床的迫切需求，替代國外同類產(chǎn)品的進(jìn)口。

圖1

2 銑刀的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

可轉(zhuǎn)位高效螺旋立銑刀采用國內(nèi)外高效加工通用的平裝結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)銑刀具有切削輕快、排屑順暢、切削抗力小、機(jī)床功率損耗低、可實(shí)現(xiàn)大進(jìn)給的高效特性，是目前國內(nèi)外加工立面、臺階面的最理想刀具。其外形圖如圖1，結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2

3 銑刀的設(shè)計(jì)、制造方法

為了解決可轉(zhuǎn)位高效平裝螺旋立銑刀難設(shè)計(jì)、難加工的問題，我們采用國外最先進(jìn)的五軸聯(lián)動機(jī)床德國巨浪臥式加工中心（M800）進(jìn)行加工，并利用國際上最先進(jìn)的實(shí)體建模軟件I-DEAS/UGS 進(jìn)行實(shí)體建模、程序編制、模擬仿真等工作。同時，借鑒我公司生產(chǎn)INGERSOLL MAX-Ⅰ型可轉(zhuǎn)位刀具的豐富經(jīng)驗(yàn)進(jìn)而保證刀體的設(shè)計(jì)、制造精度。與此同時，為了提高刀具壽命、保證刀具加工精度，我們前期采用進(jìn)口刀片，確保了刀片良好的切削性能和加工精度。在今后的生產(chǎn)中為了降低該類刀具的生產(chǎn)成本我們還會進(jìn)行該類刀具刀片的國產(chǎn)化，通過國內(nèi)先進(jìn)的毛坯制造、刀片磨削、刀片沖壓以及高水平的涂層技術(shù)生產(chǎn)出更高精度、更長壽命的合金刀片。

4 銑刀的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

設(shè)計(jì)時根據(jù)該可轉(zhuǎn)位平裝螺旋刀加工環(huán)境，確定可轉(zhuǎn)位平裝螺旋刀的螺旋角及軸向前角等切削要素，可轉(zhuǎn)位平裝螺旋刀螺旋角及軸向前角等切削要素的選擇決定切削效果。由于是加工立面或臺階面，要確定刀片合適的角度，為了便于切削，適當(dāng)留有徑向前角，軸向前角，保證刀片切削流暢。例如：φ63mm的平裝螺旋立銑刀徑向前角-2°，軸向前角-5°，可根據(jù)不同的刀具直徑，不同的被加工件、不同的加工環(huán)境進(jìn)行合理選擇。

銑刀徑向前角使刀片在銑刀的圓周上產(chǎn)生了錯位即形成了后角落差，后角落差的大小直接影響銑刀圓周上的后角即銑刀加工時刀體是否干涉；銑刀軸向前角直接影響銑刀切削是否輕快，切削抗力的大?。凰?，這兩個角度對于該類銑刀的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。根據(jù)多年設(shè)計(jì)、生產(chǎn)英格索爾刀具的經(jīng)驗(yàn)，我們獨(dú)自研制開發(fā)出了相關(guān)的計(jì)算公式，確保銑刀設(shè)計(jì)各個角度準(zhǔn)確無誤。

其中：H-刀片的錯位值；R-刀片所在圓的半徑。

根據(jù)上述公式確定好銑刀的各個角度后，根據(jù)銑刀直徑大小，不同加工環(huán)境、不同機(jī)床等相關(guān)因素對銑刀進(jìn)行排齒設(shè)計(jì)，利用I-DEAS/UGS 等相關(guān)軟件對銑刀進(jìn)行模擬仿真，做有限元受力分析，從而確定每個刀片槽的空間位置以及螺旋槽的大小等，確保銑刀每個刀片槽都能夠排屑順暢。

螺旋角和軸向前角、徑向前角是銑刀設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，因而設(shè)計(jì)時必須準(zhǔn)確計(jì)算，反復(fù)校驗(yàn)，認(rèn)真做實(shí)體仿真模擬，確保銑刀設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性。

5 工藝流程和技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)產(chǎn)品性能特點(diǎn)要求，經(jīng)過分析，可轉(zhuǎn)位平裝立銑刀為平裝式結(jié)構(gòu)，銑刀有足夠大的容屑空間。用I-DEAS/UGS 軟件進(jìn)行實(shí)體造型，參照已有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，形成各種切削角度，判斷刀體強(qiáng)度。選定尺寸公差，安裝結(jié)構(gòu)由用戶提供。

（1）工藝流程：粗車→調(diào)質(zhì)→車全部→銑鍵槽→鉗加工→研中心孔→靠端面、磨7∶24 錐度→平端面車內(nèi)孔→磨外圓靠端面→磨7∶24 錐度→磨內(nèi)孔、銑端鍵槽→氮化→發(fā)藍(lán)→研中心孔→精磨尾部外圓。

（2）主要技術(shù)性能指標(biāo)：該可轉(zhuǎn)位平裝螺旋刀用于各種材質(zhì)的立面或臺階面加工，規(guī)格多樣。性能特點(diǎn)：（1）刀體表面不得有裂紋、碰傷、銹跡等影響使用性能的缺陷；（2）刀刃要鋒利、不得有毛刺、崩齒和磨鈍燒傷等缺陷；（3）銑刀的徑向跳動：0.05mm；（4）柄部徑跳不大于0.01mm；（5）柄部表面粗糙度Ra0.4μm；（6）刀體材料42CrMo，熱處理硬度為HRC29～34。

該可轉(zhuǎn)位平裝螺旋刀，走刀速度快，能大大提高生產(chǎn)效率，精度指標(biāo)可達(dá)到同類進(jìn)口刀具水平，完全滿足用戶要求?？筛鶕?jù)用戶要求設(shè)計(jì)多種規(guī)格銑刀，方便靈活，在價格上具有的絕對優(yōu)勢，使得該銑刀基本可以取代進(jìn)口刀具。

6 銑刀特點(diǎn)及應(yīng)用前景

該可轉(zhuǎn)位平裝螺旋立銑刀采用可換刀片式平裝結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同的工作環(huán)境及客戶要求更換不同的刀片來加以實(shí)現(xiàn)，使此刀的應(yīng)用范圍廣泛，降低客戶加工成本，提高加工效率，縮短輔助時間，節(jié)省工具費(fèi)用。同時此刀可選用不同的刀片來實(shí)現(xiàn)重型切削、中型切削及輕型切削，可實(shí)現(xiàn)方肩銑、平面銑、槽銑削，因此兼具了以往可轉(zhuǎn)位螺旋立銑刀的眾多優(yōu)點(diǎn)，既具有切削功耗低、切削力小、切削速度高的銑削性能，又能具有大切深、大走刀、抗沖擊的銑削性能。所以，該類銑刀的研發(fā)設(shè)計(jì)在粗、半精加工上可完全替代進(jìn)口產(chǎn)品。