陜西渭河工模具總廠 (寶雞 722405) 劉 軍 陳 康 鮮光遠(yuǎn)

銑刀的加工有多種工藝方法，而立銑刀的槽形加工有加工45°螺旋角立銑刀用的成形銑刀和單角銑刀，加工45°、35°和30°螺旋角立銑刀的雙角銑刀，還有專(zhuān)用的成形盤(pán)銑刀。加工鍵槽銑刀的槽形有兩種方法:以法向截面為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的鍵槽銑刀需要用銑溝刀和銑背刀兩把刀具來(lái)加工;以端面截形理念設(shè)計(jì)的鍵槽銑刀則使用一把專(zhuān)用溝槽銑刀來(lái)完成槽形的加工。隨著每一種銑刀規(guī)格的變化，螺旋角、齒數(shù)的不同，使用的加工刀具也不同，這為組織生產(chǎn)造成了一定的困難。隨著現(xiàn)代加工方法的更新?lián)Q代、數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用，各種高效率的加工方法正在被采用，該問(wèn)題也就迎刃而解。

我廠生產(chǎn)直柄立銑刀和鍵槽銑刀已有40多年的歷史，對(duì)于φ2～φ2.5 mm規(guī)格為磨槽工藝，采用自制的磨槽設(shè)備;φ3～φ12 mm規(guī)格為銑槽工藝，采用通用的萬(wàn)能臥式銑床，加工效率較低，產(chǎn)品外觀和質(zhì)量一直沒(méi)有大的改觀。為此，對(duì)銑刀生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造，通過(guò)調(diào)研，先后購(gòu)置了數(shù)控銑刀磨槽機(jī)、數(shù)控銑刀端齒磨床，并對(duì)萬(wàn)能臥式銑床進(jìn)行數(shù)控化改造，使 φ2～φ6 mm規(guī)格采用磨槽工藝，φ8～φ12 mm規(guī)格為銑槽工藝，并從槽形結(jié)構(gòu)和加工工藝流程上進(jìn)行改進(jìn)，目前已經(jīng)取得了顯著的效果。

1.銑刀槽形的優(yōu)化設(shè)計(jì)

刀具的容屑槽形狀直接影響到銑刀的壽命、刀齒強(qiáng)度和重磨的可能性，其槽形應(yīng)能使切屑自然卷曲排除，槽形的尺寸也應(yīng)足夠大地容納切屑。因此，只有將槽形設(shè)計(jì)成合理的形狀，才能使銑刀的有效性能發(fā)揮到最好。

常用的刀齒齒背形狀有直線齒背、折線齒背和曲線齒背3種，其中曲線齒背接近于等強(qiáng)度，并有較大的容屑空間，普通立銑刀、鍵槽銑刀均采用。齒背用成形銑刀一次銑成，參數(shù)選擇規(guī)律為:齒背圓弧半徑R=(0.3～0.5)d0;槽底亦制成圓弧，半徑r=(0.4～0.6)H，齒高H=(0.30～0.45)P，圓周齒距P=πd0/Z。其中d0為銑刀直徑，Z為齒數(shù)。

增大銑刀的螺旋角也可以使銑刀的使用性能得到提高，因?yàn)槁菪洱X可以減少銑削時(shí)的沖擊力，實(shí)現(xiàn)斜角切削，相當(dāng)于增大了刀齒實(shí)際前角，減少切削變形和能量消耗;使實(shí)際刀口鈍圓半徑減少，從而縮短切入過(guò)程，改善加工表面質(zhì)量和減少刀具磨損等。但螺旋角并非越大越好，試驗(yàn)表明:粗齒直柄立銑刀螺旋角β=45°、鍵槽銑刀β=20°時(shí)刀具的綜合效果最佳。

高速鋼銑刀切削效率的提高主要是靠增大進(jìn)給量，因此提高刀齒強(qiáng)度、增大容屑空間是刀具設(shè)計(jì)首選要求。其有效措施是適當(dāng)減少齒數(shù)、采用曲線齒背等。相應(yīng)地，我們也設(shè)計(jì)了專(zhuān)用成形周齒槽銑刀，加工出的立銑刀刀齒的齒背為直線和曲線組合，刀齒強(qiáng)度高，并有較大的容屑空間;能夠留有凸起的刃帶，并能保證刃帶寬度的一致性，在幾次重磨后也不會(huì)增加刃帶的寬度。直柄立銑刀截面圖和成形槽銑刀結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。如果銑刀的槽形采用磨削加工，則砂輪的修整也必須按照該專(zhuān)用成形槽銑刀的外形尺寸來(lái)設(shè)計(jì)。

2.銑刀槽形的加工

圖1

工藝改進(jìn)后，考慮槽形加工量、加工效率和加工成本等因素，我廠將規(guī)格φ2～φ6 mm采用磨槽工藝，規(guī)格φ8～φ12 mm采用銑槽工藝，其中在銑槽時(shí)，在經(jīng)過(guò)了數(shù)控化改造的萬(wàn)能臥式銑床加工，一種規(guī)格的工件在調(diào)整好機(jī)床后除了采用人工裝卸工件外，只要啟動(dòng)程序，機(jī)床將自動(dòng)完成工件的銑削、退刀和分度等循環(huán)加工過(guò)程，并根據(jù)單件銑削時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)決定每個(gè)操作工人能同時(shí)操作的機(jī)床數(shù)量，一般為2～4臺(tái)，加工效率比較高，適合于大批量生產(chǎn)。當(dāng)然，考慮到成型槽銑刀的使用壽命，將其設(shè)計(jì)為硬質(zhì)合金齒形的盤(pán)銑刀，將會(huì)減少更換刀具進(jìn)行修磨、調(diào)整機(jī)床的時(shí)間，能更好地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

對(duì)于磨槽工藝，我們按照數(shù)控磨槽機(jī)的要求，通過(guò)機(jī)床調(diào)整、砂輪修整程序以及磨槽程序的編制等順序依次完成，直到磨削出合格的工件并進(jìn)行批量生產(chǎn)。

(1)機(jī)床的選用:采用國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)的CNC―M7數(shù)控銑刀磨槽機(jī)。該機(jī)床的加工模式分為半自動(dòng)模式和全自動(dòng)模式，區(qū)別在于工件手動(dòng)裝夾和料架自動(dòng)裝夾。設(shè)計(jì)能力可以磨削φ3～φ12 mm規(guī)格的2槽、3槽和 4槽銑刀溝槽，磨削長(zhǎng)度不大于100 mm，刀具螺旋角范圍為 20°～45°。機(jī)床采用(雙系統(tǒng))5軸3聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)控制，它分為修整系統(tǒng)和磨削系統(tǒng)兩部分，2臺(tái)97M數(shù)控系統(tǒng)，其編程也是兩個(gè)系統(tǒng)各自獨(dú)立編程的，但工作時(shí)則采用5軸3聯(lián)動(dòng)控制，操作比較方便，一人可操作多臺(tái)機(jī)床。執(zhí)行系統(tǒng)采用數(shù)控驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，各傳動(dòng)采用直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠傳動(dòng)，自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)，進(jìn)給比較穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)近兩年來(lái)的生產(chǎn)使用，各精度均能達(dá)到銑刀磨槽加工要求。

(2)機(jī)床的調(diào)整:首先要按照銑刀的螺旋角來(lái)調(diào)整機(jī)床磨頭的轉(zhuǎn)角，調(diào)整好后鎖緊固定螺釘。然后還要更換相應(yīng)規(guī)格的工件導(dǎo)套、彈簧夾頭、連接夾頭的導(dǎo)管和送料頂桿等，再根據(jù)刀具的直徑和長(zhǎng)度調(diào)整自動(dòng)送料盤(pán)的寬度和高度。并根據(jù)工件在導(dǎo)管中的總長(zhǎng)度、工件夾持長(zhǎng)度和磨削長(zhǎng)度等調(diào)整送料頂桿的伸出長(zhǎng)度，保證出料靈活，能加工出符合工藝參數(shù)要求的產(chǎn)品。

工件導(dǎo)套在初次使用時(shí)，要根據(jù)工件磨削深度要求，將導(dǎo)套磨削一個(gè)大于槽深0.2 mm的砂輪空位槽，便于在磨削加工時(shí)只磨削工件，減少砂輪的磨損。并調(diào)整好幾個(gè)冷卻油管出口的位置，使其在磨削時(shí)最大限度地帶走磨削熱，杜絕工件燒傷退火。

3.程序的編制

(1)修整砂輪程序的編制:首先要根據(jù)成型槽銑刀的截面形狀繪制出修整砂輪的外形圖。由于砂輪的修整是靠一個(gè)直徑為16 mm的金剛石滾輪的外圓磨削修整砂輪來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此金剛石滾輪運(yùn)動(dòng)的軌跡決定了砂輪修整后的形狀，即需要按照砂輪外形向外偏移半徑8 mm后繪制出滾輪中心的運(yùn)動(dòng)軌跡，確定軌跡上各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)和軌跡段曲線形狀 (見(jiàn)圖2)，從而編制出金剛石滾輪運(yùn)動(dòng)軌跡的修整程序。

圖2 φ6 mm立銑刀磨削砂輪外形及金剛石滾輪運(yùn)動(dòng)軌跡圖

以φ6 mm直柄立銑刀為例，其砂輪修整程序如下:

(2)磨槽程序的編制:在編制磨槽程序時(shí)，首先要按照銑刀的直徑和螺旋角計(jì)算出編寫(xiě)程序時(shí)的導(dǎo)程長(zhǎng)度。螺旋導(dǎo)程

式中，D為展開(kāi)圓的直徑;ψ為展開(kāi)圓的升角。

以φ6 mm直柄立銑刀為例，螺旋角 β為39°(90°－ψ)，則導(dǎo)程為

再根據(jù)磨槽的總槽長(zhǎng)20 mm計(jì)算出Y向運(yùn)動(dòng)距離

銑刀在總槽長(zhǎng)上的芯厚增量為0.06 mm，因此編制出φ6 mm規(guī)格3刃直柄立銑刀的磨槽程序?yàn)?

4.加工過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)

首先要注意刀具前口面避免磨削干涉，造成前口面出現(xiàn)一條干涉面而報(bào)廢，這要通過(guò)合理調(diào)整砂輪的偏移量、減小磨削導(dǎo)程值以及合理選擇砂輪抬刀參數(shù)等措施來(lái)避免。其中機(jī)床磨頭的轉(zhuǎn)角為42°，編寫(xiě)磨槽程序時(shí)的螺旋角根據(jù)試驗(yàn)確定為39°，能消除前口的磨削干涉現(xiàn)象。

另外，機(jī)床對(duì)工件的長(zhǎng)度一致性為0.1 mm，這樣才能保證磨槽后槽長(zhǎng)的一致性，所以要求毛坯的長(zhǎng)度也要一致。在加工過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)有刃帶寬窄不一致、槽形深淺不一、槽長(zhǎng)變化較大以及磨削燒傷嚴(yán)重等情況，則要從彈簧夾頭內(nèi)孔是否磨損、工件導(dǎo)套磨損、金剛石滾輪軸端螺母松動(dòng)、油管?chē)娮煳恢闷坪头侄三X形帶磨損等方面進(jìn)行逐一排除，保證批量生產(chǎn)的產(chǎn)品達(dá)到圖樣要求。

5.加工過(guò)程中存在的問(wèn)題

(1)對(duì)銑刀端刃的前角和后角加工采用專(zhuān)用的數(shù)控端齒磨床來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前還不能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)上料，只能靠人工裝卸活，效率不是太高，但是，按照測(cè)算一個(gè)人可同時(shí)操作兩臺(tái)設(shè)備，端齒形狀和尺寸的一致性也非常好，各個(gè)角度也能達(dá)到圖樣要求。

(2)在磨削周齒后角工序時(shí)，為了保證圓周刃帶的寬度在0.10 mm以下，目前只有靠手工在普通工具磨床上加工，加工時(shí)也由于磨削表面的表面粗糙度值較低，燈光在工件上的反光使人眼無(wú)法看清工件刃帶的寬度，因此對(duì)該工序的加工造成了一定的難度。給操作人員配備偏光眼鏡能有效緩解光線的反射，取得了一定的效果。

(3)在磨槽后的各個(gè)工序，為了避免燒傷使刀具出現(xiàn)明顯的黃色氧化膜甚至有燒傷黑線，與加工普通的銑槽工藝銑刀相比，在砂輪的選擇上就要將砂輪粒度選擇粗一些，砂輪硬度選軟一點(diǎn)，組織代號(hào)選大一些。

6.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)技術(shù)改造，對(duì)直柄銑刀加工工藝不斷改進(jìn)，按照規(guī)格的不同采用最適合的加工方法，發(fā)揮了最大生產(chǎn)效率，使銑刀質(zhì)量有明顯提高，深受用戶好評(píng)，同時(shí)也節(jié)約了資源。不過(guò)，以上所介紹的內(nèi)容是我們經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)而得出的，可能對(duì)有些單位不一定適用，因?yàn)槊總€(gè)單位都有自己的一套加工方法。所以希望同行共同探討。