CN103495752A - 一种用于加工机架轴头孔的刀具及方法 - Google Patents

一种用于加工机架轴头孔的刀具及方法 Download PDF

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Abstract

一种用于加工机架轴头孔的刀具，安装在数控卧式落地镗铣床主轴的镗杆上，该刀具包括有刀体和固定于该刀体周边且均匀分布的若干刀片，所述的刀片的主偏角a=90°，轴向正前角yp=+7°，径向正前角yf=+5°，该刀片切削刃轴向凸出b=2.8mm，轴向凸出切削刃宽d=3.2mm，刀尖的最高点高于所述刀体c=3mm。机架轴头孔的加工方法利用同一把所述刀具，通过数控程序指令以三轴联动的螺旋插补铣及两轴联动的圆弧插补铣方式自动完成所述机架上所有轴头孔的粗、精铣工序。本发明取代了传统的繁琐加工方法，具有安全、高效、易操作、可连续自动加工的优点，有效地缩短了加工周期，确保了加工质量，避免了安全隐患，降低了工人劳动强度，特别适合于大型箱体零件轴头孔的加工。

Description

一种用于加工机架轴头孔的刀具及方法
技术领域
本发明涉及一种金属切削刀具及加工方法，尤其涉及一种用于加工机架轴头孔的刀具及方法，属于机械加工技术领域。 
背景技术
机架是大功率低速船用柴油机的重要零件之一，请参阅图1，不仅在机架的前后端的外壁上设有多个外档轴孔4，而且其内间壁上还设有多个内档轴头孔1，这些轴头孔不仅数量多、位置交错，而且结构复杂。传统的加工方法为：在大型卧式镗床上加工，首先在轴头孔底中心钻孔，然后进行两步粗铣，第一步采用直径较小的铣刀去除部分余量，第二步更换直径合适的铣刀去除剩余余量，最后再进行精铣。现有的加工方法工艺繁琐，仅粗加工就需要多次更换刀具，反复对刀设定、测量尺寸，难以实现高效连续加工全程序控制；由于大功率低速船用柴油机的机架是超大型金属构件，而有些轴头孔还位于机架内间壁的中上部，其加工过程中需要更换多把刀具，操作者时常要频繁攀梯登高，在机架内外壁之间更换刀具、对刀设定，因此存在着高空作业的危险，从而增大了操作者的劳动强度及安全风险；此外内档轴头孔位于机架的内间壁上，所以主轴的镗杆悬伸较长，因而降低了刚性，由此带来的负面影响就是加工时刀具会产生振颤，从而机架的加工质量得不到保障；再者由于镗杆要伸入外档轴头孔两米多进行加工，过程中难免会遇到主轴镗杆与工件发生干涉的情况，因而存在机床碰撞工件的危险；另外换刀对刀过程中需要行车辅助吊运扶梯、跳板，经常还会遇到等待行车的情况，这样一来增加了辅助工时，在目前大型数控镗铣工时单位成本极为昂贵的情况下，辅助时间是较为可观的损失。 
总之，现有加工方法和装备存在有加工效率低、人身和设备安全隐患多、加工成本高、操作劳动强度大和难以实现高效连续全程序控制加工的缺点。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有大功率低速船用柴油机机架的加工方法和装备的缺陷，提供一种用于加工机架轴头孔的刀具及方法，实现一刀多用、避免换刀和粗精连续加工的加工过程，以简化工艺、提高工效、降低成本、保障安全和质量。 
本发明解决上述问题的方案如下： 
一种用于加工机架轴头孔的刀具，安装在数控卧式落地镗铣床主轴的镗杆上，该刀具包括有刀体和固定于该刀体周边且均匀分布的若干刀片，其特征在于：所述的刀片的主偏角a=90°，轴向正前角yp=+7°，径向正前角yf=+5°，该刀片切削刃轴向凸出b=2.8mm，轴向凸 出切削刃宽d=3.2mm，刀尖的最高点高于所述刀体c=3mm。 
所述的刀片经过多重耐磨、耐高温的涂层处理。 
所述的刀片为正前角矩形刀片。 
所述的每一刀片上方的刀体上设有内冷喷射孔。 
本发明的另一技术方案是： 
一种采用上述用于加工机架轴头孔的刀具的加工方法，其特征在于：利用同一把所述刀具，通过数控程序指令以三轴联动的螺旋插补铣及两轴联动的圆弧插补铣的方式自动完成所述机架上所有轴头孔的粗、精铣工序。 
所述的加工方法包括下列步骤： 
1)将所述机架夹固在数控卧式落地镗铣床的工作台面上，并调校该机架使待加工的轴头孔轴线沿数控卧式落地镗铣床的主轴方向； 
2)以步骤1)的加工基准采用巡边期设定坐标零位； 
3)以螺旋插补铣方式将所述轴头孔孔壁至孔径单边0.5mm余量，至孔底10mm余量同步切削完成，然后以圆弧插补铣方式铣削一周； 
4)以螺旋插补铣方式粗铣所述轴头孔至孔底面0.3mm余量，然后以圆弧插补铣方式铣削一周； 
5)所述刀具快速移位至所述轴头孔孔底1mm余量处，以螺旋插补铣方式精铣孔底的剩余余量，然后以圆弧插补铣方式铣削一周，完成所述轴头孔的加工。 
所述的螺旋插补铣是指，旋转的所述刀具沿径向圆形轨迹以及固定螺距轴向进给的同步进给运动的铣削方式；所述的圆弧插补铣是指，旋转的所述刀具沿径向圆形轨迹进给运动的铣削方式。 
所述的三轴联动是指刀具在所述数控卧式落地镗铣床的X轴、Y轴与Z轴的三个方向上同时进行进给切削；所述的两轴联动是指刀具在所述数控卧式落地镗铣床的X轴与Y轴的两个方向上同时进行进给切削。 
本发明所述刀具配备有正前角矩形刀片，能够实现方肩铣、坡走铣、螺旋插补铣、直线插补铣、圆弧插补铣和锥形螺旋插补铣，是一把粗、精加工共用的多用途刀具；其刀尖最高点高于刀体3mm，满足了坡走铣时刀体不与孔底相干涉的要求；刀片具备高进给的刃口，轴向切削刃凸出2.8mm、轴向凸出切削刃宽3.2mm，使切削轻快，确保了加工精度；刀具上的内冷喷射孔实现了有效降温排屑，避免排屑不畅；刀片经过多重涂层处理，具备耐磨、耐高温和抗冲击的能力。 
与传统加工方法相比，使用本发明所述方法加工的优点在于：加工工艺简便，实现了全程序连续自动可控加工，并且通过数控程序调整切削参数来控制加工精度，缩短了加工周期，减少了辅助时间，降低了加工成本，提高了加工效率，保障了加工质量；实现了粗、精加工共用同一把多用途刀具，操作人员无需频繁登高更换刀具，降低了高空作业的风险，避免了因干涉造成机床主轴与工件发生碰撞的风险，消除了加工过程的安全隐患。 
附图说明
图1是机架轴头孔加工状态示意图。 
图2是本发明的结构示意图。 
图3是图2中A部所示刀片的结构放大图。(A部旋转放大) 
图4本发明进给时的切削示意图。 
具体实施方式
现结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。 
请结合参阅图1、图2和图3，本发明所述的用于加工机架轴头孔的刀具2安装在数控卧式落地镗铣床主轴的镗杆3上（见图1），该刀具2包括有刀体21和固定于该刀体21周边且均匀分布的若干刀片22（见图2），该刀具2可以实现方肩铣、坡走铣、螺旋插补铣、直线插补铣、圆弧插补铣和锥形螺旋插补铣等方式的粗、精加工，而无需更换刀片22。所述的方肩铣是指，旋转刀具靠径向和轴向切削刃同步进给切削运动的铣削方式，方肩铣同时产生两个面，周边铣与面铣结合在一起，可以获得真正的90度台肩；所述的坡走铣是指，沿轴向(Z)和一个径向(X或Y)的同步进给运动的铣削方式；所述的螺旋插补铣是指，旋转的刀具沿径向圆形轨迹(X和Y)以及固定螺距轴向进给(Z)的同步进给运动的铣削方式；所述的直线插补铣是指，旋转的刀具以直线轨迹进给运动的铣削方式；所述的圆弧插补铣是指，旋转的刀具沿径向圆形轨迹(X和Y)进给运动的铣削方式；所述的锥形螺旋插补铣是指，旋转的刀具沿径向圆形轨迹(X和Y)以及固定螺距轴向锥形轨迹进给(Z)的同步切削运动的铣削方式。 
所述的刀片22为正前角矩形刀片，支持螺旋坡走铣方肩铣刀，每一刀片22均经过多重耐磨、耐高温的涂层处理，增强了其耐磨、耐高温、抗冲击的能力，以确保切削加工精度。该刀片22的几何尺寸满足加工需求，其主偏角a=90°（见图2），轴向正前角yp=+7°，径向正前角yf=+5°，该刀片22具备高进给的刃口，切削刃轴向凸出b=2.8mm，轴向凸出切削刃宽d=3.2mm（见图3），以避免排屑不畅，使切削更轻快，该刀片22的刀尖的最高点高于所述刀体21的距离c=3mm（见图2），以免坡走铣时刀体21与轴头孔1的孔底发生干涉。 所述的每一刀片22上方的刀体21上设有内冷喷射孔，即刀体21各刀坑正对刀片22的上方处开设有流通冷却液的喷射孔，以内冷的方式实现刀片22的有效降温排屑。 
本发明所述机架轴头孔的加工方法采用同一把所述用于加工机架轴头孔的刀具2，通过数控程序指令以三轴联动螺旋插补铣方式自动完成所述机架上所有轴头孔的粗、精铣工序。所述的三轴联动是指刀具2在所述数控卧式落地镗铣床的X轴、Y轴与Z轴的三个方向上同时进行进给切削；所述的两轴联动是指刀具2在所述数控卧式落地镗铣床的X轴与Y轴的两个方向上同时进行进给切削。 
请参阅图1，所述的加工方法包括下列步骤(中心底孔预钻工序略)： 
1)将所述机架夹固在数控卧式落地镗铣床的工作台面上，并调校该机架使待加工的轴头孔1的轴线沿数控卧式落地镗铣床的主轴方向。 
2)以步骤1）的加工基准采用巡边期设定坐标零位。 
3)以螺旋插补铣方式粗铣所述轴头孔1孔壁至孔径单边0.5mm余量，螺旋插补四周至孔底10mm余量，然后以圆弧插补方式铣削一周；所述的螺旋插补铣是指，旋转的所述刀具2沿径向圆形轨迹(X和Y)以及固定螺距轴向(Z)进给的同步进给运动的铣削方式；所述的圆弧插补铣是指，旋转的所述刀具2沿径向圆形轨迹(X和Y)进给运动的铣削方式。 
4)以螺旋插补铣方式粗铣所述轴头孔1底面至孔底0.3mm余量，然后以圆弧插补铣方式铣削一周。 
5)所述刀具2快速移位至所述轴头孔1孔底1mm余量处，以螺旋插补铣方式精铣孔底的剩余余量，然后以圆弧插补铣方式铣削一周，完成所述轴头孔1的加工。 
所述加工方法中，刀具2在粗铣孔壁时，切削进给效率是比较高的；事实证明，三轴联动进给比单轴进给不但效率高，而且切削导致的振动降低很多；同时所述方法利用同一把刀连续自动完成粗精铣，节省了换刀时间，并且还降低了工人的劳动强度及风险系数。所述方法还适合各类沉孔加工。 
总之，本发明取代了传统的繁琐加工方法，具有安全、高效、易操作、可连续自动加工的优点，有效地缩短了加工周期，确保了加工质量，避免了安全隐患，降低了工人劳动强度，特别适合于大型箱体零件轴头孔的加工。 

Claims (8)

1.一种用于加工机架轴头孔的刀具，安装在数控卧式落地镗铣床主轴的镗杆上，该刀具包括有刀体和固定于该刀体周边且均匀分布的若干刀片，其特征在于：所述的刀片的主偏角a=90°，轴向正前角yp=+7°，径向正前角yf=+5°，该刀片切削刃轴向凸出b=2.8mm，轴向凸出切削刃宽d=3.2mm，刀尖的最高点高于所述刀体c=3mm。
2.根据权利要求1所述的用于加工机架轴头孔的刀具，其特征在于：所述的刀片经过多重耐磨、耐高温的涂层处理。
3.根据权利要求1所述的用于加工机架轴头孔的刀具，其特征在于：所述的刀片为正前角矩形刀片。
4.根据权利要求1所述的用于加工机架轴头孔的刀具，其特征在于：所述的每一刀片上方的刀体上设有内冷喷射孔。
5.一种采用权利要求1所述用于加工机架轴头孔的刀具的加工方法，其特征在于：利用同一把所述刀具，通过数控程序指令以三轴联动的螺旋插补铣及两轴联动的圆弧插补铣的方式自动完成所述机架上所有轴头孔的粗、精铣工序。
6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于：所述的加工方法包括下列步骤：
1)将所述机架夹固在数控卧式落地镗铣床的工作台面上，并调校该机架使待加工的轴头孔轴线沿数控卧式落地镗铣床的主轴方向；
2)以步骤1)的加工基准采用巡边期设定坐标零位；
3)以螺旋插补铣方式将所述轴头孔孔壁至孔径单边0.5mm余量，至孔底10mm余量同步切削完成，然后以圆弧插补铣方式铣削一周；
4)以螺旋插补铣方式粗铣所述轴头孔至孔底面0.3mm余量，然后以圆弧插补铣方式铣削一周；
5)所述刀具快速移位至所述轴头孔孔底1mm余量处，以螺旋插补铣方式精铣孔底的剩余余量，然后以圆弧插补铣方式铣削一周，完成所述轴头孔的加工。
7.根据权利要求5或6所述的加工方法，其特征在于：所述的螺旋插补铣是指，旋转的所述刀具沿径向圆形轨迹以及固定螺距轴向进给的同步进给运动的铣削方式；所述的圆弧插补铣是指，旋转的所述刀具沿径向圆形轨迹进给运动的铣削方式。
8.根据权利要求5或6所述的加工方法，其特征在于：所述的三轴联动是指刀具在所述数控卧式落地镗铣床的X轴、Y轴与Z轴的三个方向上同时进行进给切削；所述的两轴联动是指刀具在所述数控卧式落地镗铣床的X轴与Y轴的两个方向上同时进行进给切削。
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