内腔零件反面锪孔数控铣床加工工艺

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前言

某中框产品是高铁设备的核心承重结构，需要承受高铁运行中多种载荷的考验，其结构强度直接影响高铁的运行。该产品的深腔内有很多反面沉孔，普通刀具在机床上不具备可达性，需要单独增加电火花加工工序来加工反面沉孔。每个产品的最小加工时间为2.5h，导致加工效率低，表面质量差，装夹定位困难。

为了解决中框产品背面的加工难题，改变电火花加工的现状，降低加工成本，提高加工效率，数控铣床通过考察各种加工方案，实现了数控铣床背面的加工。

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问题分析和过程测试

2.1工具的类型

目前，反锪孔的工具主要有螺纹锁紧式反刮刀、带驱动刀架的反刮刀和偏心反刮刀。

2.2各种刀具加工方案的比较

(1)螺旋锁紧式反向刮刀的加工步骤:(1)延长刀杆Z轴。②用螺钉锁紧刀头。③正向车削向上加工。④拧回松动的螺钉，并拆下刀头。⑤刀杆退出，完成加工。

具有安装牢固、足够的刚性、可更换刀片、成本低的优点。缺点换工具要花很多时间[2]。

目前有多种方法改进加工方案，如将螺钉锁紧改为套筒镶嵌，正转时旋转刀盘与主刀杆锁紧，节省时间。但前后中框夹紧定位后，型腔内有四个沉头孔，旋转刀盘无法拆卸，螺钉锁紧防刮加工方法不可行。

(2)安装驱动刀块式反击式铲运机时驱动刀块的方式有多种，如用空气或切削液压力打开刀块、用扭力杆打开刀块、用短锥或碰撞打开刀块、用惯性打开刀块等。

中框产品背面埋头孔为φ9mm细长孔，采用大标准多功能反向刮刀，为可拆卸扇形刀片座结构。刀片座可以自动关闭。通过简单的主轴正反向编程操作，在刀座闭合时可以穿透底孔，在刀座展开时可以开始切削，从而实现立式和卧式加工中心的自动加工。

加工步骤:换向后将主轴插入底孔(叶片座在离心力的作用下张开)；当刀片座接触底孔时，它会自动折叠成刀杆；继续进给，直到刀片座穿过底孔；通过切削进给使主轴正转并拉起(开始加工)；当后面的锪孔完成后，使主轴稍微后退，然后反转；换向时抬起主轴，刀片座可折叠到刀杆中，并从底孔中拉出。

经过多次试验，多功能反向刮刀加工普通反向斑点的效率极高。但由于前中框和后中框产品零件的反点与侧壁相切，在切割开始时，刀架无刃口的一侧会与工件接触，瞬间损坏刀架，因此这种加工方案不具备稳定的生产条件。

(3)选择了偏心反刮刀。首先要考虑到在主轴上安装反刀时，反刀的刀尖在圆周上是有方向的，换刀时主轴需要在圆周上定位，所以换刀完毕，主轴上反刀的刀尖在圆周上是有方向的。主轴不旋转快速移动，孔的中心偏离X轴上与刀尖方向相反的孔的中心，偏差> 3.5mm [(大孔直径16mm -小孔直径9mm)/2]，保证反向刮刀通过孔时不会与孔壁干涉。当反向刮刀位于孔的底部时，当内圆柱孔结束时，主轴不轴向移动(暂停)，并刮擦底面。刮的圈数与主轴转速和停顿时间有关，可由以下公式确定:圈数=主轴转速×停顿时间，圈数必须是整数。

加工步骤:①主轴定位。②偏心位移(e值)。③Z轴深度。④康复中心(E值)。⑤正向车削向上加工。⑥主轴定位。⑦偏心位移(e值)。⑧向上分离，完成加工。

这种处理方法无需正反向旋转就能降低损伤概率。减少手工安装旋转刀盘的繁琐过程，一次性入孔加工成型；可定制各种规格。鉴于锪孔比底孔大很多，可以选择进口合金钢，或者塞硬质合金，或者使用整体钨基合金作为本体。但要求机床有方向停止功能，否则不能使用。

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改进的处理方案

埋头钻φ16mm大孔。首先，设计了可更换刀片的偏心反向刮刀。该设备是具有主轴定向停止功能的数控机床，向安装刀片的反方向移动3.6mm，使镗刀顺利通过φ9mm小孔。反向刮刀按镗刀盘方向移动一定距离到X=0，Y=0的点(孔中心)，点镐暂停，即无进给切削，以降低点镐的表面粗糙度值；后退，周向定位，放刀；刀具退出，加工完成。

处理过程如下。

N1 g90g 54g 00x 3.6y 0.0；反向刮刀快速离开X轴上的孔。

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暂停0.45秒，刮底面。

N7 G00 Z115.0 M05

N8 M19；主轴圆周定位

N9 X3.6

N10 G91 G28 Z0

N11 G49 G28 XO哟

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结束语

经过现场生产验证和成品质量检验，改进后的加工方案经济实用。选用了可更换刀片的偏心反刮刀，在数控机床上编制加工程序解决了深腔内的沉孔问题，为今后的深孔车铣工艺设计提供了刀具开发思路。