小孔大背面结构刀具检测自动化在机测量加工工艺

1前言

一般起重机的小孔大背结构件都需要深孔镗背加工。为保证起重机运行过程的稳定性，背侧外径应> 2倍孔径。图1是典型的小孔大背转盘结构，由于结构的限制只能从孔的一侧加工。业内现有的成形反铣刀和单齿反铣刀，受刀轴径比的限制，无法用插补铣削加工小孔大背结构零件。白钢刀常见的背面刮削方式无法保证背面的加工质量、效率和人员安全，且工艺需要手工安装白钢刀，无法实现自动化加工。为了提高产品质量和加工的自动化水平，必须解决小孔大背结构不能自动加工的问题。

目前小孔的大背一般用刮刀刮。将白钢条边缘打磨成有切割角的白钢刀，安装在反向刮条上加工背面。小孔大背结构的加工工具和安装过程。

将防刮条安装在机床主轴上，移动机床主轴，使防刮条穿过待加工背面的孔，手动将白钢刀安装在防刮条上。机床转速20 ~ 50r/min，轴向进给刮孔背，轴向进给0.1mm/r，加工到图纸要求的尺寸。小孔大背结构的刮背过程。

从图3所示的流程可以看出，加工工件大背时，安装在机床主轴上的刀杆需要通过小孔到达加工面的位置，然后将白钢刀安装在反刮刀杆上。由于刀杆安装有白钢刀，进退干涉小孔，白钢刀需要人工反复装卸，工序繁琐，无法实现加工自动化。

3加工方案的提出和选择

根据小孔大背加工的现状，构思了一种折叠式刀具。穿过孔时，刀具的切削部分可以闭合，加工时切削部分可以展开。通过刀具信号控制，可以利用惯性、气压等折叠切割位置。从而解决了操作者在加工过程中的干预，实现了小孔大背结构的加工自动化。

折刀有气动、惯性、外力接触三种。关于它们的比较。最后选用惯性折叠刀具加工小孔大背结构。

折刀加工小孔大背的过程是一个自动过程，无需人工干预。刀具的切削部分需要固定在闭合和展开部分，否则会造成刀具与工件碰撞或背面无法加工。切割部件闭合和打开的定点方法比较见表2。经过分析，考虑到可行性和实施效果，最终选择新型钢球定位结构作为折叠刀的定点方式。

4方案的实施

4.1小孔大背自动折叠刀的设计

根据大型结构件的加工特点，设计制造了一种小孔大背的折叠刀具。刀具通过机床的信号(主轴旋转)控制刀具切削部分的开合。它由工具手柄、接头、折叠头、轴承和端盖等组成。工具柄和工具头通过标准工具接口连接，具有通用性，便于制造。折叠头位于刀头和端盖之间，刀头和盖板通过定位销定位，并用螺栓紧固。在折叠头的上端和下端使用轴承，以减少折叠过程中的摩擦。折叠头可以在刀盘上旋转，呈现折叠和展开的姿态。当刀具不工作时，折叠头旋入刀盘内，减小刀具直径，便于刀具通过孔径；当刀具开始加工时，折叠头顺时针旋转出刀盘，刀盘处于展开状态。成型刀片安装后，进行背面加工。折叠头折叠顺畅，并通过固定装置固定在展开点和合拢点。

4.2刀具折叠和定点装置

根据折叠刀具的功能要求，折叠头可以通过旋转进行折叠，并可以固定在展开和闭合位置。为了减少转动时的摩擦，折叠头两端装有高强度耐磨轴承，刀盘如图7所示。折叠筒在两个固定点处有一个小于1/3半球形空腔，刀盘上有一个可以被弹簧推动移动钢球的圆形空腔。当折叠头不受转动惯性力时，弹簧推动钢球将折叠头固定在折叠头的半球形空腔内；当旋转惯性力过大时，钢球回缩，折叠头旋转。弹簧球定位器如图8所示。

4.3对刀机床的信号确定

折叠刀安装在双面镗铣床加工中心的主轴上，机床开、关刀的转速信号由主轴高速旋转和停止决定。展开和关闭验证如图9所示。

选择不同的转速来验证折叠刀的展开和闭合，试验过程中转速为100 ~ 500 r/min。当转速为100转/分，然后必须停止时，刀具在10次测试后不能折叠。当转速为200 ~ 300 r/min时，则必须停机。经过10次测试，所有刀具都无法折叠。在转速> > 400r/min然后停止的情况下，刀具的折叠头可以在10次测试后展开和关闭。考虑到折叠头的折叠受外界因素影响，开合用工具折叠头旋转信号定位≥500转/分。

4.4切削参数的确定

为了提高背面加工后的加工效率和产品质量，根据经验值和不同的转速和进给量确定反向刮削刀具的最佳切削参数[3]。在刀具加工中，采用不同的切削参数进行验证，最终确定折叠刀具刮削试验产品的切削参数:转速N = 35× [1+(200-d )× 0.16%。其中d为背面外径，50mm≤d≤240mm；值200是测试背面的外径(mm)。

4.5工作步骤

折叠刀具的加工过程。具体步骤如下:①机床从主轴调用折叠防刮刀具，通过主轴正转停止来关闭刀具。②刀具通过孔径到达待加工表面。③通过反转和停止主轴来实现刀具展开。刀具根据加工参数对背面进行反向刮削加工。⑤刀具退回到安全距离，主轴正转停止，刀具关闭。⑥刀具退出加工好的孔。

5实施效果

新刀具解决了传统白钢刀反向刮工件小孔大背时人工参与的问题。通过转动和停止机床，实现刀具切削部分的打开和关闭。同时采用了点对点固定装置，稳定了切割部分的开合点，免去了人工操作对刀具的干预。方案实施前后的处理方法对比。

加工过程新刀具由编制好的程序控制，开合顺畅，过程不需要操作人员辅助。加工后的内端面平面度可达0.1mm，表面粗糙度值Ra < 6.3μ m，满足图纸要求。实施前后结构件加工质量对比。

新型折叠刀采用成型刀片和最佳工艺参数。已批量应用的小孔大背折叠刀。新型刀具的应用，不仅提高了起重机转台背部和吊臂铰接点孔制造工艺的一致性，而且实现了小孔大背结构件的自动化加工，避免了复杂加工零件因安装和拆卸刀具造成的安全事故。

6结束语

针对大型结构件设计制造了一种非标准刀具，并在起重机典型结构件上测试了其可行性和应用效果。该刀具可有效解决小孔大背结构件的自动化加工难题，同时解决白钢刀具表面质量差、形位公差无保证、刃磨困难等问题，提高产品质量和加工效率。