机械加工制造中复合刀具的应用

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复合刀具的应用，受到加工工艺、刀具寿命、零件结构等因素的制约，但在充分考虑各方因素的影响下，在现阶段机械加工制造中，不失为一种先进的加工方法。　　复合加工技术是在机械加工工艺中，将多个单一工序进行有效组合，集中表现在加工刀具结构的变化上，即所谓采用复合性刀具代替普通的单一性刀具，在一次换刀加工中完成多道工序内容，从而实现提高生产效率、保证零件位置精度、改善刀具切削等目的。
　　柔性化生产是目前汽车制造企业广泛采用的一种机加工方式，通过集合组合机床的高刚性、高效率和加工中心的柔性，柔性生产线获得了比组合机床生产线线路更短、设备更少、工序更加集中的优势，为了更好地平衡生产节拍，复合加工技术在加工中心上得到了应用，并随着复合加工技术的不断完善，许多组合机床也开始采用此项技术。
3 Y( }2 J4 ?8 G0 z3 O3 |　　提高生产效率和保证图样精度
) N7 g' R, ~% N% {1 q　　在双顶置凸轮轴(DOHC)发动机中，缸盖通常采用铸造的方式制造，在其上有限的空间内布置有冷却水套和进、排气道，因此缸盖的结构十分复杂，机加工的重点部位有：具有较高同轴度要求的凸轮轴孔和圆柱度要求的挺杆孔;座圈90°密封带和尺寸为φ6mm的导管孔是其中加工难度最大的，其加工质量的好坏将直接影响气门的密封性。
　　在座圈和导管孔从粗加工到精加工的整个过程中，如果采用普通的单一性刀具，不仅效率低下，同时还会因为多次装夹带来刀具中心不重合等误差，影响后续加工精度，因此，必须选择复合加工工艺。
' q8 `( j: x+ a; M* a* C' |　　1、采用复合刀具一次完成进气座圈安装底孔、粗钻导管底孔φ10.5mm及刀校进气道喉口的粗加工
　　由于导管孔中心与进气道中心呈斜角布置，在粗钻导管底孔时，会因钻头两切削刃负荷不均而难以保证导管底孔直线度，所以通常在进气道斜面上先加工一个φ13mm的工艺平台与导管孔中心线垂直;位于气门座圈上方的进气喉口的主要功能是减少进气阻力，因此必须保证铸造喉口时的设计空间，以便去除由于沾沙和泥芯移位而造成的多出铝瘤。综合考虑以上两点因素，在粗加工座圈安装底孔时，采用复合刀具，将3道工序的加工内容用一把刀具来完成，不但保证了相对位置，而且提高了加工效率。
　　2、采用复合刀具一次完成座圈安装孔和φ11mm导管底孔的精加工。
  n; X7 S# c( U3 D% ^　　φ11mm导管底孔要求孔的圆柱度和直线度均为0.01mm，座圈安装孔中心对导管孔中心同轴度要求φ0.2mm，为了保证精度，采用复合刀具进行精加工。在刀具设计上，为避免精镗φ11mm孔与后续精镗座圈孔产生加工干涉，先使用前端刀具进行φ11mm孔的精镗工序，然后再由后面两把刀具分别完成座圈安装孔的粗、精加工，不仅减少了精镗时刀刃的切削负荷，同时也延长了刀具的使用寿命
. o8 p0 D9 G! y9 P. u　　3、精车进气座圈孔60°、90°、120°密封带和精铰φ6mm导管孔。
2 ]8 h. B, m5 `  T, v2 `. F　　在该加工过程中，图纸要求90°密封带中心对φ6mm导管孔中心的跳动误差≤0.015mm，因此，采用的复合刀具前端为φ6mm枪铰刀，精铰φ6mm导管孔后，液压缸控制铰刀退回刀套，随后呈120°圆周分布的3把车刀分别完成60°、90°、120°锥面的加工，保证了密封带的均匀宽度和90°密封带对导管孔中心径向跳动的要求。
　　主轴承档的侧面加工
" u1 ]2 `7 i- B; R* E; v9 a　　在加工主轴承档的两个侧面时，采用的是复合加工刀具，即将多片3面刃铣刀安装在机床刀具主轴上，可以在一次进给中，完成多档主轴承孔两个侧平面的加工
　　改善刀具切削负荷
2 i. f6 I: C! t8 l/ J; A8 w: \: `7 U　　在粗加工缸盖16—φ30.4mm挺杆孔时，由于毛坯单边余量大于4mm，原设计方案是在一次走刀中完成全部切削加工，但刀具会承受较大的切削抗力，容易出现闷车、损坏刀具和拉坏工件加工表面。如果采用两次加工，又将增加换刀工序，使机床加工节拍难以保证。综合考虑后，最终采用台阶结构的复合刀具(图5)，将切削余量分配在前后刀齿上，从而满足了工艺要求。
! v: x  p4 g! ?' n7 u) c　　结束语
　　随着现代机械加工方式的不断进步，复合加工技术得到了越来越多的应用，其优势也在不断显现。但任何技术都有其强和弱的方面，在缸体、缸盖等箱体类零件加工中，由于此类零件结构复杂、生产批量大，因此复合加工技术优势可以得到有效发挥。相比之下，对于结构简单、单件、小批量生产的零部件，加工工艺应该尽量安排在通用机床上完成，采用通用刀具加工，主要是因为，复合加工技术采用的是组合型刀具，该类刀具设计复杂，需求量有限，接近于单件生产，刀具成本要比通用刀具高几倍，甚至几十倍不等。
　　复合加工技术的应用也常受加工条件、刀具寿命、刀具制造工艺性、零件结构的限制。如对于钻孔、倒角、刮平面这一套工序，如果采用复合刀具(图6)，不仅刀具结构复杂，而且工艺上也不合理。钻孔先接触的是工件毛坯面，由于钻削时钻头两侧切削刃切削力不相等，容易造成钻头偏斜，同时刮平面刀具直径与钻头直径相差太大，易造成加工过程中钻头和刮刀连接处折断。