倒角對(duì)刀工藝的探索

盧威，陳娜

（張家界航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 張家界 427000）

0 引 言

倒角是金屬零件機(jī)械加工中必不可少的特征之一，但在機(jī)械加工中常常被人們所忽視，在眾多的質(zhì)量問(wèn)題中，由于零件倒角尺寸不合格而導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題隨處可見(jiàn)，不僅造成了巨大的人力成本和經(jīng)濟(jì)成本的損失，也使產(chǎn)品質(zhì)量存在瑕疵和安全隱患。在傳統(tǒng)加工中，倒角僅僅是為了去除毛刺，去除銳角邊和引導(dǎo)等作用而存在，但在一些高溫高壓旋轉(zhuǎn)零部件中，零件上的應(yīng)力孔、裝配孔等處均存在倒角，這些倒角除了起到傳統(tǒng)加工中的作用外，其質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)于零件的裝配精度，解決應(yīng)力孔的應(yīng)力集中問(wèn)題，甚至零部件的使用壽命等都起到至關(guān)重要的作用，因此，對(duì)于零件的倒角要引起足夠的重視。

1 問(wèn)題及解決方案

1．1 一般圓孔倒角

長(zhǎng)期以來(lái)，在加工倒角的過(guò)程中，最關(guān)鍵步驟就是對(duì)刀，一般情況下都會(huì)采用試切的方法來(lái)進(jìn)行對(duì)刀，就是將刀具長(zhǎng)度或半徑偏置出某個(gè)合理的補(bǔ)償值，進(jìn)行試加工，待去除部分材料后，通過(guò)打樣膏或指摸規(guī)測(cè)量，再根據(jù)測(cè)量結(jié)果來(lái)調(diào)整刀具的補(bǔ)償值，最終達(dá)到合格的倒角尺寸要求。試切法是實(shí)際加工中運(yùn)用最多的對(duì)刀方法，直觀易懂，能有效地控制材料的去除情況，但在生產(chǎn)過(guò)程中，該方法仍存在下述弊端：

1）效率低。試切法對(duì)刀的過(guò)程，是一個(gè)反復(fù)試切、反復(fù)測(cè)量、反復(fù)修改刀具補(bǔ)償值的過(guò)程，該過(guò)程時(shí)間的長(zhǎng)短取決于操作者技術(shù)水平的高低和經(jīng)驗(yàn)積累的豐富與否，在對(duì)刀過(guò)程中，不可避免地會(huì)造成大量的機(jī)床停歇時(shí)間，操作者也會(huì)因?yàn)檫^(guò)多的輔助工作而感到疲憊。

2）測(cè)量的不準(zhǔn)確性。在對(duì)刀過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量，指摸規(guī)方便快捷，但無(wú)法得到準(zhǔn)確的真實(shí)值，難以為刀具補(bǔ)償值的調(diào)整提供可靠的數(shù)據(jù)信息，若采用打樣膏的方式進(jìn)行測(cè)量，則會(huì)在切樣膏、觀察樣膏的過(guò)程中產(chǎn)生多次誤差，測(cè)量不準(zhǔn)確。

3）材料去除的不均性。在加工中，我們經(jīng)常會(huì)遇到此類(lèi)情況，在剛開(kāi)始的試切中，將刀具補(bǔ)償調(diào)整0．20 mm，材料去除了0.20 mm，然而在接近理想尺寸相差0．20 mm時(shí)，將刀具補(bǔ)償值調(diào)整0．20 mm，再進(jìn)行加工后發(fā)現(xiàn)，材料并沒(méi)有按照我們的預(yù)設(shè)值被去除掉，總是偏多或偏少。

4）某些情況下不能實(shí)施試切法。在有些零件中，精孔要求的目的是避免因加工時(shí)晶格已經(jīng)變化的熱影響層深入零件本體材質(zhì)中，從而改變零件局部材料的不均勻性，導(dǎo)致產(chǎn)生力學(xué)性能差異，造成材料在微觀上的局部應(yīng)力集中，影響零件使用壽命，因此必須嚴(yán)格控制加工的切削余量。對(duì)于具有精孔要求的孔口倒角而言，若經(jīng)過(guò)多次試切，熱影響層便會(huì)隨試切過(guò)程逐層深入零件材料內(nèi)部。再者，因?yàn)榈毒叻磸?fù)切削前一次切削中形成的硬化層，會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱，使熱影響層變厚，會(huì)對(duì)零件微觀質(zhì)量造成不易覺(jué)察的惡劣影響。

1.2 基于試切原理的對(duì)刀法

圖1

為彌補(bǔ)試切法在運(yùn)用中的以上缺陷，在生產(chǎn)加工中逐漸摸索出一套基于試切原理的對(duì)刀方法，其思路在于：在刀具切削到零件材料的瞬間，利用孔口存在的毛刺精確校準(zhǔn)刀具補(bǔ)償值，然后一次性完成倒角的加工。在實(shí)際加工中，倒角前的孔口必然存在毛刺，該毛刺便是我們對(duì)刀的依據(jù)，以圖l 倒角為例，具體操作步驟如下：

1）將零件上表面設(shè)置為加工坐標(biāo)系Z 向零點(diǎn)；2）在對(duì)刀儀上，倒角刀以底孔實(shí)際直徑尺寸進(jìn)行對(duì)刀，并輸入機(jī)床對(duì)應(yīng)位置處；3）根據(jù)圖1 中所示正面倒角尺寸，在刀具磨耗欄中輸入補(bǔ)償值+0.75 mm(倒角最大值)，進(jìn)行切削；4）以手指觸摸的方式檢查孔口毛刺的去除情況，若毛刺沒(méi)有被剛好完全去除，則將刀具磨耗欄中的+0.75 mm按以-0.02 為公差值的等差數(shù)列方式逐次進(jìn)行試切，直到孔口毛刺被剛好完全去除為止。刀具在步驟3）中不會(huì)接觸到零件表面材料；5）當(dāng)孔口毛刺剛好被完全去除時(shí)，在此時(shí)的刀具磨耗值基礎(chǔ)上，將磨耗值調(diào)整-0.60 mm（倒角尺寸中值），進(jìn)行加工。

對(duì)于左端面0.75±0.15 的倒角，與右端面0.60±0．25的過(guò)程相似，區(qū)別在于，步驟3）中在磨耗欄輸入的補(bǔ)償值為-1.00 mm（角最大值+壁厚上公差；因?yàn)榉聪虻菇堑毒弑茏寱r(shí)與正面避讓剛好相反，故為負(fù)號(hào)），同理步驟4）中的等差數(shù)列公差值為+0.02 mm。

經(jīng)以上方式進(jìn)行的倒角，尺寸將為0.60±0.0l、0.75±0.01，誤差在0.02 mm 范圍內(nèi)，其誤差的實(shí)際大小取決于步驟4）中的等差數(shù)列公差值的大小，因此，可以適當(dāng)調(diào)整等差數(shù)列公差值的大小來(lái)控制倒角的尺寸誤差，易于掌控，提高了對(duì)刀的可靠性；以手指觸摸的方式檢查孔口毛刺，大大節(jié)省了機(jī)床停歇時(shí)間，避免了查看樣膏和等待時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率；同時(shí)，該方式是在材料去除前校準(zhǔn)刀具補(bǔ)償值后一次加工成形，因此，克服了材料去除不均的缺陷，也解決了精孔位置不能實(shí)施試切的難題。

1.3 異形孔倒角

圓孔的倒角，我們通常使用成型刀以直上直下的方式進(jìn)行，對(duì)于直徑過(guò)大的圓孔，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中因倒角刀過(guò)大而無(wú)法制造或因成本過(guò)高而不能使用成型的倒角刀時(shí)，采用較小的倒角刀通過(guò)圓弧插補(bǔ)的方式進(jìn)行加工，然而，在由不連續(xù)圓弧構(gòu)成的異型孔孔口倒角時(shí)，除必須進(jìn)行輪廓仿形插補(bǔ)外，倒角刀對(duì)刀位置的選擇也是現(xiàn)場(chǎng)加工的一個(gè)難題。

以圖2 所示的異型孔為例，該異形孔由4 段小圓弧和4 條直線構(gòu)成，2 段R6.25 和2 段R9.65。由于受到孔輪廓形狀的限制，無(wú)法使用成型倒角刀垂直上下進(jìn)行加工倒角，然而因?yàn)楫愋涂鬃陨碛?.125 的輪廓度要求，在仿形過(guò)程中，又因?yàn)榈毒叩膶?duì)刀位置選擇不當(dāng)，因此造成了孔口倒角不均勻的現(xiàn)象，如圖2 中虛線圈內(nèi)標(biāo)識(shí)所示，R6.25 和R9.65 的兩圓弧處倒角大于其他區(qū)域。

圖2

造成該現(xiàn)象的原因是：倒角刀的對(duì)刀位置半徑大于R6.25 和R9.65 圓弧處的實(shí)際半徑，過(guò)大的刀具在較小的空間進(jìn)行加工時(shí)，必然會(huì)造成過(guò)切，所以要避免過(guò)切，使整個(gè)輪廓的倒角均勻，刀具的半徑必須小于零件圓弧半徑，從理論上看，刀具半徑也是越小越好。

較小的刀具在較大的空間中進(jìn)行加工，有足夠的空間避讓?zhuān)虼诉^(guò)切現(xiàn)象便可消除。然而，如果刀具太小，又會(huì)因?yàn)槠渌虻挠绊懚鴮?dǎo)致倒角表面質(zhì)量降低。其原因是：一是半徑過(guò)小的對(duì)刀位置，其切削線速度過(guò)低，切削時(shí)部分材料是通過(guò)推擠而非切削形成倒角面；二是容屑空間過(guò)小，導(dǎo)致切屑排出不暢，從而影響零件表面質(zhì)量。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和摸索發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)刀半徑為圓弧半徑的60%～70%時(shí)，加工效果良好，既能使異型孔輪廓倒角一致，又能滿(mǎn)足零件表面的質(zhì)量要求，所以在加工時(shí)，應(yīng)盡可能滿(mǎn)足上述條件。

2 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和摸索，在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中逐漸總結(jié)出一些解決倒角對(duì)刀的方法和捷徑。在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中，倒角問(wèn)題常?？偸菚?huì)被忽略，然而這些看似細(xì)小的問(wèn)題，卻往往成為影響零件整體質(zhì)量的關(guān)鍵。所以關(guān)注和解決倒角中存在的問(wèn)題，是避免零件因?yàn)檫@類(lèi)細(xì)小的瑕疵而產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題或報(bào)廢的一項(xiàng)重要工作。

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