優(yōu)化刀具解決加工孔徑不穩(wěn)定問題

■神龍汽車有限公司 （湖北武漢 441004）

劉 輝 李 冬

機械加工設(shè)備由于長時間使用，或多或少會存在一些加工質(zhì)量問題，而這些問題有時只會在達到某些條件的基礎(chǔ)上才能表現(xiàn)出來。我公司的高速臥式加工中心（機型：BW60HS，簡稱XF1266）在加工MA變速箱殼體時正產(chǎn)生了上述問題。

1. 現(xiàn)狀描述及原因分析

近期，X F1266加工中心加工一軸軸承孔徑以及二軸軸承孔徑不穩(wěn)定，通過對問題進行分析最終確認(rèn)：由于主軸夾緊力不夠（要求18kN，實際14.6kN，且已無法調(diào)整），導(dǎo)致粗加工刀具在夾緊過程中致使刀體有略微下垂，在粗加工過程中產(chǎn)生干涉，引起振紋而精加工不能完全修正（備注：此兩把粗加工刀具長280mm，不包括錐柄，直徑62mm，已做去重處理，重7.353kg，其余刀具質(zhì)量低于4.5kg且加工質(zhì)量合格）。

2. 臨時解決措施

為保證生產(chǎn)，將鏜孔的雙刀片取消1片，降低加工參數(shù)，現(xiàn)生產(chǎn)100%檢測零件。

3. 最終措施

要徹底解決該問題，需要更換電主軸，或者優(yōu)化刀具。更換電主軸成本約30萬元，周期至少3個月；而優(yōu)化刀具成本約2萬元，周期最多1個月。因此從成本和周期角度選擇優(yōu)化刀具。

（1）刀具的設(shè)計。以二軸軸承孔徑為例（一軸軸承孔徑加工方式與之一致），如圖1所示。

由于二軸軸承孔徑有锪面要求，原加工方式是：粗鏜二軸軸承孔徑+锪面，即夾具旋轉(zhuǎn)180°后，刀具從離變殼結(jié)合面方向穿過夾具本體進行粗鏜孔和锪面。通過夾具圖算出刀具最小長度為188mm+12mm+56mm=256mm，還要考慮為避免干涉粗鏜孔不能和锪面同時進行等各種因素，因此最終原刀具長度定為280m m，直徑為62mm。盡管已經(jīng)做過去重處理，但是刀具仍重7.353k g；如果刀具從變殼后蓋結(jié)合面穿到變殼內(nèi)部來完成加工，刀具長度至少能減少一半，那么質(zhì)量也至少能減輕一半，約為3.6k g。以上是總設(shè)計思路，刀具的具體設(shè)計步驟是：①必須是單刃偏心鏜刀，否則無法從F200方向加工。②由于要從F200方向穿到變殼內(nèi)部，測量2#基準(zhǔn)孔毛坯孔直徑為53mm，刀具穿過毛坯孔時不能產(chǎn)生干涉，那么半徑方向保證0.5m m的間隙量較安全，刀具直徑應(yīng)≤52mm，至少參與加工的部位最大直徑要≤52mm。③由于要锪面，為滿足φ（63.5±0.1）m m尺寸，锪面刀片刀尖與刀具回轉(zhuǎn)軸線的距離應(yīng)為R（31.75±0.05）m m，同時粗鏜2#基準(zhǔn)孔要達到φ（56.5±0.1）m m的尺寸，刀尖與刀具回轉(zhuǎn)軸線的距離為R（28.25±0.05）m m。④由②、③步可以確定偏心量至少為5.75mm；刀具長度L：100mm＜L＜140mm（不包括錐柄）。⑤刀具需要做動平衡，動平衡參數(shù)：G6.3，S2000（參考原刀具）。綜合以上5個條件設(shè)計刀具如圖2所示。

刀具長度由280m m減短至130mm，刀具直徑由φ62mm減小至φ45mm，刀具質(zhì)量由7.353kg減輕至2.425kg。

同理設(shè)計一軸軸承孔徑鏜刀（見圖2b）。

優(yōu)化前后刀具實物對比如圖3所示。

（2）加工程序的編制。由于加工方式發(fā)生改變，需要對加工程序進行重新編制，程序如下。

對于二軸軸承孔徑：

圖1 二軸軸承孔徑

圖 2

圖 3

T208； （指該刀的刀號）

L796； （調(diào)用換刀指令）

SETPIECE(0)； （刀具使用壽命開始計數(shù)）

IF R82==0 GOTOF DO064

（如果R82=0，則表示該孔加工過，跳轉(zhuǎn)最后，該子程序結(jié)束，否則準(zhǔn)備開始加工該孔）

IF R82==1 GOTOF BOR02

BOR02:

G0 B=DC(0)； （工作臺B軸旋轉(zhuǎn)到0°位置）

G55； （坐標(biāo)偏置）

G00 G90 G60 X0 Y0； （在G55偏置下移動距離，在此表示未移動）

SPOS=243； （主軸定向，由于是單刃鏜，需要穿過毛坯孔加工，就需要確定切削刃的方向，切削刃可以向上、向下、向左或向右，筆者習(xí)慣將切削刃向下，該角度為切削刃向下的角度）

Y=7； （切削刃向下后，Y軸向上走7mm，該7mm是刀具偏心量，由刀具設(shè)計圖樣來確定）

Z=175 D=3; （以3#刀沿快速穿過毛坯孔移動到Z175mm的距離）

Y=0 （取消偏心量）

G01 G601 Z=180.29-1.83 F=300 S=1000 D=2 M3 M8 M7； （開始加工）

G04 F=1； （停頓1s）

G00 G602 Z=175 D=3 ； （再次回到Z175mm）

SPOS=243； （主軸定向243°）

G00 G90 G60 X0 Y=7； （再次走偏心量）

G00 Z500 D1； （快退出零件）

STOPRE

R82=0

SETPIECE(1)； （刀具計數(shù)完成）

DO064:

RET

對于一軸軸承孔徑：

T205

L796

SETPIECE(0)

IF R82==0 GOTOF DO066

IF R82==1 GOTOF BOR01

BOR01:

G55

ROT RPL=-18.5431； （以Z軸為回轉(zhuǎn)中心，X、Y軸建立的坐標(biāo)系進行旋轉(zhuǎn)18.543 1°，重新建立新的X、Y坐標(biāo)系）

G00 G90 G60 X=0 Y=-65.025 B=DC(0) D1

ROT；（還原旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系，主要為刀具偏心量做準(zhǔn)備。也可以不還原，如果不還原坐標(biāo)系，在刀具走偏心量時，必須要注意提醒自己坐標(biāo)系已旋轉(zhuǎn)，否則撞刀）

SPOS=245

G00 G91 G60 Y=6.5；

G00 G90 G60 Z=175 D=3；

G00 G91 G60 Y=-6.5；

G01 G90 G601 Z=178.25-0.05 F=300 S=1000 D=2 M3 M8 M7;d2=115.160

G04 F=1

G00 G90 G602 Z=175 D=3

SPOS=245

G00 G91 G60 Y=6.5

G00 G90 G60 Z500 D1

STOPRE

R82=0

SETPIECE(1)

DO066:

RET

由于刀具和程序發(fā)生變化，導(dǎo)致變殼成品的加工總時間延長4.583s，通過對其他孔徑加工程序的優(yōu)化（比如加工路線、參數(shù)等），實現(xiàn)加工節(jié)拍恢復(fù)。

4. 結(jié)語

本文主要講述的是通過對刀具的優(yōu)化設(shè)計以及對程序加工方式的優(yōu)化編制，減輕刀具質(zhì)量，使刀具質(zhì)量由7.353kg減輕至2.425kg。最終保證了加工質(zhì)量，恢復(fù)了設(shè)備正常加工，減輕了操作人員負(fù)擔(dān)。同時也為公司節(jié)約成本至少28萬元。這種做法適合在某些陳舊設(shè)備、刀具偏重等加工環(huán)境較為惡劣的狀態(tài)下推廣使用。