加工孔背平面刀具設(shè)計(jì)

童勇智，金許濤，王逢濤，張舒云，孫高偉，楊天鋒

陜西柴油機(jī)重工有限公司 陜西興平 713105

1 序言

風(fēng)電輪轂電動(dòng)機(jī)安裝孔背平面（見圖1）是調(diào)節(jié)輪轂葉片角度裝置的安裝面。由于該面加工精度對(duì)葉片受風(fēng)時(shí)的角度調(diào)節(jié)狀態(tài)有極大影響，所以對(duì)加工精度要求較高，如果精度不能保證，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行[1]。

圖1 輪轂電動(dòng)機(jī)安裝孔背平面

零件材料為QT400-18AL，電動(dòng)機(jī)安裝部位加工的技術(shù)要求如下：3×φ250+0.0460mm，Ra=1.6μm；反刮為φ400mm，Ra=3.2μm，從大端面到反刮面的距離為（125±0.5）mm，平行度0.2mm。

2 原加工方案

風(fēng)電輪轂電動(dòng)機(jī)安裝孔φ250+0.0460mm背平面φ400mm，在整個(gè)輪轂加工過程中輔助時(shí)間占比最長(zhǎng)，并且需要兩人協(xié)同配合才能完成。

采用標(biāo)準(zhǔn)φ250mm三面刃刀具裝在φ70mm的標(biāo)準(zhǔn)加長(zhǎng)刀桿上加工時(shí)，因刀盤直徑尺寸限制，故無法從電動(dòng)機(jī)安裝孔正面直接進(jìn)入腔內(nèi)反銑孔背平面。加工時(shí)需要一名操作人員控制機(jī)床，將附件移動(dòng)到電動(dòng)機(jī)安裝孔口中心位置，確保附件與零件不發(fā)生碰撞，然后松開附件拉刀。另一名操作人員則手持三面刃刀具，從圖1主視圖Ⅰ大橢圓處，爬梯進(jìn)入輪轂內(nèi)腔里，將刀具刀柄從精加工過的電動(dòng)機(jī)安裝孔中伸出。外部操作人員則需接住刀柄并引導(dǎo)其裝入機(jī)床主軸附件錐孔內(nèi)，再快速按下拉刀按鈕，完成刀具安裝。輪轂腔內(nèi)人員需從大橢圓處爬梯翻出，才可進(jìn)行加工。加工過程中測(cè)量尺寸，需再次爬梯進(jìn)入腔內(nèi)卸載刀具。為了保證加工尺寸，需進(jìn)行2～3次測(cè)量，所以爬梯進(jìn)出重復(fù)動(dòng)作也需2～3次。

該方案不僅加工效率低，而且刀具刃口多，易夾屑，刀桿較長(zhǎng)，容易產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致切削線速度較低，難以滿足加工表面粗糙度和平面度的工藝要求。

在輪轂加工過程中，該部位必須由兩人協(xié)同才能完成刀具的裝卸，不便于尺寸測(cè)量，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，輔助時(shí)間長(zhǎng)，且存在較大安全隱患。

當(dāng)采用直徑＜250mm的三面刃銑刀進(jìn)行加工時(shí)，刀具可從φ250+0.0460mm電動(dòng)機(jī)孔穿過，但由于加工平面范圍和孔背面的距離限制，刀桿長(zhǎng)徑比過大，剛性較差，試加工后，與φ250mm三面刃銑刀相比，存在的問題更多，效率更低，所以不能采用這種刀具。

3 刀具設(shè)計(jì)

基于以上問題和公司現(xiàn)有多型輪轂孔背平面加工情況，新刀具設(shè)計(jì)要求為以下幾點(diǎn)[2]。

1）降低制造成本，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于裝卸及測(cè)量，能簡(jiǎn)化工序中的刀具裝卸動(dòng)作，減少輔助時(shí)間，消除安全隱患。

2）切削時(shí)減少夾屑和振刀情況的發(fā)生，提高切削線速度，加工表面能達(dá)到表面粗糙度及平行度的工藝要求。

3）針對(duì)公司現(xiàn)有輪轂加工，有一定的通用性。

結(jié)合公司生產(chǎn)設(shè)備，按上述要求設(shè)計(jì)出新的單刃銑刀（見圖2），使用外部裝刀方式，可實(shí)現(xiàn)單人裝卸刀具并加工零件的操作。采用單刃銑刀體安裝在現(xiàn)有刀桿直徑為70mm的標(biāo)準(zhǔn)面銑刀刀柄上，單刃銑刀體連接及裝刀部分所需要的尺寸要求按照標(biāo)準(zhǔn)三面刃刀桿部位進(jìn)行設(shè)計(jì)。單刃銑刀體φ40+0.0250mm孔與鍵槽平面垂直度≤0.02mm，刀體定位平面與鍵槽平面平行度≤0.04mm。再根據(jù)多型輪轂電動(dòng)機(jī)安裝孔的大小設(shè)計(jì)合理的單刃銑刀體旋轉(zhuǎn)周半徑，刀體頭部設(shè)計(jì)加裝一把標(biāo)準(zhǔn)90°外圓車刀，用兩個(gè)內(nèi)六角平端緊定螺釘M12-6H-20加兩個(gè)純銅墊片固定，方槽壁與鍵槽平面垂直度≤0.04mm。刀具整體進(jìn)行了三維裝配（見圖3），整個(gè)單刃銑刀體選用不易變形、硬度較高的45鋼調(diào)質(zhì)處理。

圖2 單刃銑刀

圖3 單刃銑刀體刀具的裝配

反銑工藝加工方法：加工時(shí)機(jī)床準(zhǔn)停，單刃銑刀體刀具偏心穿過電動(dòng)機(jī)孔（或無障礙通過），然后用單刃銑削方式繞輪轂電動(dòng)機(jī)安裝孔背面進(jìn)行整圓運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而加工輪轂電動(dòng)機(jī)孔背面，加工結(jié)束后，刀具回到孔中心準(zhǔn)停刀具偏心退刀（或無障礙通過），測(cè)量大端面到孔背面的距離，直到符合加工要求的（125±0.5）mm為止。該過程只需1名操作人員就可完成，經(jīng)過多次試驗(yàn)消除了三面刃銑刀的缺點(diǎn)，并且單刃銑刀吃刀量大，刀具接觸面積小，線速度高[3]。單刃銑刀體及加工現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示。

圖4 單刃銑刀體及加工現(xiàn)場(chǎng)

4 結(jié)束語

通過對(duì)公司現(xiàn)有多型輪轂電動(dòng)機(jī)安裝孔背平面加工的調(diào)試驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)單刃銑刀不僅體質(zhì)量相對(duì)輕便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便制造、價(jià)格低廉，而且使用靈活、接觸面積小，實(shí)現(xiàn)了單人操作機(jī)床，從外面裝、卸刀具時(shí)，測(cè)量尺寸方便，消除了人員爬梯進(jìn)出輪轂帶來的安全隱患，滿足了加工要求。使用該單刃銑刀進(jìn)行加工可以大幅降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，具有較廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和較好的推廣價(jià)值。