內(nèi)螺旋滾道銑削加工自制刀具的探討
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摘 要：介紹我公司內(nèi)螺旋滾道加工自制刀具的設(shè)計(jì)、改進(jìn)和使用過(guò)程。討論針對(duì)特殊零件的機(jī)加工涉及的自制刀具的應(yīng)用和推廣。
湖北飛寧方向機(jī)有限責(zé)任公司系汽車轉(zhuǎn)向器專業(yè)生產(chǎn)廠家，主導(dǎo)產(chǎn)品為液壓助力循環(huán)球轉(zhuǎn)向器和機(jī)械式循環(huán)球轉(zhuǎn)向器,年產(chǎn)能在20萬(wàn)臺(tái)以上。“飛寧”牌轉(zhuǎn)向器在行業(yè)內(nèi)具有很大的知名度和市場(chǎng)占有率。
一、問(wèn)題的提出
螺桿螺母副為轉(zhuǎn)向器總成中最為重要的部件之一，其中轉(zhuǎn)向齒條和螺桿軸兩種零件的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)就是螺旋滾道。螺旋滾道加工是機(jī)加工行業(yè)中公認(rèn)比較困難的工序之一，而內(nèi)螺旋滾道的加工就顯得更為困難.我公司涉及內(nèi)螺旋滾道加工的產(chǎn)品數(shù)量非常多,主要表現(xiàn)為多種螺距、多種中徑。我公司通常工序安排為:滾道拉刀拉削----粗磨滾道保證形狀和中徑----精磨滾道.滾道加工占據(jù)了總工序生產(chǎn)周期的五成以上。并且，滾道拉刀的使用成本也較高，使用要求也非常嚴(yán)格，這些均成為產(chǎn)能提升的短板，不適應(yīng)提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本的發(fā)展戰(zhàn)略要求。
螺旋滾道由兩段偏心圓弧組成，滾道底孔最小的僅有φ29，有多種螺距(螺距t=11、10、9.525、…)，滾道加工時(shí)存在斷續(xù)切削。我公司原生產(chǎn)工藝采用專用螺旋拉刀拉削加工，單件消耗工時(shí)4分鐘。螺旋拉刀自身就是一種比較復(fù)雜且昂貴的專用刀具,使用時(shí)對(duì)冷卻環(huán)境、工裝調(diào)校精度、機(jī)床導(dǎo)軌精度、刀具自身刃磨等要求均非常高，并且
隨著刀具自身的使用磨損,零件尺寸也隨之變化。不得不通過(guò)粗磨工序來(lái)保證尺寸和修正滾道形狀.這些直接導(dǎo)致生產(chǎn)成本非常高，不利于提高生產(chǎn)效率。
二、初步方案
為了推動(dòng)公司產(chǎn)能提升，我考慮采用其他高效率加工。首先想到用玉米齒螺旋銑刀加工內(nèi)螺旋滾道.但經(jīng)于相關(guān)刀具工程師探討，結(jié)合零件自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)玉米齒螺旋銑刀不適應(yīng)多螺距、成本高等特點(diǎn)。最后決定自行開發(fā)刀具采用銑削螺紋的加工工藝方案。在各方經(jīng)驗(yàn)的整合下，結(jié)合產(chǎn)品螺旋滾道大螺距、復(fù)雜截面形狀的特點(diǎn)，借鑒外螺旋滾道的加工現(xiàn)狀，我用YT15硬質(zhì)合金刀片制作成成型刀片，將四片刀體焊接到刀桿上再進(jìn)行刃磨修正。試用時(shí)取切削速度υ=65m/min，刀具轉(zhuǎn)速ν刀 = 800n/min,工件轉(zhuǎn)速ν工 = 32n/min.調(diào)整好設(shè)備開始試加工。銑削一件耗時(shí)3.5分鐘，稍快于拉削工藝消耗工時(shí)。銑削后滾道表面粗糙度Ra6.3μm。滾道70mm內(nèi)中徑誤差達(dá)到0.08mm，但可以接受。經(jīng)連續(xù)加工10件后發(fā)現(xiàn)刀片頂刃后角開始磨損，工件螺旋滾道出現(xiàn)振紋。連續(xù)加工40件后刀片頂刃后角嚴(yán)重磨損出現(xiàn)扎刀嘶叫聲，便停止試驗(yàn)。
三、方案的進(jìn)一步優(yōu)化
經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)有如下因素影響刀具的耐用度：①內(nèi)螺旋滾道中徑偏小，僅有φ30；②因?yàn)榱慵陨斫Y(jié)構(gòu)，刀具存在斷續(xù)切削；③切削深度太大，達(dá)3.5mm；④刀桿材料選型不合理，結(jié)構(gòu)剛度不夠； ⑤自制成型刀片的幾何精度存在較大誤差。針對(duì)眾多不利因素，我決定將刀片材料由YT15硬質(zhì)合金改為高速鋼HSS材料， 并將刀桿設(shè)計(jì)成整體式錐度結(jié)構(gòu)以提高刀體剛度，修改刀頭相關(guān)參數(shù)，提供刀具圖紙由專業(yè)刀具廠家外協(xié)生產(chǎn)，由刀具廠家保證切削刃形狀及精度。很快刀具廠家送來(lái)兩件合格刀具，刀具單件報(bào)價(jià)110元。
第二輪試用時(shí)， 借鑒刀具廠家建議修改切削參數(shù),取切削速度υ=37m/min，刀具轉(zhuǎn)速ν刀 = 400n/min，工件轉(zhuǎn)速ν工 = 20n/min.采用3-5%乳化液進(jìn)行冷卻。連續(xù)加工30件后，刀具開始出現(xiàn)磨損.再一次停止試驗(yàn)。刃磨刀具后針對(duì)情況再調(diào)整切削參數(shù)：切削速度為υ=25m/min，刀具轉(zhuǎn)速ν刀 = 250n/min，工件轉(zhuǎn)速ν工 = 24n/min。 考慮到一次吃刀深度太大，決定分兩次進(jìn)給，第一刀吃刀深度為2.5mm，第二刀為1-1.5mm。再一次試加工, 滾道表面粗糙度可達(dá)到Ra3.2-Ra6.3μm，滾道前后中徑誤差在0.05mm范圍內(nèi).單件生產(chǎn)工時(shí)約4分鐘，與拉削工藝單件耗時(shí)持平.連續(xù)加工80件后才出現(xiàn)頂刃后角磨損.試驗(yàn)證明，改進(jìn)效果非常明顯,采取辦法非常對(duì)路。
將實(shí)際試用情況與刀具生產(chǎn)廠家進(jìn)行溝通， 決定再一次對(duì)刀具相關(guān)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)：將頂刃后角由原來(lái)6°加大到8°，將前角調(diào)小到4°。再次試用后效果非常明顯，連續(xù)加工100-150件刀具才需刃磨修整。班產(chǎn)量略高于拉削加工，可以定型生產(chǎn)。經(jīng)批量制造刀具，刀具單件成本降到了80元。
四、效果比較
此銑削工藝的使用，經(jīng)過(guò)9個(gè)月的正常生產(chǎn)驗(yàn)證，生產(chǎn)一線反映較好，得到了車間領(lǐng)導(dǎo)和工人的好評(píng)。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，針對(duì)此工序的工藝創(chuàng)新，使車間在產(chǎn)量提升、節(jié)能降耗方面得到很多實(shí)惠，主要有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、自制銑刀銑滾道較拉刀拉削節(jié)約了刀具成本，核算到單件零件上可使成本降低18%；
2、 完全可以統(tǒng)一零件滾道中徑尺寸，避免了以前因拉刀磨損存在各種不同尺寸的混亂局面；
3、 同一種銑刀可以適用各種不同螺距、不同中徑的零件加工，舍棄了不同產(chǎn)品需多種拉刀加工的局面；
4、由于銑削滾道質(zhì)量和尺寸的保證，取消了滾道粗磨工序，大大縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)約了設(shè)備人員等資源。更直接地提升了產(chǎn)能。
五、前景展望
考慮到整體式刀具使用后刀柄部分隨之丟棄浪費(fèi)了一定的成本,經(jīng)于刀具廠家進(jìn)一步溝通，準(zhǔn)備下一步將整體式HSS銑刀改為如圖7所示的刀盤結(jié)構(gòu)，使用定位鍵定位， M6螺釘夾緊,制作成分體式結(jié)構(gòu)。刀具磨損后僅修磨小刀盤，刀桿完整無(wú)缺。這樣可以更進(jìn)一步節(jié)約刀具成本和減少換刀時(shí)間。 考慮到分體式刀具的整體剛度，采用不同內(nèi)孔(滾道中徑不同)制作對(duì)應(yīng)桿徑系列的刀桿來(lái)解決。
銑削工藝在滾道類產(chǎn)品上成功使用后，我準(zhǔn)備下一步將此工藝推廣到公司其他類產(chǎn)品加工上,如:接頭內(nèi)螺紋的加工，迷宮型密封槽的加工等。為飛寧公司“工藝創(chuàng)新，提升產(chǎn)品質(zhì)量”作出更大的貢獻(xiàn)！
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