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N-3M立式炮塔铣床盘铣刀的改进

2019-08-17李勇华

中国新技术新产品 2019年12期
关键词:改进

李勇华

摘  要:该文介绍N-3M立式炮塔铣床在加工平面时,使用盘铣刀加工平面零件时机床、刀具产生较大振动,工件表面粗糙度差,吃刀量较浅的问题,经过改进后得出的直柄小型盘铣刀适合N-3M立式炮塔铣机床的使用,可以解决加工平面零件时出现的刀具与主轴的振动和背吃刀量的问题,提高了零件表面粗糙度,满足加工平面零件的需求,提高生产效率和加工质量。

关键词:炮塔铣床;盘铣刀;改进

中图分类号:TG54                文献标志码:A

立式炮塔铣床是炮塔铣床的一种,立式炮塔铣床也可叫做万能铣床、摇臂铣床,是属于铣床大类。立式炮塔铣床与其他铣床主要区分于主轴与工作台的夹角,立式炮塔铣床主轴与工作台的夹角形成90°夹角,所此称为立式炮塔铣床。立式炮塔铣床广泛应用于加工平面、角度、斜面、键槽、沟槽、铰孔、镗孔,其铣头可以左右转动90°,前后转45°,滑枕可以平转360°,配置机动进给装置和数显系统。

平面加工方法主要有车削加工、铣削加工、刨削加工、拉削加工、磨削加工等。而零件平面铣削加工占很大的比例,一般平面铣削就2种,一种是盘铣刀,俗称飞刀,适合铣削宽平面,效率高,加工面光洁度也好。第2种是立铣刀,适合铣削小平面,象槽里的小平面,加工大平面效率低,表面也不如铣刀盘好。而炮塔铣床加工平面时所使用的盘铣刀(图1)会出现刀具振动比较大,背吃刀量不大,对加工平面来说很不利,经在加工中多次尝试把刀具进行优化改进可以减少刀具和机床的振动,增大背吃刀量,给零件加工提高了加工效率,提高零件质量。

1 N-3M炮塔铣床盘铣刀的现状,特点

盘铣刀在平面加工中适用范围非常广,根据不同材质使用不同的刀片,可以加工不同材质,象刚件、铸件、铝件、不锈钢和铜件等。盘铣刀有2种,一是安装硬质合金刀片,采用锲块压紧在刀盘上,更换,拆装刀片非常方便,多刀粒,刀粒的数量随着刀盘的大小变化而变化,最少的只安装一粒也片也可以正常进行铣削零件。另一种是整体式的盘铣刀,整体式是将刀粒焊接在刀体上,为一个整体。刀粒焊接在刀盘上,不可以拆卸,整体式盘铣刀缺点就是刀片更换复杂,象刀片发生崩裂后,无法正常使用,需要重新焊接,操作起来很复杂,浪费时间,所以应用得不广泛。

盘铣刀的特点是容屑空间比较大,排屑很好;有大的前角、切削负荷力小;装夹的刀粒数量较多;可以用于粗、精加工中;市面上有着各种各样的盘铣刀。以安装刀柄形式,有直柄可转位盘铣刀;有莫氏锥柄;有R8柄等,而N-3M炮塔铣床主轴特殊,只能安装R8柄或R8刀套配合直柄的刀具。

2 N-3M炮塔铣床盘铣刀加工分析

N-3M炮塔铣床主轴比较特殊,主轴锥度是R8,与其他立式铣床有一定的区别,此时N-3M炮塔铣床只能安装R8柄的盘型铣刀或者通过R8刀套结合直柄盘铣刀一起安装在主轴上。利用炮塔铣床加工平面时,使用盘铣刀铣削加工精度一般可达IT9—IT8,表面粗糙度为6.3 μm~1.6 μm,盘铣刀可以安装多个刀粒,有着较好的散热性,有利于刀粒的磨损,而刀粒的磨损主要有以下几种情况。

一是扩散磨损,扩散磨损是一种加剧磨损,它常常和黏接磨损同时产生,其磨损速度主要与切削温度、刀具材料的化学成分有关。切削温度越高,扩散越快。

二是黏接磨损,通常情况下,破裂面发生在软的工件,因为铣刀盘表面结构缺陷等原因,破裂也可能发生在铣刀盘体内,让铣刀盘材料的颗粒被工件表面带走,从而造成了铣刀盘的磨损。在加工温度低与高的情况下都有可能发生黏接磨损,黏接磨损主要取决于刀具材料和工件材料分子的亲和度,在加工中很难完全避免黏接磨损,一般通过改善刀具表面的粗糙度,选择与加工件亲和力低的刀具材料,控制切削條件等措施。

三是磨粒磨损,磨粒磨损是一种机械擦伤所造成的磨损,用各种铣刀盘材料在不同的切削速度下,都可能发生磨粒磨损。

如图1所示的盘铣刀,刀具直径为46 mm,采用3颗三角形刀粒硬质合金加工碳素结构铁钢,安装TY15硬质合金,采用蘑菇螺钉紧固刀粒,此盘铣刀铣削的平面较宽,可以高效高速切削工件。每一颗刀粒都参与切削加工,刀粒切削工件是断续的,刀粒在切入切出过程中产生冲击,参与切削的刀粒所切削的工件厚度在不断地变化中,引起切削面积和切削力的变化,因此在加工平面铣削时产生不平稳,容易产生刀具振动,其次,刀盘、拉杆在刀具旋转时,刀盘、拉杆有晃动,在平面上直接留下明显的刀痕,直接影响了工件的表面粗糙度。

在铣削平面加工时产生的质量问题主要与以下几个方面有关联,铣削的方式、刀具、切削参数的选用、冷却的方式有着密切的关系。

(1)铣削方式中有顺铣和逆铣之分

顺铣时刀刃切削厚度由大到零,刀粒磨损比较小,刀具的使用寿命高,已加工表面质量好,加工时产生垂直向下的铣削分力,有助于工件的定位夹紧,不存在滑行现象,但是在加工零件时由于力的分解切削时振动较大,表面光洁度好,适合精加工。逆铣时铣刀不能马上切入零件,在已加工表面上滑行一段距离后,才切削零件,刀具的使用寿命低,已加工表面质量差,产生垂直向下的分力,有挑起工件破坏定位的趋势,当工作台进给丝杆螺母机构有间隙时,工作台也不会窜动;因此刀粒磨损速度比较快,加工零件中消除工作台丝杠与螺母的间隙,振动较小,加工比较平稳,加工出现的表面粗糙度较差,适用于粗加工中。

(2)刀具,盘铣刀主要是通过安装硬质合金刀粒进行切削加工

实际生产中加工不同零件材质选择不同的硬质合金刀粒。硬质合金刀具根据其切削不同的材料分为3种牌号YT类、YW 类、YG类三大类,其中YT类合金主要适用于加工钢件、铸钢件、铝件,不抗冲击。YW类硬质合金类主要适用于加工耐热钢,高锰钢、不锈钢等难加工材料。YG类硬质合金主要用于铸铁件,铸钢件的粗车、耐冲击、耐高温。盘铣刀具根据加工不同零件材质合理选用不同的牌号的合金,达到理想的加工效果,发挥刀具的良好加工状态。

(3)切削参数的选择

首先要确定主轴的转速,而主轴的转速一般根据工件或刀具的直径来确定;其次确定背吃刀量,而背吃刀量则根据机床、工件、刀具的刚度来决定,在刚度条件允许的状况下,尽量加大背吃刀量,从而提高生产的效率;最后是切削速度,切削速度主要取决于刀具的耐用度,提高切削速度,刀具的耐用程度会急剧下降。

(4)冷却方式的选择

采用冷却方式用大直径面铣刀铣削时,冷却液难以喷射到整个铣刀,特别是断续加工。刀片在频繁地切入、切出,实际上冷却液每分每秒喷射到刀尖,而是刀尖切入时被加热,切出时被冷却,这种很快地加热、冷却,极易引起热裂纹。而不采用任何切削液冷却,它的优点是直接观察切屑实际的形状和颜色,由于工件的化学成分不同,铁屑的颜色也不一样,操作都可以通过观察铁屑的形状和颜色改变调整切削参数。不用切削液加工的目标是调整切削速度与进给量,以便观察飞溅的切屑,适当地调整主轴速度和进给量。

3 N-3M炮塔铣床盘铣刀改进

根据N-3M立式炮塔铣床具有的特性,选用直柄的盘铣刀,图1是改进前盘铣刀,图2是改进后的盘铣刀,此盘铣刀主要由刀体、压块、内六角螺钉和合金刀粒构成。从两把盘铣刀的结构上对比,刀具的刀柄部位没有变化,直径为φ20 mm,改進后的刀体部经过调质处理。主要变化在于刀具装夹刀粒部位发生了变化,刀粒安装位置设置成99°的倾角,采用内六角螺栓加上压块压住刀粒,刀粒与压块的接触面积增大,受力点分散在压块上,内六角螺钉坚固压块,拆卸方便。其次,安装的刀粒形状不一样,原来使用是三角型刀粒,改进后使用长方形刀粒,改进后刀具安装在炮塔铣床上比图1的刀具充分发挥更好的性能,表现在更换刀粒更为容易,刀具在使用过程中振动小了,背吃量有所增加,提高了工件表面粗糙度,满足了生产现场小件加工需求,使用起来比较实用,方便。改进后效果图如图2所示。

图2盘铣刀的优点有以下几点:①加工平面时主轴与刀具的振动频率降低了,刀具能平稳地工作;②背吃刀量明显增加;③刀具的痕迹比原来的小,提高了平面的粗糙度;刀具改进后对加工平面提高了生产的效率。

4 结语

炮塔床铣削加工平面是必不可少的,使用盘铣刀加工平面时大大节约时间及得到理想加工效果,为此必须具有一把好用的刀具盘铣刀,图2为经过改进后的盘铣刀,经过多次反复的加工平面试验,刀具在加工平面时表现出稳定的性能,满足炮塔铣床加工平面的生产要求,避免了刀具在加工平面时出现的刀具振动,背吃量、表面粗糙度等问题。

参考文献

[1]蔡永军,崔丽.端面铣刀盘直径的确定[J].吉林化工学院学报,2012,29(9):69-71.

[2]丁进宇.利用立式铣床加工平面的探讨与研究[J].企业导报,2012(2):285.

[3]刘世飞,苏文斌.常用硬质合金刀片及参数的选择[J].机械工人,冷加工,2006(12):31-32.

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