《刀具设计思路》doc版.doc

天津钢管公司是我国石油套管及接箍无缝钢管的主要生产企业。公司八十年代末从美国PMC公司引进两台用于切断加工无缝钢管的数控专用机床(简称171/172切断机床)。该机床采用主轴带动刀盘旋转(即刀具旋转)、工件静止不动的加工方式，可避免采用工件旋转加工方式的普通切断机床加工时因管子不圆、壁厚不均等因素造成的振动，从而可减少因振动引起的打刀及对机床主轴的损坏。此外，由于加工时管子处于静止状态，减少了装夹、调整、对刀等工序，从而大大提高了生产效率，保证了加工连续性，降低了生产成本。 171/172切断机床的刀盘上均布安装了4把切断刀(见图1)。机床工作时，主轴带动刀盘旋转，在输入计算机的加工指令控制下，4把切断刀同步进刀及退刀，一次完成切断加工。由于4把切断刀同时参与切削，即每把刀只承担总切削量的1/4，因此刀具加工余量小、切削负载轻、使用寿命长。 图1 切断刀具安装示意图171/172切断机床用刀具对相关的刀片、刀体及其附件的精度和互换性要求较高。由于采用定尺寸硬质合金刀片，加工时可实现刀片的快速更换；刀具的结构设计也考虑了在一定范围内的尺寸可调性，因此一种规格的刀杆可适用于多种规格管子(4”10”)的加工，实现了一刀多用。由于该切断刀具专用性较强，尺寸精度要求严格(平行度、垂直度、平面度误差均在0.0050.010mm 范围内)，对硬度、耐磨性等性能指标的要求也很高，因此该机床投产以来，刀具一直依赖进口，不仅价格昂贵，耗费大量外汇，而且供货周期长，难以满足现场生产需要。为此，从1994 年开始我们对切断机床用刀具进行了国产化研制，并取得了成功。 2 切断刀具结构及工作条件 2.1 刀具结构及尺寸调整 切断刀具的结构如图2所示。由于171/172切断机床的加工尺寸范围较大(4”10”)，而所用刀具仅有3 种规格，因此刀具中设计了尺寸调整机构，尺寸的调整通过调整螺钉TA-2938 来实现。调整步骤如下：将刀片置于下刀夹TB-4121 上，通过紧固螺钉3 压紧上压板TA-2872，使刀片在下刀夹上夹紧。图2 切断刀具结构图然后在刀具预调室内将刀具置于图3 所示的刀具调整规TE-2665 内并固定好，通过转动手柄TB-2468，可将调整螺钉TA-2938 调整到所需尺寸，然后紧固螺钉4(见图2)，压紧半螺母压板TA-3058-A，使调整螺钉TA-2938 固定，即完成了加工尺寸的调定。将调定尺寸的4 把切断刀安装在切断机床的刀盘上，即可进行切断加工。 图3 刀具调整规图4 刀具设计图2.2 刀具工作条件 工作温度：常温；切削速度：200600ft./min(61183m/min)；主轴转速(可调)：100(400)r/min；冷却液：乳化油；加工时，刀具在刀盘槽内作径向运动。 3 刀具材料选择 从进口刀片的使用情况分析，刀片材料为YT系列硬质合金。由刀体的设计结构(刀体厚度为22.6mm，长度为247.25mm，上有6个挖空的槽)可知，如刀具材料选择不当，热处理时极易变形，很难达到0.01mm 的平面度设计要求。根据哈尔滨第一工具厂加工类似产品的经验，经过工艺试验，最终选定刀具材料为42GrMo。 4 刀具设计及制造工艺 4.1 刀具设计 进行刀具设计时，首先对刀具样品进行测绘，并对现场安装、使用情况进行调查分析，最后确定设计方案。171/172切断机床用切断刀具由刀片、上下压板、可调整螺栓、半螺母压板、螺钉及刀具主体组成。刀具设计图(以4”10”切断刀具)如图4所示。 4.2 制造工艺 由于切断刀具精度高、外形复杂，凹槽较多，易产生加工变形。因此，在制订加工工艺时，采取以铣削、磨削为主，每道工序检查的方法来确保刀具加工精度。切断刀具的加工工艺流程为：锻铣、磨外形粗铣多槽调质处理钻孔、攻丝半精铣多槽精铣各槽到尺寸半精磨外形表面渗氮处理液体喷砂精磨到尺寸成品检验包装入库。 5 刀具热处理工艺 根据刀具结构的特殊性及使用要求，对刀具进行热处理时需先进行调质处理，调质硬度2832HRC。待半精加工完成后，再进行表面渗氮处理，渗氮层厚度0.40.6mm，硬度600750HV。热处理后应保证刀具不变形，达到设计精度要求。 6 结语 5年多的装机使用证明，171/172数控切断机床用国产化切断刀具的尺寸精度、表面硬度、耐磨性、耐用度等性能指标均已达到国外同类产