硬质合金组合铣刀的设计

哈尔滨第一工具制造有限公司（黑龙江 150078）赵秀芳

随着我国现代工业步伐的加快，伴随着工业中的造船、水电、机床、汽车及军工企业的不断更新发展，许多新产品、新设备不断的研制，促进了刀具生产的快速发展。以汽车工业为例，我公司为天津汽车公司设计了多种配套刀具，具备了向用户提供整套加工方案的能力，用于加工发动机缸体、缸盖及变速箱等专用刀具，以硬质合金组合铣刀的设计为例。

1.设计原理

这种刀具是在专用设备上加工球形齿轮的安装部位，由于齿轮的安装部分要求严格，使用时利用花键轴滑动进行两侧球面切削，主体部分为右旋，而分体部分切削刃为左旋，这样在同一个方向上才能实现两侧切削，齿轮要用铣刀铣出的面与轴的球形面配合严密，才能在汽车变速中快速变换齿轮位置，如果齿轮球面与所配合的轴体球面配合的不紧密，不但影响汽车的变换速度，而且会产生噪声，影响汽车的整体质量，所以刀具的各尺寸要求较为严格。

2.结构分析

该组合铣刀的整体要求如图1所示，是由主体和分体两部分组成，需要分别磨削。由于被加工工件已经经过热处理，所以工件较硬，需要用硬质合金刀具加工，专用设备上安装两件齿轮刀具，需要在一根花键为轴上两面切花，所以该刀具设计为双面球形，主体部分内孔为花键4-10H7/f 7×12H10/d11×3H11/d10，球面外径为36h9，而球体部分为球Sφ71.9H9，球形刀的刀头部分两端均为（15±0.02）mm，从整体要求上看，各方面的几何尺寸要求较精密，为此需设计出合理的夹具方能加工出合格的产品。

图1

3.工艺分析

（1）主体工艺流程：车各部→铣刀片槽→铣排屑槽→钻铰M4螺孔及φ3mm销孔→去毛刺→热处理、喷砂→焊刀片→磨内孔→粗磨各部→精磨各部分体工艺流程：车各部→磨两平面→铣刀片槽→铣排屑槽→钻铰M4螺孔及φ3mm销孔→去毛刺→热处理、喷砂→焊刀片→磨内孔→粗磨各部→精磨各部。

（2）从车、铣、拉制内孔、高频焊接等各工序严格把关，同时设计了所需夹具，顺利完成了半成品的加工，进入了产品磨削各序的生产，为了达到本产品的技术指标，设计出了磨刀具夹具如图2所示。

图2

图3

以底座中的两个轴承相配合，并联接旋转架及安装架，安装架用于安装被加工件，同时在安装被加工件时用对刀板控制。

（3）主体以内定心花键定心，在外圆磨床上以内孔定位加工出内孔，须用心杆如图3所示。

为控制产品的一致性加工需要，还要在安装时保持产品间的一致性，以心杆为主导设计出定位板，以保证加工方便和产品的长度一致。

4.安装与加工

主体安装在心杆上，用对刀板对好后，用固定螺栓固定即可进行磨削，分体部分需要M4螺栓将产品安装在心杆上。在安装完工件后，采用金刚石树脂砂轮磨削，为防止磨削过程中砂轮产生脱粒面造成R尺寸不符合工艺要求，首先要进行粗磨，先利用对板（比设计尺寸小0.02mm）进行粗磨，使工件的R比工艺要求尺寸大0.02mm，然后再进行精磨，避免了由于未经粗磨磨制量过大，砂轮脱粒快，尺寸不稳定等因素。粗加工能很快地除掉余量，精加工能提高精度和表面粗糙度。在加工过程中刀具消耗减少，减少加工时间同时节省成本。在加工过程中，由于机床精度不够，需要将百分表支在横向进给上，表尖则对在纵向进给上，缓慢地横向进给（上刀）在摆动R夹具时要均匀，不能断续摆动，摆动速度不能过快，在加工过程中，要经常用R样板测量，同时用对刀板随时调整工件的位置，使其达到R35.99mm的尺寸，测量中要求样板必须放在两个前刃面的边缘上，这样才能保证测量的准确性。在加工中砂轮在接触到产品端面后即转动旋转架，通过机床上刀，即能加工成Sφ71.99mm的球面，通过上述的加工后，刀具的球面达到了工艺要求。

在磨完球面后，还有R的后角，此刀具的切削刃后角为10°，采用磨R夹具，按磨球面时的安装方法，需将R夹具用10°垫铁垫起，采用仰角磨削的方法，进行单齿后角的磨削（每个刀体为四个齿），同时需要用定位板定位进行横向进给，同时摆动夹具磨掉R面的后角部分，留出小于0.01mm的白刃，并且必须保证白刃的尺寸均匀，不能留的过宽和磨掉白刃，才能真正地保证球Sφ71.99mm 的几何尺寸，达到用户所需的技术要求。但是由于铣削过程中颤振的存在，直接影响工件的加工质量、机床的生产效率、工具和机床的寿命，甚至直接威胁操作者的生命安全，因此很有必要对控制进给量，以避免铣削过程中失稳。

根据工具工艺要求及加工的需要，测量半径R35.99mm，用磨削R夹具磨削球面需设计球面样板，用于加工时对尺寸的测量，以此样板控制球面几何尺寸能否达到工艺要求。

5.组装

装配时采用销子和螺纹方式使它们联接在一起。同时为调节尺寸之间加调整垫，以两个M4螺栓紧固，用两个销子定位，以保证刀具使用过程中的安全性及被加工件的尺寸精度。经过以上的精细加工，在满足客户需求的同时，为公司创造出较高的经济效益。

6.结语

该硬质合金组合铣刀的设计，为用户提供极为满意的产品，它能保证产品的加工质量、提高劳动效率、降低成本。我们要不断创新，生产出更多的精密复杂刀具，用更多的硬质合金刀具替代高速工具钢产品，不断地为用户的需要研制出更多的新型刀具。