高精度反锪加工刀具设计及应用

■哈尔滨哈量集团数控刀具有限责任公司（黑龙江 150040）张荣耀 武春红 彭中伟

随着制造技术的快速发展、数控机床的迅速普及和用户要求的不断提高，对机械产品的加工工艺性和加工要求也提出了更高的要求。按照常规的加工工艺，反锪孔加工出的工件表面粗糙度是不成问题的，但对于保证尺寸加工精度和位置精度就很困难。影响尺寸加工精度和位置精度的因素如下：

（1）工具系统的刚性：包括刀柄、刀片、刀杆及中间连接部分的刚性。如果是悬臂加工深孔且工件硬度高时，工具系统的刚性尤为重要。

（2）刀具系统的动平衡：相对于刀具系统的转动轴心，刀具自身动平衡不好，尤其是刀杆，在转动时因动不平衡产生的离心力的作用尤其显著，从而加剧工具系统的振动。特别是在数控机床高速加工时，对刀具的动平衡性所产生的影响更大。

（3）切削条件：刀片的形状（刀片的前角、刀尖半径、断屑槽形状等）、切削速度、进给量不同，形成了不同的切削条件。

（4）冷却方式：因切削液的供给方式及种类的不同而不同，冷却方式有内冷却和外冷却。冷却充分可以降低切削温度，减少刀具磨损，还可以有效地减少刀具与切削粘结等。

如图1所示，机械零件中用常规反锪刀加工90 mm和105 mm孔很难保证尺寸、加工精度和位置精度。本文针对此结构的工件，设计了粗、精反锪刀，可以保证尺寸、加工精度、位置精度及表面粗糙度的要求。

1.反锪刀具工具系统的设计原理

反锪加工中，刀具的结构设计非常重要。要加工图示结构的工件，如图1所示，可以看出尺寸加工精度和位置精度要求都很高，且被加工工件孔部位为封闭式结构，用以往的反锪孔加工方法很难满足图样要求。这就要求我们必须从刀具的结构上进行改进，如采用刀杆穿过加工孔后安装刀具且多刃切削的结构，锪刀的制造精度就可确保孔尺寸精度、位置精度及切削质量。若想实现加工出的孔表面粗糙度值低，那么刀具系统整体刚性必须好，冷却方式最好采用内冷却，利用机床切削液的内压力有效控制切屑顺畅排出，降低被加工孔表面粗糙度值。

以下将对此反锪整体刀具系统设计原理和使用方法加以详细介绍。

反锪整体刀具系统的设计原理：要求被加工工件在同一个工部内，由机床和刀具来完成钻、扩、镗和反锪等工序加工，这样刀具的回转中心不会变，符合基准同一原则，因此加工误差必然小，可以保证被加工零件的位置精度。零件的尺寸精度靠反锪刀来达到。根据反锪工序分为粗、精两道工序，反锪刀相应制造成粗、精两把反锪刀，粗反锪刀用来去除加工余量，精反锪刀用来保证尺寸加工精度。粗，精反锪刀三维结构，如图2和图3所示。

图1 加工零件示图

2.反锪刀具工具系统的具体操作方法

反锪粗刀采用三刃，工作外圆尺寸回转精度公差为±0.15 mm；反锪精刀采用两刃，工作外圆尺寸回转精度公差为±0.05 mm。两者均应采用两个内冷却孔，在反锪刀工作状态下起到冷却刀具及工件的作用。以保证零件的尺寸加工精度和位置精度。

反锪整体刀具系统组成如图4所示。7∶24锥度刀杆、浮动铜套、挡圈、传动键、反锪刀、紧固螺钉及开口垫圈（见图5）构成反锪整体刀具系统。在反锪整体刀具系统工作前，先将反锪刀及开口垫圈卸下，按照事先编制的加工程序，在保证刀具各个部位不接触通孔的条件下，让反锪整体刀具系统穿过被加工孔，然后利用工件的半敞开结构，装反锪粗刀，注意反锪粗刀传动键槽及两个内冷却孔必须和反锪整体刀具系统传动键及两个内冷却孔对正联接，安装开口垫圈拧紧紧固螺钉，达到紧固反锪刀的目的。此时可以进行反锪整体刀具系统反锪粗加工工序，粗加工工序结束，反锪整体刀具系统往前进刀，把反锪刀移动到工件的半敞开结构中，松开紧固螺钉移走开口垫圈，卸下反锪粗刀，更换反锪精刀进行反锪整体刀具系统反锪精加工工序，刀具更换在工件内部便可进行，实现了快换刀具的同时提高了工作效率。此时反锪整体刀具系统完成单个循环中的工作状态。

3.结语

图2 反锪粗刀

图3 反锪精刀

图4 刀具整体结构图

在现场生产过程中，合理选择和使用反锪刀，基本上可以解决常规加工中无法完成的反锪孔加工。随着数控机床的广泛使用，以前难以实现或无法实现的反锪切削问题，已得到解决。反锪整体刀具系统保证了加工质量，提高了工作效率，具有很高的使用、推广价值。本文所设计的反锪刀在实际应用过程中，均能满足产品工艺的要求，并且已经在上海某电机集团有限责任公司得到具体应用。

图5 开口垫圈

[1]袁哲俊，刘华明.金属切削刀具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]牟宗平.反锪刀的设计改进[J].金属加工（冷加工），2010.（23）.