矿机零件大型异型螺纹加工刀具应用

柏长友 延杨伟

（宁夏共享精密加工有限公司，银川 750021）

1 机械基本组成

采用车铣复合加工中心，在φ2870mm×1050mm外圆柱面上完成大螺距非标直角梯形螺纹加工，具体结构组成如如图1所示。螺纹牙形高42.5mm，螺纹螺距P为75±0.025mm，斜边倾斜度≤45°±0°3′，传动表面平面度0.013，表面光洁度Ra为3.2。此螺纹尺寸要求高，加工难度大，刀具选择尤为重要。

图1 立柱结构

2 切削加工过程中的难点：

首先工况较差，存在夹砂及缩孔缺陷，如图2所示。经焊接后硬度达到350～400HB，在加工过程中刀具易崩刃。在精加工过程表面粗糙度差需反复加工去除高点，再抛光加工表面，加工效率低。螺纹对比牙形尺寸较大，标准刀具切削刃窄、切宽小，增加了走刀次数，致使加工周期较长。

图2 夹砂与缩孔

3 切削难度解决对策

对加工过程中发现的缺陷，在加工过程中要及时按排钳工直接挖除缺陷、去除硬点，减少刀具反复撞击造成的磨损。同时，增加刀杆刚性、刀片耐磨度，保证牙形尺寸精度及表面光洁度，提高了加工效率。另外，还要适当增加切削刀具刃宽，根据现场实际加工情况调整切削参数。

4 具体实验过程

4.1 使用标准切槽刀进行螺纹车削

粗加工模式，铁屑成螺旋状，切削轻快，效果较理想；精加工模式，由于缺陷处理后焊接点硬度高，刀具崩刃严重，刀头刚性差，局部硬点存在让刀现象，粗糙度和平面度无法满足顾客要求。

4.2 选用顾客提供专用刀具进行加工

刀具基本信息：刀杆尺寸50mm×50mm×160mm，刀片尺寸长36mm×13mm×13mm，刀尖圆角R为3mm。粗加工时，排屑较好，铁屑成螺旋状，由于刀具圆角大故切削力增大，当机床刀夹伸到螺纹底部时出现颤刀现象，刀刃出现微崩，刀片寿命缩短；精加工时，由于刀具刚性较好，硬点处让刀情况得到很好解决，平面度和粗糙度都有所提升，通过现场观察分析，此结构刀具由于整个切削刃参与切削，切削刃和工件接触面有颤刀纹，无法满足顾客要求。

4.3 选用仿形槽刀进行加工

刀具基本信息：刀杆尺寸32mm×32mm×160mm，刀杆主偏角为-7°，刀片宽8mm，刀尖圆角R为4mm。精加工时，粗糙度有所提升，达到3.2～4.0，但刀杆刚性不足，导致硬点处让刀，平面度下降0.08～0.12mm，仍无法满足顾客要求。

4.4 专用刀具设计开发

基本参数：刀杆直径50mm×50mm×300 mm，刀片尺寸42mm×9.5mm×18mm，刀尖圆角R为3mm。精加工，粗糙度Ra为3.0～3.2，平面度0.02～0.03mm，满足顾客要求。该刀具特点为刀杆和刀片尺寸增大，提高刀具刚性；刀片材料选用超细颗粒硬质合金，PVD TiAIN涂层，刀具耐磨性和耐冲击韧性明显提升；良好的刚性夹持设计防止了高进给中刀片松动。上述多项优点保证了加工表面光洁度较高，加工效率明显提升，刀具寿命有所延长。坚固的悬臂夹具产生三个方向的锁紧力，能抵消侧面推力和切向力。

5 各刀具切削参数对比总结

各种方案效果如图1所示，各项参数对比情况如表1所示。

表1 不同方案参数对比表

通过表1可知，方案1所示标准刀具具有效率高，耐用度好，成本低的特点。但采用精加工时，无法满足交货质量要求；方案2作为粗加工时，效率较低，作为精加工时，同样无法满足顾客要求；方案3、方案4只能作为精加工，但案3在精加工时仍然无法满足顾客要求。

图1 不同方案实施效果

最终选择使用方案1所示标准刀具作为粗加工刀具，选择方案4所示新开发专用刀具作为精加工刀具。既提高了大型异型螺纹件加工效率，也提高了大型异型螺纹件加工质量。

5 结语

目前在大型矿机类产品中，研发出的专用刀具使用效果较好，但铸件工况差时仍然会导致刀具出现耐用度差等问题，需要相关设计人员不断调整刀片材质。随着工业化发展，铸件外径逐渐增大，工件材质变化，对刀片材质、涂层、耐用度提出新的要求，这也要求相关研究人员不断创新。