反锪孔加工刀具研究

岳岁宁，柏长友

(1.共享智能装备有限公司，宁夏 银川 750000;2.宁夏共享精密加工有限公司，宁夏 银川 750021)

0 引言

机械零件中螺栓连接非常普遍，螺栓连接结构往往会在零件上设计一个平端面与螺母的端面相互配合，如果一个螺栓需要从腔体内侧向外侧安装，则内侧需要设计一个平端面，这种结构在机械加工中称之为反锪面和反锪孔。

钻头、铰刀等常规的孔加工刀具，仅有两项设计参数影响刀具选型，即刀具直径和刀具有效长度。因此钻头、丝锥、铰刀等刀具有标准型号，刀具供应商一般会按照标准进行生产，客户按照标准样册进行选择和采购。对于反锪孔加工刀具，除要考虑反锪直径和有效刀长外，还需要考虑过孔直径，另外反锪孔数量较少、种类较多，因此刀具供应商一般不做标准刀具，往往都是根据客户图纸设计非标刀具。

本文给出了四种不同的反锪孔加工刀具方案，并对比了几种方案的加工性能。

1 反锪孔加工刀具

反锪孔结构如图1所示，由于反锪面被零件其他结构遮住，刀具无法从正面下刀加工，只能从过孔(D1)穿过，反向加工反锪孔(D2)和反锪面。

图1 反锪孔结构

目前在数控机床上常常采用以下四种非标反锪刀具进行反锪加工。

1.1 整体式偏心反锪刀

整体式偏心反锪刀刀头和刀杆为一个整体，刀具结构及加工示意图如图2所示，刀杆截面呈椭圆形，刀杆和刀头相对刀柄部分偏心。反锪工艺如下：

图2 整体式偏心反锪刀结构及加工示意图

(1)换刀后执行CNC数控程序，刀具主轴定位，确保刀具偏心方向与程序避让方向一致，令刀具沿着偏心反方向偏移，进刀时刀头(刀杆)中心与过孔中心对齐，刀具穿过过孔到达反锪孔背面最高点，刀具沿着偏心方向偏移，刀柄和过孔中心对齐。

(2)刀具按照设定的切削参数向上进给，完成背面锪孔工作。

(3)按照与步骤(1)相反的路线退刀，单个孔的加工循环完成。

整体式偏心反锪刀为整体结构，加工过程中不需要人工操作，适宜在自动化程度较高的加工中心上使用。但是这种刀具的缺点也非常明显:刀具结构偏心，刀杆刚性差，且只有一个刀片参与切削，造成刀具旋转时切削系统不稳定，容易引起颤振，加工精度和反锪孔表面质量差；另外刀具偏心距受反锪孔直径和过孔直径影响较大，刀具通用性差，一种刀具只能加工对应规格的一组反锪孔。一般情况下，这种结构的反锪刀可以用来加工D1和D2相差20 mm以内的反锪孔，且待加工零件材料硬度偏小，一般不高于球墨铸铁材料硬度。

1.2 可收缩刀头式反锪刀

可收缩刀头式反锪刀结构如图3所示，刀头通过一个销钉与刀体连接，刀体中间设计有刀头回缩槽，回缩槽有轴向和径向两种形式，通过机床主轴的正反向转动，利用刀头的惯性控制刀头的展开与回缩。反锪工艺如下：

图3 可收缩刀头式反锪刀

(1)换刀后执行CNC数控程序，机床主轴反转，刀头回缩至刀杆的回缩槽，刀具穿过过孔到达反锪孔背面最高点，机床主轴开始正转，刀头展开。

(2)刀具按照设定的切削参数向上进给，完成背面锪孔工作。

(3)机床主轴反转，刀头回缩至刀杆的回缩槽，刀具返回安全高度，单个孔的加工循环完成。

可收缩刀头式反锪刀设计理念比较新颖，但是切削部分刚性差，一般只应用于非金属加工领域。

1.3 快换刀头式反锪刀

快换刀头式反锪刀结构如图4所示，刀杆与刀头分体独立，刀杆头部有一段突出的销钉，对称铣出两扁平面，与刀头横槽相配，刀杆两扁平面对称并顺时针磨出卡口平面，用于刀头装配，刀杆正转时，刀头随之卡紧，不会在切削过程中脱落。反锪工艺如下：

图4 快换刀头式反锪刀

(1)换刀后手动逆时针旋转刀头至刀头横槽与刀杆扁平面平行，拆卸刀头；执行CNC数控程序，刀具穿过过孔到达反锪孔背面最高点，程序暂停，主轴停止，装配刀头。

(2)刀具按照设定的切削参数向上进给，完成背面锪孔工作。

(3)主轴停止，拆卸刀头，刀具返回安全高度，单个孔的加工循环完成。

快换刀头式反锪刀刀具结构对称，且刀头刚性好，切削刃根据情况可以设计为2刃、3刃或者4刃，切削系统稳定，加工效率高。另外，这种设计反锪孔直径不受底孔直径影响，同一个刀体可以配多个刀头，可加工范围大，通用性强。但是这种刀具刀体和刀头分体独立，在加工过程中需要人工操作，操作繁杂，工人劳动强度大，自动化水平低，重复劳动容易出错。

1.4 可拆刀头式反锪刀

可拆刀头式反锪刀结构如图5所示，刀杆与刀头分体独立，刀杆头部设计止转方形键，与刀头内方形键槽配合，防止刀头相对刀体转动，刀头与刀体通过紧固螺钉连接。可拆刀头式反锪刀加工工艺与1.3节提到的快换刀头式反锪刀工艺相同，均需要在加工过程中先拆卸刀头穿过过孔，然后再装配刀头开始加工，加工完成之后拆卸刀头退刀。

图5 可拆刀头式反锪刀

可拆刀头式反锪刀是快换刀头式反锪刀的改进和补充，可拆刀头式反锪刀增加了浮动铜套，用以辅助定位，而且刀头与刀体的连接强度更高，除刀头安装比快换刀头式反锪刀繁琐之外，其余加工性能均优于快换刀头式反锪刀，是重载切削条件的最佳选择。另外，快换刀头式反锪刀刀头一般为整体式焊接刀刃，而可拆刀头式反锪刀刀头多为可转位刀片，甚至会安装重切削车刀刀片。

2 结语

本文展示了目前机加工领域四种常用的反锪孔刀设计方案和对应的反锪孔加工工艺，并对比了四种设计方案的优劣。以上四种刀具方案都在我司实际生产中得到应用和验证，可为同行业生产制造提供了参考依据。