內螺旋滾道銑削加工自制刀具的探討
信息來源： 責任編輯：gaoyuan4332068
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摘 要：介紹我公司內螺旋滾道加工自制刀具的設計、改進和使用過程。討論針對特殊零件的機加工涉及的自制刀具的應用和推廣。
湖北飛寧方向機有限責任公司系汽車轉向器專業生產廠家，主導產品為液壓助力循環球轉向器和機械式循環球轉向器,年產能在20萬臺以上。“飛寧”牌轉向器在行業內具有很大的知名度和市場占有率。
一、問題的提出
螺桿螺母副為轉向器總成中最為重要的部件之一，其中轉向齒條和螺桿軸兩種零件的關鍵結構就是螺旋滾道。螺旋滾道加工是機加工行業中公認比較困難的工序之一，而內螺旋滾道的加工就顯得更為困難.我公司涉及內螺旋滾道加工的產品數量非常多,主要表現為多種螺距、多種中徑。我公司通常工序安排為:滾道拉刀拉削----粗磨滾道保證形狀和中徑----精磨滾道.滾道加工占據了總工序生產周期的五成以上。并且，滾道拉刀的使用成本也較高，使用要求也非常嚴格，這些均成為產能提升的短板，不適應提高生產率、降低生產成本的發展戰略要求。
螺旋滾道由兩段偏心圓弧組成，滾道底孔最小的僅有φ29，有多種螺距(螺距t=11、10、9.525、…)，滾道加工時存在斷續切削。我公司原生產工藝采用專用螺旋拉刀拉削加工，單件消耗工時4分鐘。螺旋拉刀自身就是一種比較復雜且昂貴的專用刀具,使用時對冷卻環境、工裝調校精度、機床導軌精度、刀具自身刃磨等要求均非常高，并且
隨著刀具自身的使用磨損,零件尺寸也隨之變化。不得不通過粗磨工序來保證尺寸和修正滾道形狀.這些直接導致生產成本非常高，不利于提高生產效率。
二、初步方案
為了推動公司產能提升，我考慮采用其他高效率加工。首先想到用玉米齒螺旋銑刀加工內螺旋滾道.但經于相關刀具工程師探討，結合零件自身結構特點，針對玉米齒螺旋銑刀不適應多螺距、成本高等特點。最后決定自行開發刀具采用銑削螺紋的加工工藝方案。在各方經驗的整合下，結合產品螺旋滾道大螺距、復雜截面形狀的特點，借鑒外螺旋滾道的加工現狀，我用YT15硬質合金刀片制作成成型刀片，將四片刀體焊接到刀桿上再進行刃磨修正。試用時取切削速度υ=65m/min，刀具轉速ν刀 = 800n/min,工件轉速ν工 = 32n/min.調整好設備開始試加工。銑削一件耗時3.5分鐘，稍快于拉削工藝消耗工時。銑削后滾道表面粗糙度Ra6.3μm。滾道70mm內中徑誤差達到0.08mm，但可以接受。經連續加工10件后發現刀片頂刃后角開始磨損，工件螺旋滾道出現振紋。連續加工40件后刀片頂刃后角嚴重磨損出現扎刀嘶叫聲，便停止試驗。
三、方案的進一步優化
經過分析，發現有如下因素影響刀具的耐用度：①內螺旋滾道中徑偏小，僅有φ30；②因為零件自身結構，刀具存在斷續切削；③切削深度太大，達3.5mm；④刀桿材料選型不合理，結構剛度不夠； ⑤自制成型刀片的幾何精度存在較大誤差。針對眾多不利因素，我決定將刀片材料由YT15硬質合金改為高速鋼HSS材料， 并將刀桿設計成整體式錐度結構以提高刀體剛度，修改刀頭相關參數，提供刀具圖紙由專業刀具廠家外協生產，由刀具廠家保證切削刃形狀及精度。很快刀具廠家送來兩件合格刀具，刀具單件報價110元。
第二輪試用時， 借鑒刀具廠家建議修改切削參數,取切削速度υ=37m/min，刀具轉速ν刀 = 400n/min，工件轉速ν工 = 20n/min.采用3-5%乳化液進行冷卻。連續加工30件后，刀具開始出現磨損.再一次停止試驗。刃磨刀具后針對情況再調整切削參數：切削速度為υ=25m/min，刀具轉速ν刀 = 250n/min，工件轉速ν工 = 24n/min。 考慮到一次吃刀深度太大，決定分兩次進給，第一刀吃刀深度為2.5mm，第二刀為1-1.5mm。再一次試加工, 滾道表面粗糙度可達到Ra3.2-Ra6.3μm，滾道前后中徑誤差在0.05mm范圍內.單件生產工時約4分鐘，與拉削工藝單件耗時持平.連續加工80件后才出現頂刃后角磨損.試驗證明，改進效果非常明顯,采取辦法非常對路。
將實際試用情況與刀具生產廠家進行溝通， 決定再一次對刀具相關參數進行改進：將頂刃后角由原來6°加大到8°，將前角調小到4°。再次試用后效果非常明顯，連續加工100-150件刀具才需刃磨修整。班產量略高于拉削加工，可以定型生產。經批量制造刀具，刀具單件成本降到了80元。
四、效果比較
此銑削工藝的使用，經過9個月的正常生產驗證，生產一線反映較好，得到了車間領導和工人的好評。經調查統計，針對此工序的工藝創新，使車間在產量提升、節能降耗方面得到很多實惠，主要有如下優點：
1、自制銑刀銑滾道較拉刀拉削節約了刀具成本，核算到單件零件上可使成本降低18%；
2、 完全可以統一零件滾道中徑尺寸，避免了以前因拉刀磨損存在各種不同尺寸的混亂局面；
3、 同一種銑刀可以適用各種不同螺距、不同中徑的零件加工，舍棄了不同產品需多種拉刀加工的局面；
4、由于銑削滾道質量和尺寸的保證，取消了滾道粗磨工序，大大縮短了生產周期，節約了設備人員等資源。更直接地提升了產能。
五、前景展望
考慮到整體式刀具使用后刀柄部分隨之丟棄浪費了一定的成本,經于刀具廠家進一步溝通，準備下一步將整體式HSS銑刀改為如圖7所示的刀盤結構，使用定位鍵定位， M6螺釘夾緊,制作成分體式結構。刀具磨損后僅修磨小刀盤，刀桿完整無缺。這樣可以更進一步節約刀具成本和減少換刀時間。 考慮到分體式刀具的整體剛度，采用不同內孔(滾道中徑不同)制作對應桿徑系列的刀桿來解決。
銑削工藝在滾道類產品上成功使用后，我準備下一步將此工藝推廣到公司其他類產品加工上,如:接頭內螺紋的加工，迷宮型密封槽的加工等。為飛寧公司“工藝創新，提升產品質量”作出更大的貢獻！
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