专用刀具在中、大批量生产的应用

在中、大批量生产中,常常可以通过工序集中来提高机床的生产效率。工序的集中,除了采用多轴加工外,采用装有多个切削刀刃的专用刀具(复合刀具)则是提高机床生产率的另一个重要途径。由于复合刀具往往可以替代好多把常规刀具,并且往往是在工件的一次装夹下和刀具的一次工作行程中完成多道工序的加工,因此可以减少换刀次数,消除工件或刀具的重复定位误差,从而可显著减少辅助时间、提高加工精度和减少测量过程。此外,专用刀具还可以用来解决常规刀具难于进行的一些加工任务。由于这些优点,这类刀具不仅在组合机床和自动线上得到广泛应用,而且近年来也愈来愈多地应用于高速加工中心。长期以来的生产实践表明,在中、大批量生产中采用专用刀具对工件的多个相关功能表面进行综合加工,或对难于接近的功能表面进行加工是实现加工合理化的有效手段。

图1(上)图2(下)

孔加工专用刀具的结构分类

在中、大批量生产中,专用刀具除少量是属于专用铣刀外,绝大部分是用于孔加工的专用刀具。在生产中,有很多加工任务不仅要通过专用刀具来制造精密孔,而且往往需要借助于这类刀具来加工与精密孔相关的功能表面,如加工配合孔的凸台端面、止口和环槽等。有些工件,特别是箱体件,有不少这类功能表面的加工往往要通过刀具的径向走刀来实现(图1)。

在加工时,并要确保配合孔相对于某一基准面或另一个配合孔的位置精度(垂直度、同轴度)。从这里可以看出,专用刀具在孔和相关功能表面的综合加工中无疑是起着十分关键的作用。

从刀具结构上,专用刀具可分为刀具固定式和刀具移动式两大类(表1)。

这种复合刀具可分为整体式、装配式和机夹式三种。这些复合刀具的结构相对比较简单。整体式复合刀具由两个或更多相同或不同类型的刀具组成,如复合钻、复合扩孔钻、复合铰刀和复合镗铰刀等。这类复合刀具的制造和刃磨十分不便,这样的缺点可以通过采用装配式复合刀具而得到改善(图2)。但是装配式复合刀具由于增加了机械连接部位,刀具的刚性会受到一定程度的影响。机夹式复合刀具的优点是,当刀具磨损后,只需将可转位刀片相应转过一个角度或更换刀片,复合刀具又可重新使用。

图3

刀具移动式专用刀具

这种刀具一般称作受控致动刀具,从驱动方式上又可分为机械受控刀具和电子受控刀具,前者主要是采用推(拉)杆、撞靠、离心力、冷却润滑液等驱动方式来使刀具实现横向、斜向或轴向进给运动。后者则采用装在刀体中的伺服电动机来驱动这些进给运动。

1 机械受控刀具

◆推(拉)杆致动刀具

这种刀具通过机床主轴中的推(拉)杆(由装在主轴箱末端的油缸或伺服电动机推动)既可经齿条—齿条、齿条—齿轮—齿条和斜块驱动刀体中的滑动刀架实现横向(或斜向)走刀(图3a),经齿条—齿轮—扇形齿轮实现刀具的圆周进给(图3b),也可借助推杆上的螺旋槽来驱动偏心安装(相对主轴中心线)的刀杆进行回转,使刀杆上的刀具在从起始位置转动到终点位置的过程中实现径向进给(图3c),或经另一个与刀盘偏心连接的传动杆来推动刀盘实现圆周进给(图3d)。这类推(拉)杆致动的专用刀具,可适应很广的加工任务,用来加工凸台端面、止口、内外环槽、锥面和球面等功能表面。

在高速加工时,对于推(拉)杆驱动滑动刀架的致动刀具,即使装有配重滑板,也难于达到相应的动平衡品质,并且在高转速范围内,作用在拉杆上的力对于主轴轴承也是难于承受的。而对于采用偏心工作的致动刀具,由于回转刀杆上切削刀刃从起始位置到终点位置的位置变化不会影响到刀具重心的改变,因此,这种偏心工作的专用刀具可用来进行高速加工。

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