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降低螺纹孔加工刀具成本的解决方案

返回列表 来源:发布时间:2016-11-25 关注:

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  由于传统设备精度较低,切削参数调整困难,加之受操作者的技术水平、经验、责任心和疲劳程度等因素影响,长期以来,很多工序的刀具寿命都非常不稳定。在螺纹孔的加工中,用数控机床替代传统手动车床的思路,有效提高了攻螺纹刀具的寿命,降低了刀具使用成本。
  
  工艺现状
  
  我公司生产的某曲轴机油泵安装轴颈端有一个M12×1.25mm螺纹孔,其结构和技术要求,采用普通卧式车床进行加工。该孔以法兰端轴颈和第Ⅰ主轴颈定位,用车床三爪卡盘夹紧曲轴法兰端轴颈,带动曲轴旋转,提供切削动力;曲轴第Ⅰ主轴颈架在中心架上,以保证曲轴与机床主轴同轴;螺纹底孔已在前序(平头打孔机上)加工完成;丝锥安装在一专用工装内。加工时,操作者把持专用工装手柄推动专用工装完成进给,进给结束时操作机床反转,并把持专用工装手柄,丝锥和专用工装一起自动从工件中退出。由于是卧式加工,所以机床自带的切削液难以进入螺纹底孔深处,为保证丝锥的冷却,需要操作者每加工完一个工件就要用毛刷将切削液(油基)充分、均匀地涂抹于丝锥表面。
  

卧式车床
   问题分析
  
  在普通车床上加工M12×1.25mm螺纹孔,存在着很多问题,这些问题都会对刀具寿命产生一定程度的不良影响,最终导致刀具寿命严重下降。
  
  1.丝锥寿命受操作者技术水平和经验影响
  
  手动攻螺纹时,技术水平较好且经验丰富的操作者能够很好地控制丝锥攻入和退出工件时的速度,丝锥磨损均匀,异常消耗少。而技术和经验相对欠缺的操作者则控制不好这个速度,极易造成刀具的异常消耗。
  
  此外,由于传统设备是手动操作,所以刀具寿命受操作者的素质(如责任心等)影响很大;若操作者长期或夜间工作,深度疲劳也会造成操作准确性的下降和失误增加,导致加工质量下降和刀具成本上升。
  
  2.为保证工件尺寸,减小丝锥尺寸
  
  螺纹底孔已在前序(平头打孔机上)加工完成,螺纹底孔与第Ⅰ主轴颈及法兰端轴颈之间有一定的同轴度误差,一般在φ0.2mm左右。在该工序进行加工时,曲轴以一定的速度旋转,导致攻螺纹时丝锥上下左右摆动。丝锥进入工件比较浅的孔口阶段的摆动最为明显,进入越深则摆动越小,造成加工后螺纹中径从孔口至孔底呈一定锥度,孔口部螺纹中径明显比孔内部螺纹中径大。鉴于上述原因,为保证加工后的螺纹中径尺寸合格,就必须适当减小所使用丝锥的中径尺寸,势必会影响丝锥的寿命。
  
  3.攻螺纹深度难以精准控制
  

  工艺上,螺纹深度和底孔深度之间要有一定的安全距离,以保证攻螺纹时丝锥不触碰底孔,但为了节省底孔钻头,这个安全距离不宜过大,一般为两倍螺距左右。在普通卧式车床上攻螺纹时,为保证攻螺纹的深度尺寸,操作者要在攻螺纹深度到达尺寸时操作机床反转。由于机床一直在以较高的转速运行着,存在很大的惯性,且操作机床也需要一定的反应时间,所以螺纹加工深度难以准确控制,经常出现丝锥头部“加工”螺纹底孔底端的情况,造成丝锥切削刃的异常磨损,导致加工寿命下降。
  
  4.丝锥冷却不充分
  
  由于工件的冷却主要是靠操作者用毛刷将切削液涂抹于丝锥上,很难保证每次的涂抹都是充分的,所以实际加工中丝锥的冷却状况总体并不是很好,经常会因冷却不充分造成的丝锥异常磨损。
  
  5.普通车床切削参数难以精确调整
  
  由于攻螺纹的进给速度就是螺纹的螺距,背吃刀量只与底孔直径有关,所以可调节的切削参数只有切削速度,直接表现就是加工时的机床转速。普通车床的转速是分级的,如210r/min、260r/min和320r/min,无法进一步选择,如240r/min或300r/min等,因此经常难以找到最佳切削速度。
  
  上述问题是在普通车床上进行攻丝时遇到的常见问题,难以找到彻底解决的方法,因此,长期以来该工序的丝锥加工寿命一直较低,刀具成本居高不下。
  
  解决方案
  
  数控机床精度高、进给均匀,切削参数可“无极”调整,加工尺寸可精准控制,工件冷却充分,且刀具寿命受人为因素的影响小。为此,我们决定在螺纹孔的加工中引进数控机床。经过反复论证,我们决定在机床精度较高且生产能力比较充裕的立式加工中心上进行试验。
  

卧式车床
   由于在此之前已经加工完毕的螺纹底孔与该序定位轴颈之间有约φ0.2mm左右的同轴度误差(定位夹紧方法),导致攻螺纹时丝锥与底孔之间也有约φ0.2mm左右的同轴度误差,对攻螺纹工艺改进试验造成较大的困难。
  
  我们先后进行了三次尝试。第一次是如大多数攻螺纹一样,使用常规的刚性攻螺纹刀杆进行试验。由于刚性攻螺纹刀杆不能摆动,攻螺纹时丝锥被底孔强行弯曲,结果攻螺纹效果非常不理想,丝锥总是异常折断,不仅丝锥寿命非常低,还造成很多废品。为解决该问题,我们先是想控制螺纹底孔质量,以保证螺纹底孔与定位轴颈的同轴度,但由于一方面螺纹底孔加工设备精度较低且精度下降严重,一方面定位轴颈加工中存在基准转换且工序较多,实践证明此法行不通。最后,我们决定在攻螺纹上想办法,经讨论研究,决定试验采用可以径向和轴向浮动的攻螺纹刀杆,通过多次的工艺参数调整和试验,最终取得了满意的效果。用数控机床替代手动车床,令M12×1.25mm螺纹孔的丝锥加工寿命提高了一倍以上,每年可为公司节约刀具成本近10万元。
  
  结语
  
  由于传统设备精度较低,切削参数调整困难,加之受操作者的技术水平、经验、责任心和疲劳程度等因素影响,长期以来,很多工序的刀具寿命都非常不稳定。这就需要生产一线的技术人员能够不断拓展学识,掌握先进知识,在技术改造上有所创新。
  
  但需要注意的是,数控设备的折旧费用较普通设备高,若为了进行工艺改造新购设备,还需进一步论证综合成本是否能有效降低。如果能进行内部挖潜,充分利用生产现场能力有剩余的数控设备,或者通过对工序内容进行调整,将刀具寿命受机床和人为因素影响较大的加工内容向高精度数控设备倾斜,在不进行设备投入的基础上降低刀具成本则确实是一个行之有效的好办法。