复合刀具的应用,受到加工工艺、刀具寿命、零件结构等因素的制约,但在充分考虑各方面因素的影响下,在现阶段机械加工制造中,不失为一种先进的加工方法。
复合加工技术是在机械加工工艺中,将多个单一工序进行有效组合,集中表现在加工刀具结构的变化上,即所谓采用复合性刀具代替普通的单一性刀具,在一次换刀加工中完成多道工序内容,从而实现提高生产效率、保证零件位置精度、改善刀具切削等目的。
柔性化生产是目前汽车制造企业广泛采用的一种机加工方式,通过集合组合机床的高刚性、高效率和加工中心的柔性,柔性生产线获得了比组合机床生产线线路更短、设备更少、工序更加集中的优势,为了更好地平衡生产节拍,复合加工技术在加工中心上得到了应用,并随着复合加工技术的不断完善,许多组合机床也开始采用此项技术。
提高生产效率和保证图纸精度
在双顶置凸轮轴(DOHC)发动机中,缸盖通常采用铸造的方式制造,在其上有限的空间内布置有冷却水套和进、排气道,因此缸盖的结构十分复杂,机加工的重点部位有:具有较高同轴度要求的凸轮轴孔和圆柱度要求的挺杆孔；座圈90°密封带和尺寸为φ6mm的导管孔是其中加工难度最大的,其加工质量的好坏将直接影响气门的密封性。
在座圈和导管孔从粗加工到精加工的整个过程中,如果采用普通的单一性刀具,不仅效率低下,同时还会因为多次装夹带来刀具中心不重合等误差,影响后续加工精度,因此,必须选择复合加工工艺。
(1)采用复合刀具一次完成进气座圈安装底孔、粗钻导管底孔φ10.5mm及刀校进气道喉口的粗加工。
由于导管孔中心与进气道中心呈斜角布置,在粗钻导管底孔时,会因钻头两切削刃负荷不均而难以保证导管底孔直线度,所以通常在进气道斜面上先加工一个φ13mm的工艺平台与导管孔中心线垂直；位于气门座圈上方的进气喉口的主要功能是减少进气阻力,因此必须保证铸造喉口时的设计空间,以便去除由于沾沙和泥芯移位而造成的多出铝瘤。综合考虑以上两点因素,在粗加工座圈安装底孔时,采用复合刀具,将3道工序的加工内容用一把刀具来完成,不但保证了相对位置,而且提高了加工效率。
(2)采用复合刀具一次完成座圈安装孔和φ11mm导管底孔的精加工。
φ11mm导管底孔要求孔的圆柱度和直线度均为0.01mm,座圈安装孔中心对导管孔中心同轴度要求φ0.2mm,为了保证精度,采用复合刀具进行精加工。在刀具设计上,为避免精镗φ11mm孔与后续精镗座圈孔产生加工干涉,先使用前端刀具进行φ11mm孔的精镗工序,然后再由后面两把刀具分别完成座圈安装孔的粗、精加工,不仅减少了精镗时刀刃的切削负荷,同时也延长了刀具的使用寿命。
(3)精车进气座圈孔60°、90°、120°密封带和精铰φ6mm导管孔。
在该加工过程中,图纸要求90°密封带中心对φ6mm导管孔中心的跳动误差≤0.015mm,因此,采用的复合刀具前端为φ6mm枪铰刀,精铰φ6mm导管孔后,液压缸控制铰刀退回刀套,随后呈120°圆周分布的3把车刀分别完成60°、90°、120°锥面的加工,保证了密封带的均匀宽度和90°密封带对导管孔中心径向跳动的要求。
主轴承档的侧面加工
在加工主轴承档的两个侧面时,采用的是复合加工刀具,即将多片3面刃铣刀安装在机床刀具主轴上,可以在一次进给中,完成多档主轴承孔两个侧平面的加工。
改善刀具切削负荷
在粗加工缸盖16—φ30.4mm挺杆孔时,由于毛坯单边余量大于4mm,原设计方案是在一次走刀中完成全部切削加工,但刀具会承受较大的切削抗力,容易出现闷车、损坏刀具和拉坏工件加工表面。如果采用两次加工,又将增加换刀工序,使机床加工节拍难以保证。综合考虑后,最终采用台阶结构的复合刀具,将切削余量分配在前后刀齿上,从而满足了工艺要求。
结束语
随着现代机械加工方式的不断进步,复合加工技术得到了越来越多的应用,其优势也在不断显现。但任何技术都有其强和弱的方面,在缸体、缸盖等箱体类零件加工中,由于此类零件结构复杂、生产批量大,因此复合加工技术优势可以得到有效发挥。相比之下,对于结构简单、单件、小批量生产的零部件,加工工艺应该尽量安排在通用机床上完成,采用通用刀具加工,主要是因为,复合加工技术采用的是组合型刀具,该类刀具设计复杂,需求量有限,接近于单件生产,刀具成本要比通用刀具高几倍,甚至几十倍不等。
复合加工技术的应用也常受加工条件、刀具寿命、刀具制造工艺性、零件结构的限制。如对于钻孔、倒角、刮平面这一套工序,如果采用复合刀具,不仅刀具结构复杂,而且工艺上也不合理。钻孔先接触的是工件毛坯面,由于钻削时钻头两侧切削刃切削力不相等,容易造成钻头偏斜,同时刮平面刀具直径与钻头直径相差太大,易造成加工过程中钻头和刮刀连接处折断。
复合加工技术是当今机械加工中广泛使用的一种工艺方法,只要充分考虑加工工艺性、刀具的结构合理性和生产成本等诸多因素,不失为一种先进的加工方法。
