田永超

(永城煤電控股集團(tuán)有限公司，河南 永城 476600)

鏜刀是機(jī)械加工行業(yè)中鏜削加工的一種刀具，一般是圓柄的，也有方形刀桿用于較大工件的加工，最常見的應(yīng)用場(chǎng)合是內(nèi)孔加工、擴(kuò)孔、仿形等[1-4]。鏜刀用于對(duì)已有的孔進(jìn)行粗加工、半精加工或者精加工，但是鏜刀并不是只能加工內(nèi)孔，也可以對(duì)工件的端面和外圓進(jìn)行加工。另外，鏜刀不僅可以在鏜床上使用，也可以在車床或銑床上使用。為了滿足不同尺寸孔徑和深度的加工需要，同時(shí)減少鏜刀的規(guī)格種類，人們將鏜桿和刀頭設(shè)計(jì)成系列化的模塊，使用時(shí)根據(jù)實(shí)際需要選取合適的模塊拼成各種鏜刀，從而簡(jiǎn)化了刀具的設(shè)計(jì)和制造過程[5-9]。目前市面上的鏜刀，大多都是單一的粗鏜刀或精鏜刀，少數(shù)粗精一體的鏜刀成本價(jià)格比較昂貴，但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，工件上的一個(gè)孔甚至多個(gè)不同尺寸的孔要求先進(jìn)行粗加工再進(jìn)行精加工，才能滿足使用要求。比如，每年約承擔(dān)近20臺(tái)采煤機(jī)大修，其搖臂、牽引箱體上有數(shù)個(gè)直徑不同的鉸接孔需要補(bǔ)焊后修復(fù)，現(xiàn)有條件下，需要通過換刀分別進(jìn)行粗加工、精加工來實(shí)現(xiàn)。這樣不僅效率偏低，而且同心度難以保證，從而導(dǎo)致加工成本變高、加工質(zhì)量降低。為了解決以上問題，設(shè)計(jì)了一種可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀。

1 可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀結(jié)構(gòu)介紹

可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀結(jié)構(gòu)如圖1所示，由壓緊機(jī)構(gòu)、刀桿、刀套、粗刀體、精刀體、粗精切換、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、精調(diào)機(jī)構(gòu)組成。

圖1 可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of adjustable coarse and fine compound boring cutter

刀桿如圖2所示，刀桿采用鍛件整體加工而成，保證了更好的強(qiáng)度和韌性，且不易折斷。刀桿下端按照配套鏜桿尺寸加工一臺(tái)階軸并銑出裝壓平面，用以把刀桿裝夾固定于鏜桿上；靠近刀桿中部位置鉆一通孔，并在其同一圓周相對(duì)90°位置上單側(cè)加工一螺紋孔用以固定精調(diào)機(jī)構(gòu)；刀桿上部位置銑出與刀套尺寸為間隙配合的方孔，同時(shí)在一側(cè)加工出安裝粗精切換、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的凹槽、固定螺紋孔；刀桿頂端中心位置鉆一螺紋孔配合壓緊機(jī)構(gòu)壓緊并固定刀套。

圖2 刀桿Fig.2 Cutter bar

刀套如圖3所示，刀套同樣采用鍛件整體加工而成，采用方形結(jié)構(gòu)，配合刀桿上的方形安裝孔保證了裝配的穩(wěn)固性。刀套頂端中心位置設(shè)計(jì)一通長(zhǎng)矩形凹槽，以便于壓緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行壓緊固定；靠近刀套上部位置單側(cè)加工一凹槽，并把鋼板刻度尺嵌入其中；沿刀套水平中心線位置銑出一通心方孔，并在左右兩端各鉆一螺紋孔，用以安裝固定粗、精加工刀體；在刀套底部預(yù)留凸臺(tái)水平中心線位置設(shè)計(jì)一螺紋孔，配合粗精切換、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)完成粗精刀具切換及調(diào)整。

圖3 刀套Fig.3 Cutter sleeve

刀體如圖4所示。粗加工刀體采用高速鋼刀坯磨削而成，精加工刀體采用合金刀片固定在刀座上。

圖4 刀體Fig.4 Cutter body

粗精切換、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)如圖5所示，粗精切換、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由卡板、緊固螺釘、調(diào)節(jié)絲桿組成。調(diào)節(jié)絲桿末端加工一臺(tái)階，通過卡板進(jìn)行固定且兩者為間隙配合，保證調(diào)節(jié)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，另一端與刀套螺紋部位聯(lián)接；卡板分為左右對(duì)稱兩塊，對(duì)合后兩者間隙為0.5 mm，通過三條緊固螺釘固定在刀桿上，從而構(gòu)成了粗精切換、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

圖5 粗精切換、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)Fig.5 Coarse and fine switching，adjustment organization

精調(diào)機(jī)構(gòu)如圖6所示，精調(diào)機(jī)構(gòu)采用萬向支架和百分表構(gòu)成，配合調(diào)節(jié)絲桿完成加工尺寸的精調(diào)。

2 可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀使用方法

2.1 安裝方法

首先，將粗精切換、調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝、固定在刀桿上；然后，把刀體裝進(jìn)刀套，用內(nèi)六角平端緊定螺釘進(jìn)行固定；隨后，把刀套安裝在刀桿方孔內(nèi)，并與調(diào)節(jié)絲桿通過螺紋連接，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)絲桿調(diào)整刀刃露出長(zhǎng)度至合適位置，再緊固刀桿頂部壓緊螺栓母來固定刀套；最后，將刀桿安裝固定在與鏜床主軸相連的鏜桿上，并用緊固螺栓進(jìn)行壓緊。需要進(jìn)行精加工尺寸調(diào)節(jié)時(shí)，再把精調(diào)機(jī)構(gòu)通過內(nèi)六角平端緊定螺釘固定在刀桿上即可。以上步驟就完成了可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀的安裝。

圖6 精調(diào)機(jī)構(gòu)Fig.6 Fine adjusting mechanism

2.2 粗加工調(diào)整方法

進(jìn)行粗加工鏜削時(shí)，首先要把粗加工刀體在刀套中的外露長(zhǎng)度調(diào)整到適中位置，精加工刀體做同樣步驟，以便于后期精加工調(diào)整。刀體伸出長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短以便于增加剛性，過長(zhǎng)的話一方面是受力不佳，另一方面是加工時(shí)容易引起震動(dòng)，從而影響加工質(zhì)量。調(diào)整好刀體后按照上文介紹的安裝方法把鏜刀固定在鏜桿上，與待加工工件之間完成對(duì)刀作業(yè)，然后通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)絲桿并觀察刀座上的鋼板刻度尺進(jìn)行粗加工進(jìn)刀，粗加工進(jìn)刀尺寸可以精確到1 mm，通過操作人員觀察判斷可以控制在0.5 mm。

2.3 精加工調(diào)整方法

完成粗加工鏜削后，只需要擰松刀桿上固定刀套的緊固螺栓，調(diào)整調(diào)節(jié)絲桿推動(dòng)刀套把精加工刀體外露長(zhǎng)度到調(diào)整適中位置，完成由粗加工向精加工刀體的切換。切換到精加工刀體后進(jìn)行對(duì)刀作業(yè)，然后把精調(diào)機(jī)構(gòu)安裝在刀桿上并用內(nèi)六角平端緊定螺釘進(jìn)行固定，通過調(diào)整百分表萬向支架使百分表對(duì)準(zhǔn)精加工刀刃，配合調(diào)節(jié)絲桿即可進(jìn)行精加工進(jìn)刀尺寸調(diào)整。通過以上方法，可以把進(jìn)刀尺寸精確控制到0.01 mm。

3 可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀的應(yīng)用

待修采煤機(jī)搖臂如圖7所示，以待修采煤機(jī)搖臂為例，共有14種尺寸(含臺(tái)階孔)的5對(duì)同心孔因使用過程中磨損較大或變形，配合尺寸超差，需要焊接后進(jìn)行鏜削加工修復(fù)。按照以往加工方法，粗、精加工時(shí)更換刀具需要拆、裝19次，而且每個(gè)孔精加工時(shí)需要多次試進(jìn)刀并進(jìn)行尺寸測(cè)量以保證加工精度。改用可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀后，刀具只需要一次裝夾，即可完成所有孔的粗、精加工，精加工時(shí)每個(gè)孔只需測(cè)量一次尺寸即可滿足要求，整體效率提升2倍以上。

圖7 待修采煤機(jī)搖臂Fig.7 To be repaired shearer rocker arm

4 可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀的優(yōu)點(diǎn)

4.1 提高了加工效率、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度

采用可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀前，首先要使用粗鏜刀來完成孔的粗加工，然后換成精鏜刀進(jìn)行精加工。如果工件上存在多個(gè)不同尺寸的孔待加工時(shí)則需要進(jìn)行多次換刀、對(duì)刀、測(cè)量，不僅延長(zhǎng)了作業(yè)時(shí)間，在一定程度上也增加了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。在使用可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀后，完全解決了之前存在的問題，只需要進(jìn)行一次安裝，隨后可根據(jù)粗加工、精加工需要以及孔尺寸大小進(jìn)行調(diào)節(jié)即可完成所有加工程序，不僅提高了工作效率，在一定程度上也降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.2 提高了加工精度、保證了加工質(zhì)量

采用可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀前，工人憑手感、觀察法、工作經(jīng)驗(yàn)以及配合百分表等采用敲擊刀體的方法完成進(jìn)刀尺寸的調(diào)整，另外加工時(shí)需要多次換刀、對(duì)刀，在一定程度上很難保證工件的加工精度和加工質(zhì)量。在使用可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀后，可通過調(diào)整機(jī)構(gòu)完成進(jìn)刀尺寸的調(diào)整，粗加工進(jìn)刀尺寸可以精確到1 mm、精加工進(jìn)刀尺寸可以精確到0.01 mm，另外避免了頻繁換刀、對(duì)刀的現(xiàn)象，較大程度地提高了加工精度、保證了加工質(zhì)量。

4.3 減少了刀具數(shù)量、節(jié)約了加工成本

本可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作工藝簡(jiǎn)便、原材料成本不高，同一刀具可完成范圍內(nèi)不同加工尺寸的需求，減少了刀具的外購(gòu)數(shù)量和儲(chǔ)備數(shù)量，在一定程度上節(jié)約了加工成本。

5 結(jié)語

為解決現(xiàn)有條件下鏜削修復(fù)多孔或孔徑不同工件時(shí)加工效率低、成本高、質(zhì)量難以保證的問題，設(shè)計(jì)了可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀。該可調(diào)式粗精復(fù)合鏜刀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作工藝簡(jiǎn)便、原材料成本較低，在提高加工精度、保證加工質(zhì)量的前提下，提升了加工效率、降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)節(jié)約了加工成本，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。