重型机械加工行业的特点是被加工件的尺寸很大,重量很重(有的可达上百吨),因此重型加工用卧式车床的回转直径可达到6米,立式车床更可达到10余米。与普通切削加工相比,由于重型切削加工具有切削深度大、切削速度低、进给速度慢等特点,因此其加工工艺与普通的机械切削加工工艺有很大不同,这些工艺问题包括刀具的选择、刀具的安装、切削用量的选择以及工件的装夹等各个方面。本文对重型车床切削加工不同加工阶段的特点分别作如下论述。
刀具结构的选择
根据粗加工加工余量大、切削余量大的特点,用于粗加工的刀具应该具有很好的刚性。一般来讲,整体刀具的刚性较好,但重型刀具的结构笨重,装卸比较困难,所以发展方向应该是机夹刀具。机夹刀具的刀片夹持结构及加工精度对于刀具的选择很重要,实际加工中发现,偏心销夹紧和勾头压紧式不适合重型粗加工,这是因为粗加工时的系统振动较大,常使压紧机构松动,导致刀片损坏。而上压式结构常因阻碍了切屑的流出造成压块的损坏。对机夹刀具的制造精度要求也很高,因为即使微小的误差,也会使定位机构变成承力机构,由于重型切削的加工过程中切削力巨大,就会造成刀具的损坏。经实际加工验证,图1所示结构的刀具比较适于重型机械加工的粗加工,其优点在于:当刀块与刀体间有误差时,可以进行修磨,从而保证装配精度;压紧螺栓位于后刀面上,不容易被切屑损坏。板式刀架比较适合重型切削,因为它极大地增加了刀片受力方向的刚度,可以使得在增加切削用量后,不会产生振动,有利于生产效率和加工质量的提高。
图1 机夹重型车刀
刀具的安装
图2 刀具反安装计算简图
机械加工中刀具的安装方式对于加工很重要。通常以正夹为主,但计算结果表明,反夹的刚度更好,如图2 所示,根据刀具反安装时的计算式
(1)
将式(1)积分后,代入固定端点的转角、挠度均为零的边界条件,将刀尖x=a代入式(1)得挠度方程为.同理,在刀具正安装时,由于走刀抗力影响较小,故计算变形时只考虑主切削力,则有刀尖C点挠度为
(3)
由式(2)和式(3)得到刀具反安装和刀具正安装 时的刀尖挠度值之差:
(4)
显然yc正的绝对值>yc反的绝对值) ,即反安装车刀的刚度优于正安装车刀的刚度。此外,反向加工时,机床受力方向是刚度最大的方向,而刀具受力方向是刚度较小的方向,因此可以减小加工中的振动。另一方面,由于实际加工中机床都是按正夹设计的刀台,所以除非采用特殊设计的刀体,否则刀具安装后将高于中心,造成刀具的工作后角减小,加据后刀面磨损。图3所示为一种反向装夹切断刀。
图3 弯头反切断刀