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[分享] 组合铣刀也能整体可调

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发表于 2016-4-16 00:06:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
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组合铣刀也能整体可调

组合铣刀也能整体可调

        图1  加工曲轴平衡块的组合铣刀

        由于设备陈旧,神龙汽车有限公司在加工曲轴平衡块时出现工装夹具稳定性差、曲轴定位顶尖经常磨损以及加工尺寸轴向偏移等问题。且最初设计的组合铣刀久而久之也暴露出刀片换刀和调整费时、调整困难及一次换刀合格率低的现象,生产效率受到严重影响。
        说起组合铣刀,大家可能并不陌生。用来加工缸体曲轴开挡面的铣刀、主轴承盖切断刀和曲轴轴颈外铣刀等都属于组合铣刀,有单刀体安装多种刀片的复合铣刀;也有多刀体安装同一种刀片,采用同轴加工的铣刀组;此外还有多刀体,安装不同刀片的铣刀组等。
        在此,本文将要介绍的是神龙汽车有限公司加工曲轴平衡块的组合铣刀,设备采用普通专机铣床,卧式加工,因此我们也把这款铣刀称为卧铣刀。如图1所示,卧铣刀分别由四个铣刀体组成,用一根芯轴联接传递动力。曲轴加工部位见图2。
       

组合铣刀也能整体可调

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        图2  曲轴加工部位

        问题提出
        加工本道工序的设备,由于“历史悠久”,工装夹具稳定性差,曲轴定位顶尖经常磨损,造成加工尺寸轴向偏移。
       

组合铣刀也能整体可调

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        图3  组合铣刀的最初设计形式

        铣刀的最初设计形式如图3所示,刀片可以轴向调整,铣刀的端面跳动也可以通过调整刀片来控制。这样的好处就是不管曲轴平衡块的厚度尺寸超差还是轴向超差都能通过调整刀片来解决。每个铣刀盘调整时,相对之间的位置应满足产品尺寸要求,且铣刀盘的端面跳动要保证在0.03~0.05mm(铣刀直径D360mm、D420mm),以保证平衡块外观要求。但久而久之,暴露出的问题就是,刀片换刀和调整不仅费时,且调整也较困难。实测现场换刀加调整时间平均需要150min,因为铣刀的刀片数量多达132片。由于刀具调整时是以自身为基准,所以每次换刀时加工的首件产品尺寸都不稳定,一次换刀合格率较低,需要调整第二遍才能成功,生产效率因此受到严重影响。
       

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        图4  带螺纹的铣刀杆  

        改进方案设想
        对以上反映的现象进行分析得知,要解决的主要问题就是换刀时间长的问题。而换刀时间长的原因是调整132个刀片所需的时间太长,而且调整方法也不科学。如何改变现有的调刀方法和换刀方式,成了解决这个问题的两个关键。能不能将四个铣刀盘的相对位置做成固定死的,整体位置可调呢?从微调镗孔器中得到的启发是,可不可以利用镗孔器的原理来实现组合铣刀的整体可调,使刀片固定,利用刀盘的精度保证刀片的端面跳动呢?
       

组合铣刀也能整体可调

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        图5  可调隔套

        经过仔细论证,我们得出的答案是:完全可以,要实现整体可调,只要将铣刀盘一边的隔套做成可调螺母的形式即可。为此,我们设想了两种方案:方案一,在铣刀杆上装隔套的地方车出外螺纹,隔套做成螺母的形式与铣刀杆配合,靠螺纹的预紧力来限位铣刀盘(见图4);方案二,不改变现有的铣刀杆形式,将隔套做成内外圈的形式,内圈和外圈同样靠螺纹配合联接,也利用螺纹的预紧力来限位铣刀盘(见图5)。
        经过认真分析,我们认为,方案一制造精度要求高,螺母隔套与铣刀杆装配后,隔套的定位面对铣刀杆轴线的垂直度及定位面的平面度必须保证在0.005mm以内(消除刀盘制造公差及刀片公差后),才能使铣刀盘装配后,刀片端面的跳动保证在合格范围。这样的话,螺母隔套的内螺纹制造精度要求相当高,而且内螺纹表面还要磨削,以保证表面粗糙度;铣刀杆的外螺纹同样如此,加工起来较困难,成本高。而方案二相对来说要容易些,可操作性好:螺纹精度等级要求不高,一般5H/h和6H/h都可以;内外圈旋合后,两端面配磨即可很容易地保证平行度0.005mm的要求;对轴线的垂直度要求可忽略,因为内外圈螺纹配合有间隙,当刀盘锁紧螺母压紧后,可以保证内外圈两端面能与刀盘端面贴合。最终,我们确定选用方案二。
       

组合铣刀也能整体可调

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        图6  将托盘处的隔套改为可调隔套

        方案实施
        按照方案二设计出图,组合铣刀原有结构保持不变,铣刀盘需要重新设计制造,将托盘处的隔套改为可调隔套(见图6),刀片固定在刀盘上,轴向不可调(见图7)。然后就开始了可调隔套的设计制造。
       

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        图7  刀片固定在刀盘上,轴向不可调

        重新设计的铣刀盘如图8所示,铣刀盘的端面跳动设计为0.015mm,刀片选用SPCN1204ED,刀片精度“C”级。参考国际标准,根据刀片生产商提供信息,同一批次的刀片可以满足最终装配要求。经过试验,刀盘装配后,跳动能保证在0.04mm以内,满足加工要求,试切削合格。
       

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        图8  重新设计的铣刀盘

        结语
        经过两年的实际应用,验证了方案二的可行性:重新设计的刀盘换刀时间明显缩短。相比老式铣刀,新刀盘换刀时间节省110min,首件换刀合格率100%。刀片设计成固定式后,减小了加工振动,提高了刀盘的刚性,切削寿命整体提高5倍,稳定加工4 000件/刃。当由于夹具等原因造成加工尺寸轴向偏移时,不需将刀盘从机床上吊下,直接在机床上调整可调隔套即可补正偏移,调整时间不超过10min,大大提高了生产效率。刀盘成本早在一年前已经收回,得到了车间的一致认可。
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