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1、 .高级车工技师论文提高车床加工工效的几个途径【摘要】 车床加工中,“三分技术七分刀”的说法,充分说明了刀具在加工中的重要地位但即使使用同样的机床和刀具,不同操作者所完成的加工过程和结果,也是有所差异的,这便是技术水平上的差异。这种差异主要表现在对加工参数的选择与应用,以及现实施行的加工方法上面。也就是说,只有加强学习,钻研和寻找理论知识与实践经验的有效结合点,灵活运用了知识,那么在实际应用中将会发挥出意想不到的作用。【关键词】 优化工艺方法 合理性 硬质合金 打刀 主偏角 四爪单动卡盘 半精加工 螺距 钝圆 撞车 前角 群钻 分屑槽 磨合现象 消振棱 倒棱 镗孔 刀尖角 强力切削 铁屑 过渡
2、刃 排屑槽在金属切削加工中,我们追求的理想状态一般是减少单件机加工工时,并尽可能使刀具耐用度提高,以达到降本增效的目的。但在实际生产中,要根据零件的材料和数量的多少,以及加工特点,进行科学合理地分析,选择优化工艺方法,才能达预期的理想状况。一.刀具的合理选用是提高工效的最基本保障 加工材料通常分为脆性材料和塑性材料,例如碳钢类和铸铁类工件,在车削前对刀具的选择:1)刀具材料的选择:碳钢毛坯通常选用YT类硬质合金加工;铸铁类工件选用YG类硬质合金加工。但是在加工气割毛坯工件或间断切削的工件时,由于工件存在表面硬点和断续冲击的影响,有时要考虑选用韧性更好的YW类硬质合金或高速钢刀具荒车表面,以免出
3、现“打刀”现象的发生;2)主偏角的选择:常用车刀的主偏角分45度,75度,90度等几种(以外圆刀为例),每种刀都有自己的特点,粗加工中一般采用主偏角较小的刀具,因为其刀头散热条件较好,刀尖角相对较大,刀头强度高,适合强力切削;而较大的主偏角适合台阶轴车削,其较小的径向分力,在加工刚性较差的细长工件中效果较好。但在实际加工中也有时采用各种刀具的优点混合使用,比如较大尺寸的台阶轴工件粗加工时,可用45度刀粗车(因为在批量较大的情况下45度车刀能承受更大的切削用量和切削速度,刀具寿命明显高于90度车刀),90度刀清根的方法加工,能取得较高的效率;3)车刀刃磨角度的选择:这一点特别重要。对于同一个状况
4、而言,几何角度的合理与否直接影响到刀具的使用寿命和加工表面质量,这要求必须遵循一个原则:合理性。我们很难将车刀刃磨得适合任何材料,或任何加工类型(指粗加或半精加工等)。通常只针对一种类型而言,如粗车45#钢棒料,为使切削轻快,增大前角可明显降低切削力,在一定范围内切削力的减小与前角的增大成正比。但过大将会事得其反,其强度的降低也和前角成正比。所以应恰当把握尺度,这便是所需要的“合理性”。刀具的各个角度之间有着密切的联系,刃磨时应综合考虑,不可片面追求刀“快”,而使事与愿违。二创新的思路会给工作带来展新的一面。生产过程中,各个行业均会出现问题与难点,对此我们应以积极的心态去尝试着来解决它,这样往
5、往在某个方面想出一些巧妙的办法。包括一些常用的方法,我们都应抱有创新的心态。比如QJS180锯机防护丝母的加工中,以往都是在四爪卡盘上,每个工件在加工前必须进行找正,经过分析与尝试后,笔者采用三爪卡盘加垫片的方法替代前者,略去了找正时间,简化了整个加工过程,工作效率大大提高:防护丝母是我公司QJS180桥式锯机丝杠部件中的一个零件,材料为HT200。其外形如图所示,由于该机的产销量大,所以零件加工工序多为中小批量加工。以往对于T48*7-7H的梯形内螺纹,一般是在普通车床上采用四爪卡盘装夹加工,加工前毛坯要逐个找正,费工费时。7mm的螺距,使内螺纹在车削时刀具相对工件运动速度较快,而且需要频繁
6、进退车刀,所以使加工过程变得紧张、繁琐。稍有不慎也易进错刀,甚至会发生“撞车”现象,损坏刀具或者工件报废,因而对操作者的技术水平有相当高的要求。另者钻底孔(40mm)过程劳动强度较大,操作者易于疲劳,因此对加工效率的提高带来一定困难。针对上述不利因素,笔者在实际加工中(2003年期间)利用德州产CKD6140经济型数控车床,发挥数控加工的优势,配合自制工装进行车削,实现了加工过程的自动化,取得了理想的效果,具体改进方式如下:1)用加垫块的方法用三爪自定心卡盘替代四爪单动卡盘装夹,简化了找正过程,节约了装夹时间。垫片厚度的计算方法可用CAD绘图法,测量出理论数值后,再在实际装夹中进行验证调整。需
7、要注意的是未加垫片的两爪,夹紧位置应处于工件毛坯棱边边线的中间位置。用目测法校对装夹后,钻孔位置误差一般能控制在1mm左右。2) 由于工件钻通前、后钻头的走刀路线总长度是包含两个钻心高度的,所以说两种钻头的走刀路线差值,实际上是两者的钻心高度差的两倍,而不是两者钻心高度之差。这对于批量加工来说,走刀路线的缩短就意味着工作效率的提高。3)用专用钻孔工装,象装夹车刀一样固定在车床刀台上(如下图所示装配使用,本工装已发表在原机械工人2005年第九期上)替代人工用尾座钻孔,完全实现了自动切削的过程,把劳动强度降到最低。上图工装的使用方法:可将一坯料装夹在卡盘上,用车床尾座钻出40mm的孔,然后把上图中
8、的工装体象装夹车刀一样装夹在刀台上。钻头找正时,要先把钻头穿过事先钻好的孔内,再去调正工装体,最终使孔、钻头、钻套、工装体内孔统一在同一轴线上来。需要说明的是,钻套的外圆是圆柱面,与工装体的内孔是过渡配合(可用标准钻套改装成型,这样设计的目的是重磨钻头时,换装极为方便,只需折下定位螺钉,便可抽出钻头和钻套来),而工装体的制作中,先加出除内孔和销孔的其它位置后,最后镗孔。为使内孔处于理想位置,最好采用配作的方法加工:1.即把工装体安放在刀台的压刀位置上,调正、压紧;2.把钻头装夹在车床的三爪卡盘上,预留1-2mm精加工量,移动大拖板进给,钻出底孔;3.卸下钻头,换上镗孔刀,仍旧装夹在车床的卡盘上
9、,用同样的方法精镗出内孔。并刻划出位置标记,以便在下次使用时,工装的位置仍然同制作时的位置相吻合。以上所述加工方法,已通过多年的实践验证,是一种实用性很强的典型范例,为此类工件的加工方法展示了一条新的思路。三工作中多留意某些“不利现象”,正确利用它,会给工作带来很大方便。例如在车床上钻45#钢时(指较大的孔),切削易成带状,这种屑形虽然排屑顺利,但却易于伤人,不易清理。偶然在一次钻孔时,钻头前刀面出现几处较大破损,继续工作时屑形呈碎片状。分析原因是破损的主切削刃变成若干段折线,相当于磨出若干分屑槽,而且前角明显变小,因而出现这种现象。如果希望出现这种屑形,只需仿照便可以了。四加强理论学习,利用
10、理论知识应用于生产是提高工效的好方法。阅读和学习大量和车床有关的书籍和资料,学习他人的一些方法和思路是开启难点的钥匙。无数同行和前辈,学者在自身的实践中,用数年甚至毕生的经验、成果定格成文章,供我们参照,这使我们在解决某些问题上寻得一条捷径,尤其是信息化时代的今天,网络成为个人成长和发展的有效平台。它如同一盏路灯,不仅拓宽我们的视野,而且在信息交流中使工作上少走很多弯路。五工作经验的积累和利用是提高工效一种方法。在现实生产中,操作者的新老交替大多是以师带徒的形式进行的,这种方法给徒弟不止是有积极影响的一面,一些错误的做法同样会误导徒弟,这是我们不容忽视的一个方面。这就要求我们不能人云亦云,盲目
11、接受,要多问几个为什么,更要勇于打破传统思维方式,不仅要消化正确可行做法,甚至要形成自己的风格,锻炼成具有独立解决难题的方法和能力。这样在工作上才能有所突破。记得有个小马过河的故事,说河水的深浅只有勇于亲自尝试才能验证。下面是笔者在多年实践中的一个实例应用。即“磨合现象”在车刀中的应用。众所周知,机动车辆在正常使用前都有一个“磨合期”,其主要目的是消除零件在制造和装配中的各种误差,改善配合状态,以便于在后期的工作中发挥良好的作用。此期间,通常要限制负荷与车速,不能满负荷工作,通过长期的观察发现,该现象同样适用于车刀的工作状况。刀具的正常磨损分初期磨损,正常磨损和后期磨损。刃磨后的车刀,刃口上有
12、许多锯齿状的小缺口,如果在刃磨后直接使用,切削负荷极易在这些强度薄弱的位置引起应力集中而形成早期破损,较可行的办法是用油石适当研磨车刀的各个刃口和刀面,进一步降低表面粗糙度,尽可能消除微观缺陷,钝圆刀刃。提高其抗冲击性能,这个研磨过程十分重要,相当于车刀的初期磨损。它能大大提高车刀的抗破损能力。QJS180锯机主轴是一种典型台阶轴类零件,材料为45钢。该件是由锻坯正火后再进行粗车的,粗车后预留半精车余量在24mm之间。以前的半精车工序中,是用90外圆车刀(注:本文所指刀具为机夹式车刀,刀片材料为硬质合金YT15)担负着除端面和倒角以外几乎全部的外圆加工,承担了主要切削任务。而45外圆车刀仅用于
13、车端面和倒角的过程中,起次要作用。但通过笔者不断地尝试,对半精车加工中的刀具几何角度,工艺方法等几方面做出部分改进后,不仅明显提高了加工效率,而且刀具的使用寿命也同时得到了提高。具体改进方法如下:1)改用45外圆车刀半精车大部分外圆(除左端80和150以外台阶), 90外圆车刀清根的方法加工工件。改变了两者主次关系,调整了切削用量。下表是实验后,两种刀具的切削参数的对比表:通过上表的对比不难看出,工件在加工时转速和走刀量等参数上显著提高了。那么为何会有这么大的差别呢?如下图所示,当车床每转进给量用线段AB表示,用矩形ABGF和ADEH分别表示90外圆刀和45外圆车刀的切屑厚度。不难看出,在直角
14、三角形ABC中,直角边BC的长度必然要小于斜边AB的长度。也就是说在进给量相同的情况下,45外圆车刀与90车刀的切屑的厚度之比为1:2;而在背吃刀量(L)相等时,在直角三角形ADF中,直角边AD和斜边AF,分别为45外圆车刀与90车刀主刀刃的负荷分布长度。也就是说在同样的切削力与切削热的情况下,前者较后者有更长的散热长度和较小的表面压强。这就是刀具在主偏角改变后,刀具切削用量为何能够加大,而且刀具寿命并不降低的重要原因。但需要说明一点,工作中选择上表中切削用量的上限,刀具的寿命将处于数值的下限值。2)在主后刀面上磨出“消振棱”,结合人工“磨合切削刃”的方法,能使加工过程的振动现象得到有效的扼制
15、。我们知道,任何事物都存在优、缺点的两面性。45外圆车刀虽然具有上述优点,但也同时存在不利的方面:较大的径向切削分力。而90车刀的主要切削力方向是沿走刀方向平行于的轴线的,径向分力很小,这就是车细长轴类工件多选用较大主偏角刀具的原因。本工件的长、径尺寸比按1130:70.516:1,最细处直径为70.5mm。半精车余量在4mm以下,虽然工件的从外形、切削力方面分析,其刚性相对较好,但由于改进后所采用了较高的车速和径向分力较大的刀具,产生振动的倾向也增大了。所以必须首先解决切削过程中振动的产生。而采用在车刀的后刀面磨出消振棱的方法,是一种抑制振动的有效方法。3)“磨合现象”在车刀中的应用。前者所
16、说的“磨合现象”,笔者通过长期的实践观察笔者发现,该现象同样适用于车刀的工作状况,在此件的加工中应用后取得了令人满意的效果。刀具的使用磨损分初期磨损,正常磨损和后期磨损。刃磨后的车刀,刃口上有许多锯齿状的小缺口,如果在刃磨后直接使用,切削负荷极易在这些强度薄弱的位置引起应力集中,而形成刀具的早期破损。较可行的办法是用油石适当研磨车刀的各个刃口及刀面,进一步降低表面粗糙度,尽可能消除微观缺陷,钝化刀刃的尖角,提高其抗冲击性能。这个研磨过程十分重要,相当于车刀的初期磨损,它能大大提高车刀的抗破损能力。据有关资料介绍,现在已有专门针对刀具作钝化处理的工艺方法。车刀在安装后的工作实际角度,会因安装误差而发生偏差,从而改变了刀具刃磨后本身的角度,这种误差会给加工造成一定影响。相信同行们会发现刚磨出的车刀,不如使用过一段时间后好用,甚至是无法正常使用。这种现