1 問(wèn)題的提出
我公司采用鉸削工藝對(duì)汽車(chē)操縱桿總成中導(dǎo)塊(見(jiàn)圖1)上的孔進(jìn)行精加工芯妇，由于該孔的孔壁較薄且不均勻，使用普通鉸刀進(jìn)行加工時(shí)，孔徑易回縮泵额，尺寸不穩(wěn)定，孔壁表面質(zhì)量較差携添，孔的軸向直線度難以滿足零件工藝要求嫁盲，且刀具耐用度較低，從而使該工序成為影響整個(gè)工藝路線的“瓶頸”烈掠。雖然采取了增加鉸刀刃磨次數(shù)羞秤、增大鉸刀外徑等改進(jìn)措施，但效果并不理想左敌。如改用拉削工藝加工瘾蛋，則因孔徑較小而使刀具制造難度大、費(fèi)用高矫限，且需增加設(shè)備投資哺哼。為此，我們針對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行質(zhì)量攻關(guān)叼风，對(duì)加工薄壁件小孔的鉸刀進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)虽柜。
2 鉸刀幾何參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
通過(guò)對(duì)實(shí)際加工過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)存在兩個(gè)問(wèn)題：①因切削層較薄，造成切削困難绑功，刀具磨損嚴(yán)重泵易，孔壁表面加工質(zhì)量差；②因徑向鉸削力較大窥书，孔壁較薄且不均勻碴厂，使刀具振動(dòng)較大，加工出的孔徑尺寸波動(dòng)較大偷被。為了從根本上解決上述問(wèn)題刮盗，需對(duì)鉸刀幾何角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于加工設(shè)備采用專用機(jī)床逝遣，進(jìn)給量調(diào)整范圍較小(0.20～0.25mm/r)书县，因此刀具主偏角kr是決定切削層厚度和徑向切削力大小的關(guān)鍵參數(shù)。用于加工鋼等韌性材料的普通硬質(zhì)合金鉸刀的主偏角通常取kr=12°～15°(最大可取kr=30°)耽盛。由于鉸孔時(shí)切削層厚度僅為ac=0.025～0.032叉屠，鉸刀刃口稍有磨損，切削層便難以剝離而造成擠壓忿檩，使切削力(尤其是徑向切削力Fr)急劇增大(見(jiàn)圖2a)尉尾。為解決這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)將鉸刀主偏角增大為kr=60°燥透，從而使切削層厚度ac增大一倍沙咏，徑向切削力Fr減小一半(見(jiàn)圖2b)。由于鉸孔為精加工班套，切削余量較小肢藐，因此增大主偏角kr引起的軸向切削力Fo增大對(duì)加工過(guò)程基本無(wú)影響。
圖3 兩段切削刃示意圖
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圖4 鉸刀切削刃坐標(biāo)系 |
為獲得較理想的孔壁表面粗糙度吱韭，將鉸刀的切削錐部設(shè)計(jì)為分段切削形式吆豹，兩段切削刃的主偏角分別為kr1和kr2(見(jiàn)圖3)。其中杉女，主偏角較大的主切削刃擔(dān)負(fù)主要切削任務(wù)瞻讽；主偏角較小的過(guò)渡刃起微量切削及熨光作用。但由于過(guò)渡刃的主偏角kr2較小(0°30'～1°30')熏挎，因此在鉸刀磨制過(guò)程中兩段切削刃的交點(diǎn)難以控制，使加工質(zhì)量不夠穩(wěn)定晌砾。由于該鉸刀用于鉸削通孔障昆，因此磨制鉸刀時(shí)可在鉸刀前面磨出一個(gè)刃傾角"，這樣即可在圓柱刃和倒角刃的后刀面上相貫出兩段切削刃衫荒，通過(guò)調(diào)整鉸刀幾何參數(shù)(K1盲陨、K2、a1、a2岂便、l)椿啦，即可確定兩段切削刃的偏角和切削量。采用刃傾角l還可起到增加切削過(guò)程平穩(wěn)性深刁、減輕切削振動(dòng)估董、增大切削錐部切削刃前角的作用，從而可減小鉸削后孔徑的波動(dòng)量贪类，提高鉸孔質(zhì)量胃愉。
3 鉸刀幾何參數(shù)的計(jì)算
鉸刀優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于確定各幾何參數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系。為此暑尝，建立鉸刀切削刃的直角坐標(biāo)系(見(jiàn)圖4)现粗。
鉸刀的刃傾面方程為
鉸刀的圓柱刃后刀面方程為
鉸刀的錐切削刃后刀面方程可通過(guò)對(duì)XOY平面進(jìn)行三次坐標(biāo)變換(一次平移、兩次繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn))而得到襟雷，即為
其中刃滓，X"=0。簡(jiǎn)化式(3)可得
| X+Y(coskrtana2+tankrsinkrtana2)-Ztankr=RAtankr+K1
| (3') |
聯(lián)立求解方程式(1)耸弄、(2)注盈、(3)，可得兩段切削刃的拐點(diǎn)B的坐標(biāo)為
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| XB=(K1-K2Etanl)/(1-Etanl)
YB=(K1-K2)tanl)/(1-Etanl)
ZB=(K1-K2)tanatanl/(1-Etanl)+RA |
式中叙赚，E=tan(1-Etankrtana1-tankrsinkrtana2-coskrtana1老客。聯(lián)立求解方程式(1)、(3')和YOZ平面方程震叮，可得端面點(diǎn)C的坐標(biāo)為
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| XC=0
YC=-K2tanl
ZC=(RAtankr-K1-K2coskrtana2tanl-K2sinkrtankrtana2tanl)/tankr |
根據(jù)工件的擴(kuò)孔尺寸f11.8mm和鉸孔尺寸k12.006～12.03mm胧砰，可確定鉸刀直徑為k12.025～12.032mm。在本加工實(shí)例中選取K1=0.7mm苇瓣，K2=2.5mm尉间，a1=8°，a2=15°击罪，l=10°哲嘲，kr=60°，根據(jù)粗鉸崭夺、精鉸余量為2:1的分配關(guān)系宁斋，可求得粗鉸余量為1.3156mm(雙邊)，精鉸余量為0.0765(雙邊)史代。
根據(jù)計(jì)算結(jié)果慧男，設(shè)計(jì)制造了采用不等齒距結(jié)構(gòu)的專用鉸刀(見(jiàn)圖5)。該鉸刀應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)后乐玛，加工效果良好比摆，完全解決了原來(lái)存在的加工質(zhì)量問(wèn)題傻牙，且刀具耐用度提高了3倍。現(xiàn)已將鉸刀設(shè)計(jì)過(guò)程程序化休台，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)阐泻，并將該設(shè)計(jì)思路推廣應(yīng)用于其它孔加工刀具的設(shè)計(jì)。
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