注塑機拉桿的環(huán)形槽是整個(gè)抱合結構的關(guān)鍵，環(huán)形槽的加工是拉桿生產(chǎn)過(guò)程中至關(guān)重要的一環(huán)。設計新型旋風(fēng)切削復合機床和專(zhuān)用刀具并應用到拉桿環(huán)形槽進(jìn)行加工，能有效地解決原先環(huán)形槽加工排屑差、生產(chǎn)效率低及安全生產(chǎn)得不到保證的問(wèn)題。
目前二板式注塑機由于其運動(dòng)及動(dòng)力特性合理、調模方便、合模剛性和精度好、結構緊湊簡(jiǎn)潔及占地較少等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越成為市場(chǎng)的主流。二板機的調模動(dòng)作由抱合結構來(lái)完成，抱合螺母取代調模螺母。其中拉桿是整個(gè)注塑機的關(guān)鍵件，將三板式注塑機調模螺紋改進(jìn)為抱合環(huán)形槽，而環(huán)形槽的加工在整個(gè)拉桿生產(chǎn)工藝中相對關(guān)鍵。
拉桿環(huán)形槽加工普遍都采用數控車(chē)床單刀切削，這樣的加工工藝存在排屑差、效率低等諸多問(wèn)題，在當前工業(yè)領(lǐng)域高速發(fā)展情況下，高效率、高質(zhì)量和低勞動(dòng)力的生產(chǎn)方法已是必然方向，基于這個(gè)趨勢，本文將普通數控車(chē)床整體重新設計，改裝為新型旋風(fēng)切削復合機床并設計專(zhuān)用刀具，通過(guò)在拉桿環(huán)形槽加工中的應用，將問(wèn)題有效地解決。
1. 環(huán)形槽加工問(wèn)題現狀
拉桿需要在柱體外圓面上加工等距排列的環(huán)形槽，如圖1所示。
圖1 拉桿外圓加工環(huán)形槽
單刀切削即將工件裝夾至普通數控車(chē)床，采用普通槽刀在數控車(chē)床上進(jìn)行數控插補進(jìn)給切削。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，徑向粗車(chē)時(shí)導致無(wú)法斷屑，一次進(jìn)給，整個(gè)過(guò)程形成連續不斷的長(cháng)條鐵屑。為防止鐵屑纏繞工件、纏繞損壞刀具以及亂甩傷人， 需配輔助人員持長(cháng)鐵鉤進(jìn)行拉絲，為安全生產(chǎn)埋下了隱患；刀桿壓刀片長(cháng)時(shí)間在槽刀排屑槽產(chǎn)生的連續鐵屑作用下，厚度變薄強度下降，導致刀桿壽命大幅度降低；槽刀產(chǎn)生的鐵屑遮蓋于槽刀上方，造成冷卻液無(wú)法充分進(jìn)入到切削點(diǎn)，切削溫度高導致刀具磨損加快，同時(shí)使加工精度降低，已加工表面產(chǎn)生殘余應力。
2. 整體設備改裝設計要點(diǎn)
對環(huán)形槽加工問(wèn)題現狀進(jìn)行分析，設計新的加工方式替換原來(lái)的單刀切削。通過(guò)資料比對，選擇旋風(fēng)銑銑削環(huán)形槽有下列優(yōu)點(diǎn)：
高速切削加工時(shí)， 形成安全性好的C形短切屑，帶走大量的切削熱量，保證刀具壽命，減少傳給工件的熱量有助于降低零件熱變形。隨著(zhù)切削速度提高，切削加工時(shí)間和切削力減少，有利于對剛性差零件的切槽加工，同時(shí)降低加工成本。從數控加工工藝上看，外旋風(fēng)銑削數控編程簡(jiǎn)單，并且切削的精度也相對較高。解決了多刀切削和高速切削的問(wèn)題后，結合徑向重載切削和一次裝夾復合切削是需要攻克的難點(diǎn)。
由于精車(chē)外圓需要，原有車(chē)床刀架必須保留。國內沒(méi)有標準的徑向重載切削專(zhuān)用旋風(fēng)切削復合設備設備，但國外進(jìn)口成套設備價(jià)格昂貴，后期使用、維護費用高?；谝陨戏治?，最終方案采用現有普通數控車(chē)床改裝成新型旋風(fēng)切削復合機床。
3?. 新型旋風(fēng)切削復合機床結構特點(diǎn)
設計新型旋風(fēng)銑專(zhuān)用銑削頭以及刀盤(pán)刀具，并與原有設備CKW61125配套改裝使用來(lái)解決當前環(huán)形槽加工問(wèn)題。
?。?）確定機床整體的加工原理。圖2所示為新型旋風(fēng)切削復合機床。工作過(guò)程為刀盤(pán)轉動(dòng)帶動(dòng)合金涂層成型刀片，采用高速切削；車(chē)床主軸帶動(dòng)工件慢速旋轉作為進(jìn)給運動(dòng)；旋風(fēng)銑削頭安裝在車(chē)床拖板上，并在車(chē)床中拖板帶動(dòng)下進(jìn)行徑向運動(dòng)作為徑向進(jìn)給運動(dòng)。
圖2 新型旋風(fēng)切削復合機床模型
1.機床卡盤(pán) 2.機床中心架
3.新型旋風(fēng)銑專(zhuān)用銑削頭 4.拉桿
5.機床尾座頂尖 6.機床床身
7.機床中拖板 8.機床原刀架
?。?）專(zhuān)用銑削頭結構如圖3所示。根據加工拉桿環(huán)形槽的實(shí)際情況，進(jìn)刀方向基本為機床的X軸，主要依靠徑向切削，所以專(zhuān)用銑削頭的主軸所承受的徑向切削力遠遠大于軸向力，因此，對主軸徑向剛性載荷要求相對較高，合理設計拉桿環(huán)形槽專(zhuān)用旋風(fēng)銑主軸支承相關(guān)零件的結構形式，對實(shí)現精密銑削加工起著(zhù)關(guān)鍵的作用。
圖3 新型旋風(fēng)銑專(zhuān)用銑削頭模型
1.中心墊塊 2.刀盤(pán) 3.交流電動(dòng)機（變頻調速）
4.電動(dòng)機帶輪 5.殼體 6.主軸帶輪
7. 潤滑密封件 8.主軸軸承 9.主軸
10.專(zhuān)用銑削頭（主要部件有底座）
優(yōu)化設計的專(zhuān)用銑削頭主軸結構如圖4所示。優(yōu)化后主軸前端采用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承3182114C，后端采用圓錐滾子軸承30309一對組合支承。其中圓錐滾子軸承組合主要用于承受以徑向載荷為主的徑向與軸向聯(lián)合載荷，使主軸軸向定位，并調整軸向間隙，那么限制軸在殼體的軸向位移，大大地提高了主軸結構整體徑向載荷。與角接觸球軸承相比，承載能力更大，進(jìn)一步保證了主軸結構的剛性。所以經(jīng)過(guò)優(yōu)化設計的主軸結構配置更加緊湊，在加工拉桿環(huán)形槽時(shí)具有更好的剛性和精度，可滿(mǎn)足于切削環(huán)形槽銑削加工的要求。
圖4 專(zhuān)用銑削頭主軸結構
1.刀盤(pán) 2、7. 骨架密封圈
3. 圓錐孔雙列圓柱滾子軸承3182系列
4.主軸 5. 圓錐滾子公制30000系列
6.O形圈
而主軸動(dòng)力由電動(dòng)機輸出，傳統動(dòng)力傳遞都采用摩擦型帶傳動(dòng)的V形帶，由于切削時(shí)受交變載荷作用，皮帶會(huì )伸長(cháng)及縮短而使刀盤(pán)產(chǎn)生周向振動(dòng)，導致加工過(guò)程中工件和刀具的損壞并降低工件表面精度。新設計的同步帶應用形式是靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動(dòng)的，傳動(dòng)更為平穩，加工后環(huán)形槽的表面粗糙度值較低。
?。?）刀盤(pán)及刀具。本文設計的旋風(fēng)銑削刀具是根據拉桿環(huán)形槽專(zhuān)門(mén)針對性仿形設計的，利用NX系統進(jìn)行刀具的精確三維實(shí)體造型，并對旋風(fēng)銑削刀具進(jìn)行性能分析?？紤]到每把銑削刀片都是斷續切削，接觸工件瞬間有沖擊力，如果整把刀片仿形成整個(gè)槽體形狀，造成接觸面過(guò)大，過(guò)大的載荷以分布力的形式加在相應的切削刃上，產(chǎn)生大量切削熱致使刀具磨損加快及刀盤(pán)振動(dòng)。
如何減少切削載荷，是設計刀具工作中關(guān)鍵的環(huán)節。首先從減少接觸面入手，將整把刀片從縱向一分為二，刀片1和刀片2在刀盤(pán)兩側圓周上分別交錯排布，使每把刀片所承受的載荷減少，有效地提高了整組刀具的使用壽命，并大大提高了進(jìn)給速度，使高速切削更加可靠合理。根據以上設計要求，選擇《旋風(fēng)銑削刀具的設計與有限元結構分析》文獻推薦的參數選取刀片的前角為0°、頂刃后角為8°、側刃后角為4°和刀片厚度為4mm，刀具材料為金屬碳化物硬質(zhì)合金WC，彈性模量為7.06e11Pa，抗彎強度為1.7GPa。表面附有硬質(zhì)涂層材料。
設計刀盤(pán)結構排布更多數量的刀片以降低切削載荷，同時(shí)刀片下部的支承部分又要保證足夠的強度，那么兩者兼顧分析，最終設計為均勻排布18把刀片，刀盤(pán)外徑200mm，依托導向加平鍵與主軸相聯(lián)接，設計轉速0～2 000r/min，依靠交流電動(dòng)機（見(jiàn)圖3）變頻調速來(lái)實(shí)現無(wú)級變速，轉速數值顯示于控制面板，采用觸摸熒光屏人機對話(huà)，操控精確且簡(jiǎn)便。
4?. 生產(chǎn)應用前景
本次根據拉桿環(huán)形槽所設計出的新型旋風(fēng)切削復合機床，在CKW61125中拖板上（見(jiàn)圖2）加裝旋風(fēng)銑專(zhuān)用銑削頭，在車(chē)床原有結構不改動(dòng)的前提下，做到退可銑、進(jìn)可車(chē)的復合加工，銑削和車(chē)削共用同一塊拖板及同一個(gè)系統，將銑刀位作為T(mén)1，原刀架上的車(chē)刀位作為T(mén)2/T3/T4，操作簡(jiǎn)便，在工件一次裝夾的情況下，外圓（包括其他車(chē)削尺寸）和環(huán)形槽可同時(shí)保持精度。主軸結構承載更多徑向載荷，切削系統足夠的剛性使工件精度可靠。
同步帶輪組傳動(dòng)有效化解了斷續切削中常有的周向振動(dòng)問(wèn)題。合理的刀具結構，不僅避免了加工振刀，而且減少了切削熱量，增加了刀具的使用壽命，提高了進(jìn)給速度，降低了表面粗糙度值。
本文設計的機床和刀具能在實(shí)際生產(chǎn)中滿(mǎn)足拉桿環(huán)形槽的加工要求，相對于傳統的普通數控車(chē)床單刀切削，具有高效率、經(jīng)濟、環(huán)保、降低勞動(dòng)強度和安全生產(chǎn)等優(yōu)勢。從目前二板機上升的市場(chǎng)份額來(lái)看，合理的環(huán)形槽加工方式應用會(huì )更加廣泛。
