E形螺栓加工刀具工艺研究.pdf

制造与工艺 Manufacturing and Process44 今日制造与升级 2023.60引言刮板输送机（以下简称“刮板机”）螺栓是刮板机众多配件中的一类，是刮板机正常工作必要的联接零件，此类螺栓主要有 E 形螺栓和 U 形螺栓，二者通过外观就可以进行区分。刮板机 E 形螺栓其外观类似英文字母“E”，通常都是配套刮板、链条形成刮板链使用，主要是将刮板机中刮板、链条联接起来，实现对煤的拉动输送功能，因此每台刮板机所用 E 形螺栓的数量较多。近年来，传统机械加工行业顺应时代发展需要，不断更新加工设备，作业过程逐渐从手动作业向半自动化/全自动化加工转变。目前，E 形螺栓在普通机床加工工艺逐渐被淘汰，已被自动化程度高的数控机床取代，因此数控机床加工 E 形螺栓时所选用工装、刀具也出现不同程度变化。正确选用工装、刀具以及刀具的切削参数就显得非常重要，特别是有必要对刀具结构的合理性进行研究，因为合理的刀具结构直接影响到刀具使用寿命、机床的精度、工装的寿命和产品的加工质量。1 加工工艺分析1.1 工艺现状E 形螺栓零件主要在普通车床设备加工，通过手动车外圆、倒角和车螺纹三道工序，属于重手工作业，劳动强度高、生产效率低。E 型螺栓加工调整至数控加工中心设备加工后，数控加工中心机床对零件的精度要求较高，零件的外形尺寸精度直接影响到产品加工质量的稳定性。为了保证螺栓加工质量，E 形螺栓在数控加工中心加工前需要对每一件零件进行校正。以 M24螺栓螺纹为例进行说明，其加工工艺过程：先后依次使用 D28套镗刀粗外圆 D26套镗车刀粗外圆 D25套镗车刀半精外圆 D24精镗刀精外圆倒角刀倒角滚压螺纹刀滚压螺纹，完成对螺栓螺纹的加工。1.2 刀具情况加工 E 形螺栓外圆柱时，使用刀具为2把粗镗刀、1把半精镗刀、1把精镗刀、1把倒角刀和1把滚压螺纹刀。为了便于排屑，所有外圆镗刀结构均采用开放式两侧对称2刀刃结构。（1）外圆粗镗刀（图1a）镗削外圆柱面时，粗镗刀具呈悬伸状态，加之零件外圆毛坯校正后还是存在一定变形，螺栓零件自动夹紧后，加工过程粗镗刀两侧刀刃不能同时参与切削，存在单刃切削的情况，且刀具悬伸长度大，刚性较低。此种状态下，切削时产生较大的振动和噪声，加工过程不稳定，刀片经常出现崩刃现象，使用寿命低，加工成本高，加工后零件表面产生较大刀纹。（2）外圆精镗刀（图1b）精镗圆柱外圆时，刀具两侧刃均参与切削过程且受力均匀，但由于刀具两刀刃悬空长度大，随着加工深度增加，精镗后外圆尺寸开始出现微观变化，加工完外圆柱尺寸存在误差，出现上端尺寸小，下端尺寸小的情况。理论尺寸如图2中 a 所示，实际尺寸如图2中 B 所示，加工后实际尺寸不符合图纸要求。螺纹滚压刀（图3）滚压螺纹。螺纹加工，传统加工方法多采用车削螺纹、铣削螺纹和板牙成型的方法加工螺纹。这3种加工方法生产效率低，螺纹质量不稳定，产品一次交检合格率低。现阶段采用新型滚压技术加工 E 形螺栓螺纹，加工时需要将外圆尺寸加工至螺栓中径尺寸，再摘要随着人工智能、大数据、云计算等技术的发展，数控机床的智能化程度不断提高，E 型螺栓螺纹多在数控加工中心设备加工，由于不同设备、不同工艺方法，对刀具的要求不一样，因此，通过对数控设备加工工艺、使用刀具的研究改进，来提高 E 型螺栓加工质量和生产效率并降低成本。文章结合 E 形螺栓在机械加工过程中存在的问题，找到问题的关键点，通过对现有刀具结构进行改进，增加刀具刚性和切削的稳定性，从而达到提高 E 形螺栓加工质量和降低生产成本的目的。关键词E 形螺栓；刀具；成本；效率中图分类号TH161+.1 文献标志码AE形螺栓加工刀具工艺研究吴柏庆，魏小英（宁夏天地奔牛实业集团有限公司，宁夏石嘴山753001）制造与工艺 Manufacturing and Process2023.6 今日制造与升级 45使用滚压轮以挤压成型的方式将螺纹加工至图纸工艺所要求尺寸。图3 滚压技术加工螺纹2 优化改进通过分析 E 形螺栓加工现状，总结出影响 E 形螺栓圆柱外圆尺寸的关键因素是加工刀具结构的选择，刀具结构设计合理，强度和刚性满足切削要求，才能加工出质量稳定的产品。为了满足加工要求，以最低投资成本为目的对现有加工刀具进行结构改进，进而使镗刀切削时径向能够承受足够的压力，保证刀具的刚性，解决加工中存在的问题，减少振动、噪声及崩刃现象，提高加工效率，降低加工成本。具体改进过程如下。2.1 使用卡箍对刀具结构进行改进在外镗刀刀体端头加装卡箍来增加刀具刚性。使用专用工具将2件直径符合要求卡箍（图4a）锁紧在外镗刀刀体上（图4b），分解加工过程外镗刀径向受力。此时，外镗刀在切削外圆过程中刀体振动现象得以缓解，噪声降低。但由于卡箍自身强度限制，在加工完12件 E 形螺栓后，加工过程的异常振动、噪声又会出现，零件加工后表面粗糙度达不到图纸要求，同时刀片崩刃现象继续发生，此方法仍然无法大批量长时间生产加工。（a）卡箍（b）安装卡箍后外镗刀图4 使用卡箍增加镗刀刚性2.2 采用固定套增强镗刀体刚性为了彻底减少切削振动和刀片崩刃问题，进一步改进外圆镗刀。按照镗刀外圆尺寸设计固定套（图5a），固定套内孔尺寸与刀体外径配干，使刀体装入固定套；固定套壁厚为3 6mm，宽为35 40mm（具体根据刀具实际尺寸确定），设计薄壁套，并将薄壁套焊接于刀体端头进行加固（图5b），增加镗刀体刚性。t6D（a）薄壁套（b）焊接薄壁套后镗刀图5 使用薄壁套增加镗刀刚性3 改进效果通过不断改进外圆镗刀，发现改进前一组刀片加工9件 E 形螺栓，使用卡箍改进后一组刀片可加工21件 E 形螺栓，使用3mm 厚的固定套改进后，一组刀片可加工3680806045722840侧固（a）外圆粗镗刀68962440侧固（b）外圆精镗刀图1 粗精镗刀结构24AB图2 螺栓外圆柱加工后示意制造与工艺 Manufacturing and Process46 今日制造与升级 2023.6件 E 形螺栓，使用6mm 固定套后一组刀片可加工84件 E形螺栓，具体数据见表1。表1 原刀具改进前后加工数量和使用刀具情况分析对比名称每组刀片加工零件数量（件）更换刀片频次和时间与原刀具对比效率提高（%）每件零件产生刀具费用（元）与原刀具相比每件零件节省刀具费用（元）原刀具95 次/班；150min77.8使用卡箍改进后刀具213 次/班；90min提高 4033.444.4使用 3mm 固定套改进后362 次/班；60min提高 6019.558.3使用 6mm 固定套改进后841 次/班；30min提高 808.369.5由表1可知，通过对外圆镗刀的不断改进，使用同样质量和数量的刀片，改进前后加工零件数量、生产效率、刀片成本存在很大区别。其中使用卡箍固定镗刀后生产效率提高40%，单件螺栓加工刀具成本降低44.4元；使用3mm 固定套固定镗刀后生产效率提高60%，单件螺栓加工刀具成本降低58.3元；使用6mm 固定套固定镗刀后生产效率提高80%，单件螺栓加工刀具成本降低69.5元，刀具成本降低89%以上。通过对外圆镗刀的3次改进，整个刀体的刚性增强，一次性加工零件数量大大提高，加工过程异常振动和噪声消失了，切削过程也稳定了。加工后零件的粗糙度符合图纸工艺要求，刀片没有出现异常崩刃的现象，解决了外圆镗刀在加工过程中出现的所有问题，零件加工一致性可达99.8%，零件一次交检合格率100%，加工效率大大提升，加工成本也明显降低。4 结束语通过对 E 形螺栓外镗刀结构的改进，使外镗刀使用的刀片寿命增长、更换频次降低、生产效率提高、成本降低，产品一次交检合格率提高。而且使用过程中，安全性也可以保证。但刀片寿命仍然有继续提升的空间，可与刀具厂家进行沟通，根据现有结构进行改进，持续提高刀片寿命。在现代工业生产中，随着数字化、智能化的不断升级，数控设备加工刀具研究的不断深入，不只在刀具本身结构方面进行原理性研究，而且在刀具的对刀、加工时刀具与工件相对位置之间的调节等都有很大的研究空间。与此同时，刀具的自动换刀、定位和调刀等工艺步骤的智能化也成为了新的研究热点。在数字化智能化制造的今天，先进的机床已经达到可以通过判断镗刀与工件之间的距离和刀刃镗削加工时所受到力的大小变化，实现自主判断形成刀具磨损修正和刀具误差补偿调节等功能，并且已演变成智能化加工过程中重要的一个环节，在未来市场上将会拥有非常广阔的应用前景。参考文献1 张海平.液压螺纹插装阀M.北京：机械工业出版社，2022.2 王秀伦.螺纹滚压加工技术M.北京：中国铁道出版社，1990.3 周维泉.螺纹的车铣数控加工M.北京：机械工业出版社，2017.4 闻邦椿.机械设计手册（连接与紧固）M.北京：机械工业出版社，2012.5 陈心昭.机械加工工艺装备设计手册M.北京：机械工业出版社，1996.6 徐灏.机械设计手册M.北京：机械工业出版社，2000.7 陈永.金属材料常识M.北京：机械工业出版社，2016.作者简介吴柏庆（1979），男，甘肃金昌人，本科，助理工程师，主要研究方向为矿用机械设备制造。