多刀错位盘铣刀的设计与应用

宋晓军，王红来，高兵川

西安重装铜川煤矿机械有限公司 陕西铜川 727031

弹簧导杆在液压支架侧护装置中起连接与导向的作用，用于固定锁销板，内置行程传感器的液压缸缸底等均需加工直角开口槽。传统直角开口槽加工工艺为：首先预钻孔，其次沿预钻孔切线锯，最后使用棒铣刀进行铣削。由于棒铣刀外径较小，主切削刃较长，刚度较低，当切削量较大时，加工效率低，且棒铣刀容易折断，造成生产成本浪费，不利于企业资源的有效利用[1]。同时，棒铣刀加工工艺较为复杂，包括划线、钻孔、锯开、铣削和清根工序，并且一次只能完成一个直角开口槽的铣削，多次搬运、定位、装夹，造成人工及时间成本的浪费。棒铣刀加工直角开口槽示意如图1 所示。

图1 棒铣刀加工直角开口槽示意

1 设计方案

西安重装铜川煤矿机械公司为矿用液压支架专业生产厂家，其生产的液压支架立柱千斤顶的很多零部件需要加工直角开口槽，为提高此类零部件的加工效率，降低生产成本，公司探索设计了超宽、超深直角开口槽多刀错位盘铣刀 (以下简称“多刀错位盘铣刀”)，将原有的划线—钻孔—锯—铣削加工工艺，变更为铣加工，缩短了加工路线，提高了生产效率。多刀错位盘铣刀由铣刀盘、刀体、刀片槽组成，如图2 所示。根据工件直角开口槽的宽度、深度确定盘铣刀刀片槽的位置、数量及槽深，刀片在铣刀盘上错位线性排列，在机床主轴的带动下，盘铣刀刀盘每旋转一周即可完成一次直角开口槽在宽度方向上的铣削加工[2]。

图2 超宽、超深直角开口槽多刀错位盘铣刀

多刀错位盘铣刀的铣刀盘盘心处设有刀柄安装孔以及 4 个螺钉固定孔，可通过螺栓快速将刀盘安装在刀柄上。铣刀盘正反两面分别设有若干个用于安装刀体的刀片槽，刀片槽右侧设有容屑槽，可将铣削过程中产生的切屑顺利排出。设计时根据直角开口槽宽度和深度计算铣刀盘大小、厚度以及刀片槽的位置、数量、槽深，所有刀体沿刀盘轴线方向错位线性排列[3]。以西安重装铜川煤矿机械公司生产的φ125/85 缸径系列千斤顶为例，为了进行位移数据监测，需要在液压缸缸底处加工直角开口槽，以便于完成内置传感器的安装，如图3 所示。

图3 内置位移传感器液压缸

以内置位移传感器液压缸为例，该液压缸缸底直角开口槽宽为 56 mm，深为 105 mm。经计算，刀盘半径=主轴半径+沟槽深度，因此设计铣刀盘直径为 360 mm，厚度为 50 mm，使用切刀宽度为 5 mm；共需要的切刀数量为 56÷5=11.2，由于切刀需要错位排列，因此共需要 12 把切刀。在刀盘正反两面分别均布 6 个刀片槽，每个刀片槽安装 1 把切刀，均匀安装 12 把切刀，即刀盘正、反两面各安装 6 把切刀，每把刀与相邻刀片错位排列。盘铣刀单面刀具切削投影如图4 所示，其中投影 1～投影 6 为铣刀盘正面切刀错位排列，每把刀宽为 5 mm，相邻切刀之间重合段为 0.4 mm；同理，铣刀盘反面 6 把切刀错位排列位置与图4 相同。

图4 切刀错位排列投影

通过机床主轴带动刀盘转动，即铣刀盘每在主轴上旋转一周，被加工直角开口槽完成一次宽度方向加工，且一次达到宽度尺寸，缩短了加工工艺，提升了加工效率，同时避免不同工序之间来回倒运。

为提高生产效率，减少人工及时间成本，将多刀错位盘铣刀与工件定位压紧工装配合使用，如图5 所示，可一次完成 6 个液压缸缸底直角开口槽切削加工。经过生产现场统计分析，使用新设计的多刀错位盘铣刀配合定位工装后，φ125/85 规格液压支架液压缸缸底生产效率提升 6 倍，且缩短了加工工序，减少了活件在不同工序之间的倒运，减轻了职工劳动强度，提升了产品的加工质量。

图5 多刀错位盘铣刀铣削直角开口槽示意

2 创新点

(1) 多刀错位铣削加工，铣床主轴每旋转一周即可完成一次开口槽在宽度方向上的铣削，成功解决了传统棒铣刀加工效率低、加工精度差、易崩刃断刃、安全生产无法保证等问题，具有很好的适应性[4]。

(2) 与传统直角开口槽加工工艺相比，多刀错位盘铣刀将所有加工工序整合，配合定位夹紧工装一次完成多个直角开口槽的铣削，实现生产效率翻倍提升，同时提升了产品加工质量，降低了职工劳动强度。

(3) 在加工过程中，当遇到不均匀或加工难度较高的机械零件时，刀片很容易受损。传统的棒铣刀刀柄与刀体为一体式设计，当刀体受损时，刀柄也无法继续使用，造成极大的浪费；多刀错位盘铣刀刀盘和刀体采用分体式设计，当刀体受损时，可从刀盘上单独拆卸更换，降低了铣刀的使用成本。

3 结语

综上所述，新设计的超宽、超深直角开口槽多刀错位盘铣刀，优化了直角开口槽加工工艺，改善了铣削过程的稳定性和可靠性，生产率得以有效提升；同时，解决了传统棒铣刀加工效率低、加工工艺复杂、刀体损耗严重等问题，在提高生产效率、降低刀具及人工成本方面效果显著。