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171/172数控切断机床刀具的国产化研制 |
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作者：赵志江 沙波 王本臣 李本孝 |
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1 引言
天津钢管公司是我国石油套管及接箍无缝钢管的主要生产企业。公司八十年代末从美国PMC公司引进两台用于切断加工无缝钢管的数控专用机床(简称171/172切断机床)。该机床采用主轴带动刀盘旋转(即刀具旋转)、工件静止不动的加工方式，可避免采用工件旋转加工方式的普通切断机床加工时因管子不圆、壁厚不均等因素造成的振动，从而可减少因振动引起的打刀及对机床主轴的损坏。此外，由于加工时管子处于静止状态，减少了装夹、调整、对刀等工序，从而大大提高了生产效率，保证了加工连续性，降低了生产成本。
171/172切断机床的刀盘上均布安装了4把切断刀(见图1)。机床工作时，主轴带动刀盘旋转，在输入计算机的加工指令控制下，4把切断刀同步进刀及退刀，一次完成切断加工。由于4把切断刀同时参与切削，即每把刀只承担总切削量的1/4，因此刀具加工余量小、切削负载轻、使用寿命长。
图1 切断刀具安装示意图
171/172切断机床用刀具对相关的刀片、刀体及其附件的精度和互换性要求较高。由于采用定尺寸硬质合金刀片，加工时可实现刀片的快速更换；刀具的结构设计也考虑了在一定范围内的尺寸可调性，因此一种规格的刀杆可适用于多种规格管子(4½”～10¾”)的加工，实现了一刀多用。由于该切断刀具专用性较强，尺寸精度要求严格(平行度、垂直度、平面度误差均在0.005～0.010mm 范围内)，对硬度、耐磨性等性能指标的要求也很高，因此该机床投产以来，刀具一直依赖进口，不仅价格昂贵，耗费大量外汇，而且供货周期长，难以满足现场生产需要。为此，从1994 年开始我们对切断机床用刀具进行了国产化研制，并取得了成功。
2 切断刀具结构及工作条件
2.1 刀具结构及尺寸调整
切断刀具的结构如图2所示。由于171/172切断机床的加工尺寸范围较大(4½”～10¾”)，而所用刀具仅有3 种规格，因此刀具中设计了尺寸调整机构，尺寸的调整通过调整螺钉TA-2938 来实现。调整步骤如下：将刀片置于下刀夹TB-4121 上，通过紧固螺钉3 压紧上压板TA-2872，使刀片在下刀夹上夹紧。
图2 切断刀具结构图
然后在刀具预调室内将刀具置于图3 所示的刀具调整规TE-2665 内并固定好，通过转动手柄TB-2468，可将调整螺钉TA-2938 调整到所需尺寸，然后紧固螺钉4(见图2)，压紧半螺母压板TA-3058-A，使调整螺钉TA-2938 固定，即完成了加工尺寸的调定。将调定尺寸的4 把切断刀安装在切断机床的刀盘上，即可进行切断加工。
图3 刀具调整规
图4 刀具设计图
2.2 刀具工作条件
工作温度：常温；切削速度：200～600ft./min(61～183m/min)；主轴转速(可调)：100(400)r/min；冷却液：乳化油；加工时，刀具在刀盘槽内作径向运动。
3 刀具材料选择
从进口刀片的使用情况分析，刀片材料为YT系列硬质合金。由刀体的设计结构(刀体厚度为22.6mm，长度为247.25mm，上有6个挖空的槽)可知，如刀具材料选择不当，热处理时极易变形，很难达到0.01mm 的平面度设计要求。根据哈尔滨第一工具厂加工类似产品的经验，经过工艺试验，最终选定刀具材料为42GrMo。
4 刀具设计及制造工艺
4.1 刀具设计
进行刀具设计时，首先对刀具样品进行测绘，并对现场安装、使用情况进行调查分析，最后确定设计方案。171/172切断机床用切断刀具由刀片、上下压板、可调整螺栓、半螺母压板、螺钉及刀具主体组成。刀具设计图(以4½”～10¾”切断刀具为例)如图4所示。
4.2 制造工艺
由于切断刀具精度高、外形复杂，凹槽较多，易产生加工变形。因此，在制订加工工艺时，采取以铣削、磨削为主，每道工序检查的方法来确保刀具加工精度。切断刀具的加工工艺流程为：锻→铣、磨外形→粗铣多槽→调质处理→钻孔、攻丝→半精铣多槽→精铣各槽到尺寸→半精磨外形→表面渗氮处理→液体喷砂→精磨到尺寸→成品检验→包装入库。
5 刀具热处理工艺
根据刀具结构的特殊性及使用要求，对刀具进行热处理时需先进行调质处理，调质硬度28～32HRC。待半精加工完成后，再进行表面渗氮处理，渗氮层厚度0.4～0.6mm，硬度600～750HV。热处理后应保证刀具不变形，达到设计精度要求。
6 结语
5年多的装机使用证明，171/172数控切断机床用国产化切断刀具的尺寸精度、表面硬度、耐磨性、耐用度等性能指标均已达到国外同类产品水平，并在生产中完全替代了进口刀具。与进口刀具相比，国产刀具在供货周期、采购价格等方面均有较大优势。切断刀具国产化的成功保证了天津钢管公司的生产需要，缩短了刀具供货周期，降低了加工成本。(end)
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(4/9/2007) |
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