□ 曾桂彬□ 周麗娜

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燃料棒是核電站里面參加核反應的重要組件，作為核反應燃料的鈾塊裝在鋯合金包殼管中，在包殼管的端面焊上端塞將鈾塊密封在包殼管里組成燃料棒。由于反應后燃料棒的包殼管內會有很多強放射性物質，并且要承受高溫高壓的嚴苛工作環(huán)境，如果密封不嚴會造成核泄漏，嚴重危及人員安全和造成環(huán)境污染。為了確保焊接后端面良好的密封性，要求焊接前包殼管的端面必須平整，且對于加工后端面與外圓的垂直度要求很高。因此在包殼管加工過程中必須對端面進行精銑加工，保證端面的垂直度。由于包殼管在自動化生產線上進行大批量加工，刀具的損壞會導致不合格品的產生及生產節(jié)奏的停頓，因此如何在保證加工質量的前提下提高銑刀刀片的壽命尤為重要。下面以專供給上海阿?，m公司的包殼管精定長自動化生產線中的端面精銑機為例，就如何利用偏心來提高管材端銑刀片壽命作具體分析。

1 端面精銑機簡介

如圖1所示，為了保證端面精銑的加工質量，端面精銑機采用了夾持力及對中性均非常好的氣動對中夾鉗，確保夾持的穩(wěn)定和定位的可靠，端銑刀片固定在動力頭前端的刀頭上，動力頭采用穩(wěn)定可靠的伺服驅動實現(xiàn)旋轉和進給，確保了加工過程的平穩(wěn)性。但設備安裝完成后，在實際生產過程中發(fā)現(xiàn)銑刀刀片比在法國使用的同類設備磨損更快，因銑刀刀片磨損失效造成的端面不合格品也更多。

2 偏心對刀片壽命的影響分析

經過對刀片工作情況的分析發(fā)現(xiàn)，管材軸心與刀片旋轉中心同軸安裝，在工作過程中，刀片上只有一小段刃口參與切削，由于這段刃口上每個工作點在切削工作過程中都會有磨損，當磨損達到一定程度這些工作點就會失效。工作點磨損的程度主要取決于該點參與切削的累計工作長度［1］（由于主要討論偏心對刀片工作壽命的影響，對于其它與偏心無關的影響因素此處就不作探討［2］），一個工作點參與切削工作達到一定長度就容易因為磨損過大而失效。如果安裝時讓管材軸心和刀片旋轉中心之間錯開一定距離，就能增加刀片上參與切削的刃口工作段長度，減小每個工作點的磨損，從而增加刀片壽命。由于實際加工過程是很多個重復的切削周期（刀片旋轉一圈為一個周期）共同完成的，因此只需要分析刀片上工作點在一個完整的切削周期中參與切削的工作長度，以此分析偏心距對刀片壽命的影響。以下就同軸安裝和偏心安裝對刀片壽命的影響作進一步的分析。

▲圖1 端面精銑機結構示意圖

3 偏心對刀片壽命的影響實例分析

▲圖2 刀片旋轉中心與管材中心同軸

▲圖3 刀片旋轉中心與管材中心不同軸

▲圖4 刀片工作段分析

▲圖5 刀片段工作分析

▲圖6 刀片段工作分析

▲圖7 刀片段工作分析

▲圖8 刀片段工作分析二

▲圖9 刀片段工作分析三

▲圖10 刀片段工作分析四

綜上可知，加工10 mm（外徑）×0.5 mm（壁厚）管材，管材軸心與刀片旋轉中心偏心距為0.5 mm時，刀片上所有工作點的單點工作長度最大為4.84π，而在管材軸心與刀片旋轉中心同軸的情況下，切削管材外圓的刀片工作點單點工作長度為10π，即在同軸加工時刀片的單點最大工作長度比偏心加工長一倍。同理，加工其它規(guī)格的管材時，適當?shù)钠膶ρ娱L刀片壽命也是有幫助的。

偏心雖然能提高刀片上每個工作點的使用壽命，但是由于刀片上工作點的變化也會帶來工作點（受力點）到刀桿軸心線距離（即力臂）的變化［6］，沒有偏心時，切削力與刀桿中心的力臂為刀片旋轉中心到切削點的距離，是恒定的，偏心越大，力臂變化越大［7］，動力頭的負載就會產生波動［8］，對精銑加工的質量產生不利影響［9］。另外，刀片上只有一段工作點參與切削，當這段工作點失效后可以將刀片移動一段位置（如圖11所示，將刀片從位置一移動距離t后到達位置二），避開前面的工作段使用新的工作段繼續(xù)切削［10］。由于同軸切削時刀片上只有長度為管材壁厚的工作段參與工作，因此只需移動一個管材的壁厚即可避開原工作段，而偏心時需要移動管材壁厚加上二倍的偏心距才能避開原工作段。偏心對于同一塊刀片可移動位置重復利用的次數(shù)也會減少。

▲圖11 刀片移位示意圖

4 實施效果

實際生產過程中，以前在加工10 mm×0.5 mm的管材時，每加工200根就要移動一次刀片位置，而現(xiàn)在加工400根才移動一次刀片位置，且由于刀片原因產生的不合格產品也比原來有所減少［11］。因為停機移刀的時間大幅減少，工人的勞動強度也得到了大幅降低。在加工其它規(guī)格的管材時移刀頻率也有不同程度的降低。

5 結論

在管材銑端面的加工過程中，管材軸心與刀片旋轉中心保持適當?shù)钠膶ρ娱L刀片使用壽命是有幫助的。