薛 飛

上汽大眾汽車有限公司 上海 201805

缸體孔系加工中有不少悶蓋孔，精度等級H9。以5B286孔為例，如圖1所示，先用兩刃帶直槽鉆將毛坯鉆出φ19.5的孔，再鉸至φ20H9。這種“鉆－鉸”的工藝路線（見圖2）是加工中小直徑孔普遍采用的加工方式，該方案加工經(jīng)濟(jì)精度能達(dá)到7級。但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中偶爾會遇到悶蓋孔加工直徑超差的現(xiàn)象，但追溯工件批次后，發(fā)現(xiàn)往往這種超差件的前后加工工件孔直徑都是合格的。這也就意味著通過正常的抽檢無法完全發(fā)現(xiàn)這種直經(jīng)超差工件，只有等到缸體送到裝配線在壓裝悶蓋時(shí)才會被發(fā)現(xiàn)。

圖1 悶蓋孔工序

圖2 “鉆—鉸”工藝示意

問題分析

經(jīng)過分析加工工藝和加工程序，認(rèn)為這種超差現(xiàn)象是由于鉸刀刀柄粘鐵屑造成的。如圖3所示，GROB加工中心的刀庫中有一個清潔刀柄的毛刷。執(zhí)行換刀的輔助命令有二種，一種是M6指令，該指令動作為先用毛刷清潔刀柄然后換刀；另一種是M66指令，該指令動作為不清潔刀柄直接換刀。當(dāng)前刀具加工時(shí)間較長時(shí)，刀庫中有足夠的時(shí)間完成毛刷清潔刀柄動作，就采用M6命令換刀，當(dāng)前刀具加工時(shí)間小于刀庫的換刀時(shí)間（例如只加工一個孔），為了不引起等待換刀對節(jié)拍的影響。GROB編程人員就會使用“不刷刀柄直接換刀”的方式。

圖3 刀庫清潔刀柄毛刷機(jī)構(gòu)

既然找到了原因，解決的辦法就有了，只需要把鉸刀的換刀指令改為M6。問題看似解決了，但毛刷清潔刀柄過程需要3s，而且同一道工序，類似情況還不只一把刀具，需要繼續(xù)探尋是否存在既能解決主軸粘屑的問題又能不延長節(jié)拍的辦法。仔細(xì)分析工藝要求和毛坯結(jié)構(gòu)，筆者提出了采用三刃鉆的加工方案。

如圖4所示，先用加工M10螺紋底孔的鉆頭將實(shí)心毛坯上鉆穿一個φ8.5mm的工藝孔，再用三刃鉆擴(kuò)至φ20H9。由于M10螺紋底孔本來就在該工序上加工數(shù)量較多，應(yīng)此加工螺紋底孔的時(shí)間足夠三刃擴(kuò)孔鉆在刀庫內(nèi)清潔刀柄。該方案同時(shí)減少了原φ19.5mm直槽鉆的換刀和切削時(shí)間。

圖4 三刃擴(kuò)孔鉆結(jié)構(gòu)與角度

方案實(shí)施

和普通兩刃麻花鉆相比三刃鉆有以下特點(diǎn)：

（1）鉆芯厚度大，鉆頭剛性好 該孔在毛坯上已經(jīng)預(yù)鉆出φ8.5mm的通孔，所以鉆芯處的橫刃不參與切削，鉆頭加工時(shí)軸向抗力相對較小。

（2）三條刃帶在孔壁上支撐，導(dǎo)向性好 普通鉆頭是二刃帶支撐，加工過程中容易擺動，導(dǎo)向性差，加工出的孔容易失圓。如圖5所示，為用原“鉆—鉸”工藝與優(yōu)化后擴(kuò)孔工藝分別加工的缸體悶蓋孔，經(jīng)三坐標(biāo)測量儀測量的結(jié)果。FORM代表測量孔時(shí)，取樣點(diǎn)與理想圓的誤差情況。其中φ19.5mm兩刃帶直槽鉆加工FORM為0.0019mm，φ20mm鉸刀加工FORM為0.001mm，φ20mm擴(kuò)孔鉆加工FORM為0.0008mm?？芍捎萌袛U(kuò)孔鉆加工孔的精度與鉸孔接近。

圖5 三坐標(biāo)測量儀檢測結(jié)果

（3）三刃鉆相較二刃直槽鉆多一個刃口切削，刀具壽命高、進(jìn)給速度快 原直槽鉆轉(zhuǎn)速2100r/min，進(jìn)給525mm/min。現(xiàn)優(yōu)化刀具后轉(zhuǎn)速1600r/min，進(jìn)給750mm/min，線速度由原來的128.5m/min下降到90m/min，進(jìn)給速度將近是原來的1.5 倍。刀具壽命仍然維持原來的2000件，但可省去鉸孔步驟。刀具單耗大大降低，并且前序的加工時(shí)間20.3s，有充裕的時(shí)間允許刷刀柄換刀，不但杜絕刀柄粘屑還能提升效率。由于擴(kuò)孔的余量較大，加工時(shí)存在較大的切削抗，經(jīng)過實(shí)際加工不斷調(diào)試加工參數(shù)，當(dāng)轉(zhuǎn)速在1600 r/min時(shí)，每齒進(jìn)給低于0.1mm就會產(chǎn)生振刀，加工的孔表面產(chǎn)生魚鱗紋，同時(shí)孔徑超差。

結(jié)合實(shí)際加工情況，對三刃鉆進(jìn)行了兩項(xiàng)優(yōu)化（見圖6）：一是進(jìn)一步加大鉆芯，提高鉆頭剛性和刀刃的強(qiáng)度；二是采用雙峰角的鉆尖形式，即在鉆肩增加一個1.5×90°的第二峰角，減少鉆肩磨損提高鉆頭壽命，并降低孔壁的粗超度。

圖6 鉆頭、鉸刀與三刃鉆對比

結(jié)語

針對缸體悶蓋孔加工過程中產(chǎn)生的直徑隨機(jī)超差現(xiàn)象進(jìn)行深入分析，排查出產(chǎn)生刀柄粘屑的原因，沒有簡單的采用清潔刀柄的傳統(tǒng)措施，而采用三刃擴(kuò)孔鉆，代替原有“鉆—鉸”工藝，既減少換刀時(shí)間提升生產(chǎn)效率，又降低刀具成本且能穩(wěn)定地保證悶蓋孔的加工質(zhì)量。