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高精度焊接式双刃PCD刀具刃磨技术

MW35.com 2006-4-6 远山机械工业股份有限公司上海代表处计志忠

        随着PCD、CBN等超硬材料刀具在汽车、摩托车、空调压缩机、木材加工等行业的广泛应用，对此类刀具的市场需求日益增加。目前国内已有约20家企业从事超硬刀具的开发、加工与刃磨，但其中大部分厂家都局限于低端产品（如精度要求不高的刀片装夹式超硬刀具等）的加工，导致此类产品市场竞争激烈。而一些高端产品（如高精度焊接式PCD刀具等）却因为技术要求高、加工难度大而少有厂家问津，产品仍主要依靠进口。据统计，2001年上海大众汽车有限公司的2VQS发动机生产线消耗的进口高精度焊接式PCD刀具费用已超过100万元人民币（Passat、Polo车型的发动机加工刀具费用尚未统计在内）。一汽大众的2VQS发动机生产线与上海大众基本相同，对此类刀具的消耗量也很大，再加上全国其它汽车、摩托车制造厂及相关行业的刀具消耗，可见对于高精度焊接式PCD刀具有着巨大的市场需求。为降低生产成本，企业迫切希望实现此类刀具的国产化加工与刃磨。
    1.高精度焊接式PCD刀具技术要求
    高精度焊接式PCD刀具的技术要求较高。刀柄采用HSK接柄或安装在HSK液压夹头中的直柄；PCD刀具长度小于150mm，直径在50mm以内，刀刃直径公差为0.003mm，精度等级IT2～IT3，IT3精度的同轴度公差为0.003mm。
    焊接式PCD刀具刃口与刀柄的同轴度误差由磨削加工误差和刀具安装误差综合而成，要将其控制在0.003mm范围内相当困难。为了保证0.003mm的刀具外径公差，对加工机床和磨削工艺方法的加工精度也提出了很高要求。此外，为了实现高精度焊接式PCD刀具的准确测量，要求测量仪器的综合测量精度达到微米级，且作用于刀具刃口的测量力应控制在150mN以内。
    2.高精度PCD刀具磨床
    现以远山机械股份有限公司生产的FC-500D型PCD & CBN刀具磨床为例，简要介绍高精度PCD刀具磨床的结构特点与加工性能。
    （1）机床特点
    FC-500D型PCD & CBN刀具磨床的砂轮行程为500mm，可满足长度为150mm刀具的磨削行程要求。利用机床的旋转工作台及其转角显示功能，可实现刀具刃口1：1000～1：1500的倒锥磨削要求。砂轮座和工作台导轨均采用瑞士Schnee Berger高精度滚柱线性导轨。工作台进给方式为气压柔性进给，手柄每格进给量为1μm(显示器显示)。刃磨时砂轮与刀具的接触压力可调。磨头高度位置可调，可磨削大直径PCD锯片铣刀。磨床上配置了高精度摄像系统（CCD），可通过屏幕清晰显示刀具刃磨加工情况（放大倍率15～120倍），同时可通过显示器屏幕检测刀具刃口圆弧（可测最小圆弧R0.05mm）。
    （2）分度工作头
    为实现高精度PCD刀具的精密刃磨，磨床上设计了可微调角度的分度工作头。该工作头采用SK40主轴内孔和蜗轮蜗杆副传动的主轴微调机构。当蜗杆与蜗轮脱开时，主轴可实现快速转动。24等分的分度盘与主轴可空套或联锁。固定在夹具体上的插销可插入分度盘缺口内，使分度盘与主轴在圆周上定位固定（此时分度盘与主轴处于联锁状态）。24等分分度盘适用于加工2、3、4、6、8等分的刀具，如需加工5、7等分的刀具，则需改用20等分或28等分的分度盘。
    （3）变径套
    由于分度工作头采用SK40主轴内孔，因此加工HSK柄部的刀具时，必须利用变径套才能将刀具固定在工作头主轴内孔中（加工直柄刀具时，也可先将刀具装在HSK柄的液压直柄夹具中，然后通过变径套装入工作头主轴内孔中）。由于主轴内孔和变径套均存在同轴度误差，因此为满足刀具加工的同轴度要求（0003mm），采用了国外开发的可调中心变径套新技术。该变径套结构由两部分组成，左边为SK40部分，可安装到分度工作头主轴内孔中；右边为HSK部分，可与刀具的HSK柄部联接。左、右两部分之间采用轴、孔定位联接，由四个内六角螺钉固定。轴与孔之间为间隙配合，配合间隙即为中心调整范围。轴上有四个小平面。左、右两部分轴线的同轴度偏差由正对小平面的内六角紧定螺钉调整，轴线的平行度由紧定螺钉调整。变径套调整好后，应在SK40柄部和与之配合的分度工作头SK40内孔的圆周上作出标记，以确定变径套安装位置，避免重新安装变径套时重复调整同轴度。