针对某中架产品深腔内部反面锪孔问题进行工艺分析，从不同刀具、加工方式开展多方调研及现场试验，通过对比确定改进方案，采用自制偏心式反刮刀，进行特定加工步骤和程序方面的变更，经生产验证和数据分析，解决了深腔内部反面锪孔问题。

01 序言

某中架产品为高铁装置核心承力结构件，在高铁运行中需要承受多重载荷的考验，其结构强度直接影响高铁运行。在该产品深腔内部存在多个反面锪孔（见图1），普通刀具在机床上不具备可达性，需单独增加电火花工序加工反面锪孔，每件产品最少加工时长2.5h，加工效率低，表面质量差，且装夹定位困难。

图1　中架产品深腔内部存在多个反面锪孔

为解决中架产品反面锪孔加工难题，改变电火花加工现状，降低加工成本，提高加工效率，通过调研多种反面锪孔加工方案，实现了数控铣床反面锪孔加工。

02 问题分析及工艺试验
2.1 刀具种类

目前反面锪孔加工刀具种类主要有螺钉锁紧式反刮刀（见图2）、安装驱动刀块式反刮刀（见图3）及偏心式反刮刀（见图4）[1]。

图2　螺钉锁紧式反刮刀

图3　安装驱动刀块式反刮刀

图4　偏心式反刮刀

2.2 各刀具加工方案对比
（1）螺钉锁紧式反刮刀　加工步骤：①将刀杆Z轴伸入。②用螺钉将刀盘锁紧。③正转向上加工。④退回松卸螺钉，取下刀盘。⑤刀杆退出，完成加工。

优点为安装紧固，刚性足，刀片可更换，成本低。缺点为换刀耗时比较多[2]。

该加工方案目前存在多种改进方式，例如将螺钉锁紧改为套式镶嵌，旋转刀盘正转加工时与主刀杆进行卡死，无需用螺钉固定，节省时间，但是由于前、后中架装夹定位后，腔内有4个反面锪孔，无法进行拆装旋转刀盘，因此螺钉锁紧式反刮刀加工方式不可行。
（2）安装驱动刀块式反刮刀　有多种驱动刀块的方法，如通过空气或切削液压力打开刀块，通过扭矩杆打开刀块，通过短锥或碰撞打开刀块及通过惯性打开刀块等。

中架产品反面锪孔为φ9mm细长孔，选用BIG标准多功能反刮刀，为可拆卸式、扇叶式刀片座结构，刀片座可实现自动闭合，通过简单的主轴正反转编程操作，实现刀片座闭合时贯通底孔，刀片座展开时开始切削加工，可以在立式和卧式加工中心上实现自动化加工。

加工步骤：将主轴反转后插入底孔（刀片座在离心力的作用下呈打开状态）；刀片座接触底孔时，会自动折入刀杆内；继续进给，直至刀片座穿过底孔；使主轴正转，通过切削进给向上拉（开始加工）；背面锪孔完成时，使主轴稍稍后退后反转；在反转的同时抬起主轴，刀片座可折入刀杆内从底孔拔出。

通过多次试验，BIG多功能反刮刀加工正常反面锪孔效率极高，但是由于前中架、后中架产品零件反面锪孔（见图5）与侧壁相切，开始切削时，刀片座不具备切削刃的侧面会与工件进行接触，瞬间损坏刀座，因此该加工方案不具备稳定生产条件。BIG多功能反刮刀刀座如图6所示。

图5　反面锪孔

图6 BIG多功能反刮刀刀座

（3）偏心式反刮刀　选用偏心式反刮刀，首先要考虑由于反刮刀在主轴安装时，刀尖在圆周具有方向性，在换刀时，主轴需要圆周定位，因此当换刀结束时，主轴上反刮刀的刀尖在圆周具有方向性。主轴不转动快速移动，在孔中心沿刀尖的反方向在X轴偏离孔中心，偏离量＞3.5mm[（大孔直径16mm－小孔直径9mm）/2]，以保证反刮刀在通过孔时不会与孔壁产生干涉。反刮刀在孔底位置反向锪内圆柱孔结束时，主轴轴向不移动（暂停），对底面刮削，刮削的圆周数与主轴的转速和暂停的时间有关，可由下式确定：圆周数＝主轴的转速×暂停的时间，必须保证圆周数为整数[3]。图7为前期方案试制的自制反刮刀，图8为自制反刮刀。

图7　前期方案试制的自制反刮刀

图8　自制反刮刀

加工步骤：①主轴定位。②偏心位移（ E值）。③Z轴深入。④恢复中心（E值）。⑤正转向上加工。⑥主轴定位。⑦偏心位移（E值）。⑧向上脱离，完成加工。

采用此种加工方式不用正反转，可降低损坏概率；减少手工装旋转刀盘的繁琐流程，一次进孔加工成形；接受多种规格定制，针对锪孔远大于底孔的情况，可以选择进口合金钢，或者加塞硬质合金，或者使用整体钨基合金作为本体。但要求机床有定向停止功能，否则不能使用。

03 改进后的加工方案

对φ16mm大孔进行锪孔加工，首先设计可换刀片偏心式反刮刀（见图9），设备选择有主轴定向停止功能的数控机床，按照安装刀片相反的方向移动3.6mm，使镗刀顺利通过φ9mm小孔。反刮刀按照镗刀刀头方向移动一定的距离至X=0、Y=0点（孔中心），锪孔，暂停，即无进给切削，以降低锪孔表面粗糙度值；后退，圆周定位、让刀；刀具退出，完成加工。

图9 可换刀片偏心式反刮刀

加工程序如下。

N1 G90G54G00X3.6Y0.0；反刮刀快速移动在X轴偏离孔

中心3.6mm

N2 G43Z180.0H06

N3 Z115.0

N4 X0.0S280M03；反刮刀回到孔中心

N5 C0lZ125.0F36

N6 G04P450；暂停0.45s，刮平底面

N7 G00 Z115.0 M05

N8 M19；主轴圆周定位

N9 X3.6

N10 G91 G28 Z0

N11 G49 G28 XO YO

04 结束语

经现场生产验证和成品质量检测，改进后的加工方案经济实用，选用可换刀片偏心式反刮刀，在数控机床上通过加工程序解决了深腔内部的反面锪孔问题，为今后深孔类车铣工艺设计提供了刀具拓展思路。

参考文献：
[1] 简琦昭. Mastercam V8.1-V9实用教程[M]. 北京：机械工业出版社，2003.
[2] 肖诗纲. 刀具材料及其合理选择[M]. 2版. 北京：机械工业出版社，1990.
[3] 李体仁，杨云. 加工中心上反向锪内圆柱沉孔[J]. 数控加工技术， 2004（11）：30.