水刺機(jī)產(chǎn)品中多種型號(hào)壓板高效加工研究

楊守帥

摘 要：本文對(duì)水刺機(jī)壓板的材料、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、熱處理狀態(tài)、材料切削性、工件形位精度要求等因素進(jìn)行綜合分析，選擇合適的設(shè)備，優(yōu)化加工方法，減少工序，設(shè)計(jì)專用夾具，選擇合適的刀柄、刀具、刀片槽型、硬質(zhì)合金牌號(hào)，給定高效經(jīng)濟(jì)的刀具路徑、切削參數(shù)，選用低耗的冷卻方式，配以合適的輔助工具，在確保質(zhì)量的情況下，提高加工效率。

關(guān)鍵詞：水刺機(jī);壓板;新刀具;夾具

中圖分類(lèi)號(hào)：TS174.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）05-0078-04

Abstract： In this paper， the material， structure type， heat treatment state， material cutting ability and workpiece shape and position accuracy requirements of the spunlace press are comprehensively analyzed. Appropriate equipment is selected， processing method is optimized， process is reduced， special fixture is designed， suitable tool handle， tool， blade groove， carbide brand is selected， and efficient and economical tool path and cutting parameters are given. The low-consumption cooling method， with appropriate auxiliary tools， can improve the processing efficiency under the condition of ensuring the quality.

Keywords： spunlacer;press plate;new cutter;fixture

水刺機(jī)壓板結(jié)構(gòu)類(lèi)型較多，零件技術(shù)要求高，制造難度大，加工效率低，達(dá)不到批量生產(chǎn)的要求。由此，需要開(kāi)展工藝攻關(guān)和試驗(yàn)，優(yōu)化制造工藝，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，提高批量加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，開(kāi)展精益生產(chǎn)。

1 零部件類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求及材料特性

水刺機(jī)壓板有A-180、A-250、A-350、A-400、B-180、B-250、B-350、B-400、C-180、C-250、C-350、C-400、D-180共13種型號(hào)。圖1為B-250-0002壓板的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

壓板的13種型號(hào)一共有4種長(zhǎng)度，總長(zhǎng)1 950、2 650、3 650mm和4 150mm，對(duì)應(yīng)的寬度分別是105、115、155mm和170mm，并且大部分型號(hào)端孔距端面的尺寸、各孔長(zhǎng)度間距、寬度間距不同，公差要求高。壓板結(jié)構(gòu)主要由三類(lèi)階梯孔（Φ13沉孔Φ22深14、Φ17沉孔Φ26深16.5、Φ21沉孔Φ32深20.5）、臺(tái)階面、定位深槽、3.5mm密封槽、4mm通槽、V形槽等組成。臺(tái)階面寬度、定位深槽寬度、3.5mm密封槽內(nèi)側(cè)寬度、4mm通槽的直線度和對(duì)稱度（基準(zhǔn)為寬度尺寸）要求高，3.5mm密封槽三面不允許有接刀痕。各尺寸精度要求嚴(yán)格，形位公差要求高[1]。

2 機(jī)床選擇

在了解零部件使用性能的基礎(chǔ)上，從工件結(jié)構(gòu)、精度、形位公差等方面進(jìn)行綜合分析。結(jié)合公司現(xiàn)有設(shè)備的性能和特點(diǎn)，選用五軸加工中心加工此類(lèi)工件。設(shè)計(jì)專用型定位夾具，在同一個(gè)定位基準(zhǔn)和夾緊狀態(tài)下，利用五軸旋轉(zhuǎn)銑頭臥式鋸切削3.5mm和4mm槽形，并直接對(duì)兩端面進(jìn)行鉆擴(kuò)孔、攻螺紋等加工[2]。

3 加工措施

3.1 新加工方法簡(jiǎn)述

3.2 刀具、刀柄的選用

結(jié)合此類(lèi)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)備的性能，加工中選用新刀具與非標(biāo)刀具相結(jié)合的方法，配用合適刀柄，并對(duì)新刀具和新的加工方法進(jìn)行充分的切削驗(yàn)證。通過(guò)驗(yàn)證可知，該方法效果顯著，特別是模塊化鉆頭出屑效果好，光潔度高;可轉(zhuǎn)位刀片加工效率高;高進(jìn)給刀具的金屬去除率高;三面刃、對(duì)稱雙角銑刀在五軸加工中心的開(kāi)槽效率比普通立銑刀高10倍以上[3]。

3.2.1 上、下表面加工：利用預(yù)鉆工件部分階梯孔（350～400mm間距），使用GB70（M12×40、M12×45、M12×50、M12×60、M12×80）螺釘，不同工件配用不同的墊圈壓緊。采用90°面銑刀（Φ63mm或Φ125mm）完成上下表面加工。該方案的優(yōu)勢(shì)是螺釘沉入工件，避免倒壓緊裝置時(shí)工件變形。同時(shí)，刀具在切削工件時(shí)沒(méi)有軸向切削力，只有徑向切削力，減小了工件的切削應(yīng)力變形，刀片選用4刃可轉(zhuǎn)位刀片，大幅度降低了刀具成本。

3.2.2 鉆孔方面：使用模塊化鉆頭。模塊化鉆頭由鋼制鉆體和高強(qiáng)度的整體硬質(zhì)合金SE不銹鋼專用鉆尖組成，可直接鉆孔成形，減少一道工序（原麻花鉆鉆孔前需中心鉆點(diǎn)窩定位）。由于機(jī)床不帶內(nèi)冷，采用啄鉆的加工方法，有效控制了排屑，提高了刀具壽命。原來(lái)的切屑是螺旋纏結(jié)狀的，經(jīng)常會(huì)纏繞在鉆頭上，使操作者不得不停下來(lái)清理切屑（原來(lái)加工壓板孔時(shí)，平均加工2個(gè)孔清理一次鐵屑），嚴(yán)重影響加工效率。使用模塊化鉆頭，產(chǎn)生的是1～2圈的短螺旋屑，非常容易清理，鉆孔的表面粗糙度可達(dá)Ra1.6。

3.2.3 可轉(zhuǎn)位擴(kuò)孔刀的使用：由鋼制刀體和可轉(zhuǎn)位刀片（2刃）組成，進(jìn)給量大，質(zhì)量好。在加工沉孔Φ26mm深16.5mm時(shí)，加工時(shí)抬刀3mm（相對(duì)上平面），每孔切削時(shí)間約4.15s，提高效率10倍以上?？赊D(zhuǎn)位擴(kuò)孔刀的使用，徹底解決了原工序采用鍵槽刀加工沉孔時(shí)效率低、纏屑、打刀、劃傷工件等多項(xiàng)問(wèn)題。

3.2.4 三面刃刀具的臥式開(kāi)槽：利用五軸加工中心的設(shè)備性能，選用Φ125自鎖緊刀片刀盤(pán)，可安裝11個(gè)具有三個(gè)后角的涂層刀片，對(duì)3.5mm和4mm槽進(jìn)行鋸切加工開(kāi)槽，切削輕快，斷屑性能好，質(zhì)量高，效率提高10倍以上[4]。

3.2.5 雙角對(duì)稱銑刀加工V型槽：原工藝加工60°V槽形時(shí)采用錐形銑刀，徑向切削力大，進(jìn)給低，刀具磨損快。經(jīng)過(guò)充分研究，設(shè)計(jì)非標(biāo)Φ100mm外圓12齒的雙角對(duì)稱銑刀，徑向前角設(shè)計(jì)為10°，后角設(shè)計(jì)為16°，直接加工成形，切削輕快，排屑性能好，加工精度高，效率提高10倍以上。

3.2.6 高進(jìn)給刀具：所選刀具主偏角為10°，由于主偏角Kr較小，使作用于銑刀上的徑向切削力大大減小，從而可采用很高的每齒進(jìn)給量，與當(dāng)前提倡的“小切深、高進(jìn)給”的高速加工理念相吻合。在精加工27mm槽時(shí)，采用Φ20mm高進(jìn)給銑刀，冷卻方式為風(fēng)冷，路線上走圓弧插補(bǔ)，進(jìn)給速度分別為2 000mm/min和3 000mm/min，切削深度為0.7mm，20刀高速完成加工，金屬去除率極高。

3.2.7 方肩銑刀的使用：所選刀具主偏角為90°，非等齒距設(shè)計(jì)，選用可轉(zhuǎn)位4刃涂層刀片，復(fù)雜的雙面槽型，切削刃較為鋒利，每次在切深6mm的連續(xù)走刀過(guò)程中，偏差不大于8μm，可避免在工件表面上留下階梯狀的刀痕，可高效加工滿槽、方肩臺(tái)和定位凸凹臺(tái)。

3.2.8 刀柄的選擇：使用整體硬質(zhì)合金刀具精加工3.5mm和4mm槽時(shí)，原ER夾頭刀柄跳動(dòng)量大，夾緊力小，易導(dǎo)致斷刀，換刀時(shí)有接刀痕、槽深度不易控制等問(wèn)題。這次夾持3.5mm和4mm硬質(zhì)合金刀具選用液壓刀柄，跳動(dòng)在0.003～0.005mm。方肩刀配備側(cè)固柄，高進(jìn)給刀具配備強(qiáng)力夾頭刀柄，三面刃刀具、對(duì)稱雙角銑刀使用整體式三面刃刀柄，充分發(fā)揮了刀具性能。

3.3 壓板用夾具設(shè)計(jì)

再好的刀具，沒(méi)有適合的夾具與之配合，刀具的優(yōu)勢(shì)也無(wú)法得到充分發(fā)揮。此壓板的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)牽涉機(jī)床主軸的位置尺寸、零部件結(jié)構(gòu)尺寸和刀具、刀柄的讓位。機(jī)床銑頭在臥式加工狀態(tài)時(shí)，主軸中心線距工作臺(tái)面安全高度260mm，工作臺(tái)為2m×6m，T型槽間距200mm，T型槽寬22mm，13種壓板長(zhǎng)度分為四種，分別是1 950、2 650、3 650mm和4 150mm。夾具體主要由簡(jiǎn)單的底板、筋板、上平板焊接組成，有效地保證夾具的剛性，如圖3所示。

為保證夾具安裝到工作臺(tái)的穩(wěn)定性，在加工底板底面的基準(zhǔn)時(shí)，直接留下長(zhǎng)度4 185mm，寬度中心在400mm處寬22mm高5mm的凸臺(tái)階，安裝時(shí)定位于工作臺(tái)的T型槽內(nèi)，并在各筋板處鉆22-Φ18孔，使用22-M16螺栓將夾具固定于工作臺(tái)，限制各方向自由度，并設(shè)一端面為零點(diǎn)做加工基準(zhǔn)。

在夾具固定工件時(shí)，工件型號(hào)多，長(zhǎng)度、寬度、兩端孔距端面距離、各孔間距、孔大小等不相同，端面和側(cè)面更要考慮旋轉(zhuǎn)銑頭尺寸、刀具的穩(wěn)定性和懸伸長(zhǎng)度，并且利用工件壓緊孔（工藝孔）X向間距不能干涉，兩端孔必須壓緊（不然翹頭），各型號(hào)工件壓緊孔也不能干涉，并且在加工過(guò)程中工件孔直接鉆透，夾具上表面要留下2mm深的鉆尖角凹窩，最后在4 185mm×360mm上表面要有284-M12-6H深25夾緊用螺紋孔和凹窩孔約2 000多個(gè)。

綜合分析后，上下表面螺紋夾緊孔采用對(duì)角對(duì)稱法，加工反面時(shí)靠左端和側(cè)面定位，加工反面上表面、各孔、沉孔和V型槽，旋轉(zhuǎn)銑頭后加工左端長(zhǎng)圓孔和2-M12螺紋孔。翻面后在對(duì)側(cè)靠右端和側(cè)面定位，加工其余部位。各工件采用側(cè)定塊和端定位進(jìn)行避讓，壓緊時(shí)統(tǒng)一使用M12螺釘（GB70-86），針對(duì)不同的孔使用不同的墊圈進(jìn)行壓緊。13種壓板型號(hào)壓板詳細(xì)壓緊如圖4、圖5、圖6、圖7所示。

3.4 其他工具的使用

3.5 切削參數(shù)詳表

壓板材料均為馬氏體不銹鋼，針對(duì)型號(hào)B-250-0002進(jìn)行加工驗(yàn)證。原加工時(shí)間約48h，經(jīng)優(yōu)化后凈切削時(shí)間4.5h，切削參數(shù)表如表1所示。所有壓板綜合加工效率提高5倍以上。

4 實(shí)施效果

水刺機(jī)壓板高效加工工藝技術(shù)的成功改進(jìn)優(yōu)化，豐富了鄭州紡機(jī)工程技術(shù)有限公司在新刀具切削應(yīng)用方面的內(nèi)容。新技術(shù)的應(yīng)用為鄭州紡機(jī)工程技術(shù)有限公司水刺機(jī)壓板批量生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，增強(qiáng)了其產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

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