碎邊刀架關(guān)鍵部位加工工藝方案研究

殷方游 楊 蕭 胡余平

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618013)

1 碎邊刀架概述

碎邊刀架是雙邊剪設(shè)備中剪切機(jī)的重要零件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求高。根據(jù)機(jī)械加工原理，除需要多種機(jī)床配合加工外，還需對(duì)零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化并設(shè)計(jì)制造專用工裝，才能夠?qū)崿F(xiàn)碎邊刀架的加工。

1.1 碎邊刀架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及關(guān)鍵部位加工難點(diǎn)

1.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

碎邊刀架是一個(gè)長方體的鑄件，材質(zhì)ZG30Mn，凈重1020 kg，外形尺寸1365 mm×470 mm×430 mm，內(nèi)部為一個(gè)長方形空腔，壁厚最薄40 mm，最厚64 mm，方腔底部為?400H8半圓弧(見圖1、圖2)。

圖1 碎邊刀架結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 碎邊刀架半封閉內(nèi)腔尺寸

1.1.2 關(guān)鍵部位加工難點(diǎn)

(1)碎邊刀架有滑板安裝面、碎邊刀安裝面及滑板面等，其制造精度直接關(guān)系到剪切機(jī)構(gòu)的功能實(shí)現(xiàn)和剪切精度。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，要滿足圖紙要求的各項(xiàng)精度指標(biāo)有難度。

(2)?400H8圓弧面為半圓弧面，五個(gè)方向封閉，只能采用鏜床鏜孔的方式進(jìn)行加工。由于圓弧面為間斷切削，且加工過程中刀具需更換方向，該部位的加工成形、滿足尺寸精度和形位公差精度均較困難。

(3)碎邊刀架的方腔空間非常狹小，其截面尺寸400 mm×302 mm，需加工深度775 mm，單一的數(shù)控龍門銑床和數(shù)控鏜床不能實(shí)現(xiàn)方腔內(nèi)側(cè)面的全部加工，必須采用多機(jī)床協(xié)同配合才能完成，操作難度大。

2 關(guān)鍵部位加工工藝方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

2.1 碎邊刀架外形尺寸的加工

根據(jù)碎邊刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，外形加工機(jī)床可選擇帶附件銑頭的龍門銑床，僅需兩次裝夾即可完成所有外形尺寸的加工。

2.2 ?400H8圓弧面及端面的加工

由于碎邊刀架?400H8圓弧面位于半封閉內(nèi)腔底部，只能由鏜床將刀桿從?120H8孔伸入進(jìn)行加工，?400H8圓弧面無空刀槽，為控制加工精度，在圓弧中間部位設(shè)置一處5 mm寬，0.5 mm深的工藝空刀槽，解決了換刀具問題。?400H8圓弧端面?zhèn)鹘y(tǒng)方法是利用刮面刀在刀桿懸臂較長的狀態(tài)下進(jìn)行加工，為斷續(xù)切削，切削抗力大，工況不穩(wěn)定，無法保證加工精度，只用于碎邊刀架粗加工。

為保證精加工質(zhì)量，選擇?130 mm數(shù)控鏜床作為?400H8圓弧面及兩端面的精加工設(shè)備，并設(shè)計(jì)制作組合式鏜孔及刮面工裝，以提高工藝系統(tǒng)剛性和加工過程中的穩(wěn)定性。工裝包括專用刀桿、鏜刀柄及刮刀柄等(見圖3)。

加工過程中，首先利用方孔刀桿及焊接刀，對(duì)?400H8半圓孔及兩端面進(jìn)行半精加工，單邊留量1 mm。安裝專用刀桿，先后進(jìn)行鏜圓弧和刮端面。根據(jù)工件材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用切削參數(shù)為：轉(zhuǎn)速50 rmin，進(jìn)給12 mmmin，吃刀深度0.15 mm。專用刀具三維圖見圖4，圓弧端面刮削工況見圖5。

經(jīng)檢測(cè)，精加工后?400H8孔及302+0.2mm尺寸全部在圖紙公差之內(nèi)，302+0.2mm尺寸兩側(cè)面相鄰兩刀之間的不平度不大于0.01 mm，完全滿足圖紙技術(shù)要求。

2.3 碎邊刀架內(nèi)腔加工

由于碎邊刀架內(nèi)部空腔的空間狹小，結(jié)構(gòu)較為特殊，單臺(tái)機(jī)床的附件銑頭無法滿足內(nèi)腔各面精加工要求。結(jié)合碎邊刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了多機(jī)床協(xié)同配合，利用不同機(jī)床不同尺寸的附件銑頭，通過不同工位完成碎邊刀架內(nèi)腔精加工。

2.3.1 碎邊刀架內(nèi)腔底面在鏜床上加工

圖2所示的尺寸198 mm的右側(cè)面，原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)該面距圓弧中心200 mm，正好與下方?400H8圓弧面相切。采用端銑的方式加工該面時(shí)，刀尖會(huì)切進(jìn)?400H8圓弧面。針對(duì)這種情況，對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將與圓弧面相切的側(cè)面改為高出圓弧面2 mm，200 mm尺寸改為198 mm(見圖6)，既方便圓弧面測(cè)量，又保證了刀盤銑削加工該側(cè)面時(shí)有2 mm深的工藝空刀槽。

圖3 組合式鏜孔刮面工裝

圖4 專用刀具三維圖

圖5 圓弧端面刮削工況

1—?130 mm鏜床主軸 2—?250 mm刀盤 3—鏜床加工區(qū)域 4—鏜床加工198mm尺寸面后殘余區(qū)域

圖7 數(shù)控龍門銑床加工

圖8 完工后的內(nèi)腔

鏜床主軸從側(cè)面窗口處伸入內(nèi)腔，使用?250 mm刀盤采用端銑的方式加工198 mm右面(見圖6)，由于主軸尺寸及刀盤直徑受限，圖6右側(cè)陰影部分鏜床無法全部完成加工。

2.3.2 碎邊刀架在數(shù)控龍門銑床加工

根據(jù)碎邊刀架內(nèi)腔尺寸及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用5 m×17 m數(shù)控龍門銑鏜床，利用加長直角銑頭(截面尺寸280 mm×213 mm，有效長度722 mm)加工內(nèi)腔302+0.2mm尺寸兩側(cè)面。

在加工過程中，碎邊刀架立放，銑頭從頂部方孔深入，見圖7(a)，使用?315 mm切刀盤可將方腔內(nèi)兩側(cè)面加工至302+0.2mm尺寸，鏜床刮平面接平，但在下部?jī)蓚?cè)仍留有月牙形的加工死角，見圖7(b)所示陰影部分。然后將碎邊刀架傾斜45°，將銑頭從側(cè)面窗口伸入，見圖7(c)，用?315 mm切刀盤將剩余的死角部位清除，完成內(nèi)腔302+0.2mm尺寸兩側(cè)面的加工。然后使用周銑的方式，將鏜床加工198 mm尺寸側(cè)面剩余部位的兩端去除，由于內(nèi)腔302 mm尺寸受限，無法完全去除殘余部分，在198 mm尺寸底面中間尚殘留118 mm×11 mm寬凸臺(tái)無法去除。

2.3.3 碎邊刀架在立式牛頭刨床的加工

針對(duì)殘留的118 mm×11 mm凸臺(tái)，選擇活動(dòng)牛頭刨床作為清除方腔內(nèi)殘余凸臺(tái)的加工設(shè)備。

已加工面作為加工基準(zhǔn)，?400H8圓弧面作為刨床加工的退刀槽，安裝加長刨刀桿，將殘余部分加工去除，與銑床加工面接平，完工后的內(nèi)腔見成品圖8。

3 總結(jié)

通過對(duì)碎邊刀架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，有效提高了其制造工藝性。針對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了多機(jī)床多工位的工藝方案和專用刀具，通過多機(jī)床協(xié)同配合，解決了碎邊刀架的狹小內(nèi)腔制造難題，也為今后同類產(chǎn)品的制造提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。