青貯機(jī)破碎輥加工工藝

關(guān)明輝

中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000

1 序言

籽粒破碎裝置既可破碎籽粒，又可實(shí)現(xiàn)莖稈破節(jié)，提高飼料品質(zhì)，屬于青貯機(jī)關(guān)鍵部件。作為青貯機(jī)的主要擠壓、破碎及輸送裝置，其核心零部件籽粒破碎輥輥筒材料為熱作模具鋼，對(duì)其常溫性能有著苛刻的要求，需要較高的力學(xué)強(qiáng)度來(lái)抵抗破碎過(guò)程中交變的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，且由于其齒形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)輥上百條齒均布在外圓上，且每條齒都是螺旋分布，熱處理后加工困難，因此需要在熱處理前進(jìn)行加工[1]。

2 輥筒加工難點(diǎn)

青貯機(jī)籽粒破碎輥輥筒外表面圓周方向排布直槽、斜槽及螺旋槽，槽形如圖1所示，為非對(duì)稱鋸齒形。槽形一條邊過(guò)破碎輥中心，一條邊不過(guò)破碎輥中心，并且槽與輥筒軸向存在夾角。若采用普通鏜銑床加工，則裝夾找正繁瑣，無(wú)法滿足批量生產(chǎn)需求，且在鏜銑過(guò)程中主軸伸出過(guò)長(zhǎng)，易造成切削振動(dòng)，加工質(zhì)量較差，而破碎輥輥筒質(zhì)量不過(guò)關(guān)易造成物料堵塞，嚴(yán)重影響青貯機(jī)收獲效果。

圖1 破碎輥輥筒槽形

對(duì)于圓柱形零件表面螺旋槽的加工，特別是存在對(duì)稱與非對(duì)稱混合的鋸齒形螺旋槽的加工，目前多采用五軸數(shù)控機(jī)床配合非標(biāo)刀具進(jìn)行粗、精加工。該種加工方法對(duì)機(jī)床要求高，刀具設(shè)計(jì)難度大，加工周期長(zhǎng)，且由于粗、精加工均需采用定制的非標(biāo)刀具，加工成本高昂。

3 工裝技術(shù)方案

可通過(guò)設(shè)計(jì)專用工裝并配置非標(biāo)成形刀具，通過(guò)特定的NC程序?qū)崿F(xiàn)破碎輥在普通鏜銑床上的高效加工，可極大地節(jié)約生產(chǎn)成本，提高加工效率。

通過(guò)設(shè)計(jì)破碎輥輥筒夾具工裝，改變加工過(guò)程中輥筒與機(jī)床主軸的夾角，避免刀具通過(guò)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的對(duì)角線，降低加工過(guò)程中因機(jī)床主軸伸出過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致的切削振動(dòng)[2]。

工裝的裝夾如圖2 所示，輥筒的加工如圖3所示。

圖2 工裝的裝夾

圖3 輥筒的加工

底座1固定裝夾于旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的中心，銑削加工時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶動(dòng)輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)，與銑刀相互配合加工出傾斜的凹槽。

活動(dòng)夾持件4固定聯(lián)接輥筒的兩端，和輥筒固定聯(lián)接為一體，輥筒可與活動(dòng)夾持件2相互分離拆卸。活動(dòng)夾持4的底端周向定位聯(lián)接于底座1，使輥筒與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

中心螺柱4底端固定裝配于底座1，頂端聯(lián)接于活動(dòng)夾持件2的頂部中心，中心螺柱4從輥筒3和活動(dòng)夾持件2的內(nèi)部穿過(guò)，使輥筒與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)之間的聯(lián)接穩(wěn)定性更高。中心螺柱4能夠拉緊或放松，拉緊時(shí)，對(duì)活動(dòng)夾持件2施加向下的壓力，將輥筒和活動(dòng)夾持件2緊壓在底座1上，此時(shí)輥筒和活動(dòng)夾持件2與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)保持相對(duì)固定；放松時(shí)，活動(dòng)夾持件2能夠相對(duì)于底座1轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)角度，從而改變輥筒的角度，調(diào)節(jié)輥筒朝向銑刀的方向。

使用專用工裝加工輥筒的外表面，加工不同區(qū)域時(shí)，調(diào)節(jié)輥筒的角度，使待加工的區(qū)域正對(duì)銑刀，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)僅需在較小的角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)即可完成一個(gè)區(qū)域的加工，不需要大范圍轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的角度，可以避免旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的頂角朝向銑刀。當(dāng)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的頂角朝向銑刀加工時(shí)，需要銑刀伸出較長(zhǎng)的距離，距離越長(zhǎng)則銑刀的切削振動(dòng)幅度越大。本工裝可防止旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的頂角朝向銑刀，從而降低切削振動(dòng)的幅度，提升輥筒的加工精度[3]。

4 加工技術(shù)方案

采用專用工裝后，在普通鏜銑床上加工破碎輥還需配置非標(biāo)刀具和特定的NC程序，其工藝路線為：車削→鏜銑。

4.1 車削工序

（1）車削外圓與內(nèi)孔 工件圓柱形毛坯裝夾在臥式車床上，將工件外圓精車至符合設(shè)計(jì)要求，鉆車內(nèi)孔與工件外圓同軸。

（2）車削直槽 更換切槽刀（見圖4），在工件的外圓周上車削出直槽。

圖4 切槽刀

4.2 鏜銑工序

（1）裝夾工件 直槽加工完成后，將工件水平安裝在臥式加工中心上。工件的一端用回轉(zhuǎn)臺(tái)上的數(shù)控分度盤卡爪從內(nèi)圓夾緊，另一端用立式加工中心尾座上的端板頂緊，保證工件能繞其軸向旋轉(zhuǎn)（即沿A軸旋轉(zhuǎn)）。

（2）銑削斜槽 工件在臥式加工中心安裝完成后，在其外圓周上采用刀具組加工出斜槽，斜槽槽形如圖5所示，截面形狀為V形。斜槽的兩個(gè)內(nèi)側(cè)壁之間的夾角為α1，其中一個(gè)內(nèi)側(cè)壁的壁面經(jīng)過(guò)工件的軸心，另一個(gè)內(nèi)側(cè)壁的壁面不經(jīng)過(guò)工件的軸心。采用的刀具組包括用于斜槽粗加工的標(biāo)準(zhǔn)螺紋銑刀（見圖6）和用于斜槽精加工的非標(biāo)螺紋銑刀（見圖7），其切削角度均定義為α2。非標(biāo)螺紋銑刀的α2=α1。

圖5 斜槽槽形

圖6 標(biāo)準(zhǔn)螺紋銑刀

圖7 非標(biāo)螺紋銑刀

粗加工斜槽時(shí)，待加工斜槽α1的角平分線N與標(biāo)準(zhǔn)螺紋銑刀α2的角平分線M重合，N、M均平行于水平線。標(biāo)準(zhǔn)螺紋銑刀沿X軸方向進(jìn)給，同時(shí)工件沿A軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此處進(jìn)給速度與工件轉(zhuǎn)速匹配。

精加工斜槽時(shí)，待加工斜槽α1的角平分線N與非標(biāo)螺紋銑刀α2的角平分線K重合，N、K均平行于水平線。非標(biāo)螺紋銑刀沿X軸方向進(jìn)給，同時(shí)工件沿A軸轉(zhuǎn)動(dòng)，精加工出斜槽。

（3）銑削螺旋槽 采用3把規(guī)格依次減小的標(biāo)準(zhǔn)球形銑刀粗加工螺旋槽。開粗球形銑刀如圖8所示，3把球形銑刀的規(guī)格滿足如下規(guī)則：第1把球形銑刀直徑H21與螺旋槽的開口寬度L21一致，第2把球形銑刀直徑H22能完成第1把球形銑刀加工后螺旋槽槽形剩余加工量的40%～50%，第3把球形銑刀直徑H23＜螺旋槽的底面寬度L22。最后采用截面形狀與螺旋槽的槽形匹配的成形刀具，對(duì)螺旋槽進(jìn)行精加工。

圖8 開粗球形銑刀

（4）對(duì)斜槽去毛刺 利用非標(biāo)螺紋銑刀對(duì)斜槽去毛刺，非標(biāo)螺紋銑刀設(shè)定沿Y軸方向遠(yuǎn)離斜槽0.1～0.2mm。

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)型機(jī)床上高效率、高質(zhì)量完成破碎輥輥筒的加工，主要從以下2個(gè)方面來(lái)完成。

1）設(shè)計(jì)專用工裝，采用車床和具有數(shù)控分度盤作為第4軸的立式加工中心，大大降低了加工對(duì)于機(jī)床的要求，實(shí)現(xiàn)破碎輥在經(jīng)濟(jì)型機(jī)床上的高質(zhì)量加工。

2）通過(guò)將鋸齒形斜槽擺正來(lái)設(shè)計(jì)非標(biāo)刀具，降低了非標(biāo)刀具的設(shè)計(jì)難度，且加工中無(wú)過(guò)切現(xiàn)象；通過(guò)數(shù)控分度盤帶動(dòng)破碎輥以特定速度旋轉(zhuǎn)，刀具沿輥軸線以特定速度移動(dòng)，即X軸與C軸聯(lián)動(dòng)，從而加工出斜槽，加工程序簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)量?。徊捎每兆叱绦蚍绞饺ッ?，避免了打磨造成槽損傷、變形的情況。

專家點(diǎn)評(píng)

本例中破碎輥輥筒圓柱表面存在對(duì)稱與非對(duì)稱混合的鋸齒形螺旋槽，一般需要五軸數(shù)控機(jī)床配合非標(biāo)刀具進(jìn)行切削加工。文章思路清晰，方法巧妙，亮點(diǎn)在于工裝設(shè)計(jì)和加工技術(shù)方案的提升，從以下4個(gè)方面開拓創(chuàng)新，制定經(jīng)濟(jì)實(shí)用的加工方案。①設(shè)計(jì)專用工裝，降低對(duì)機(jī)床的要求，通過(guò)輥筒夾具在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上實(shí)現(xiàn)了破碎輥的高質(zhì)量加工。②定制非標(biāo)成形刀具，降低槽型加工難度，通過(guò)特定的NC程序?qū)崿F(xiàn)破碎輥的高效加工。③優(yōu)化加工路線，通過(guò)更改輥筒角度，避免旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的頂角位置朝向銑刀，解決了鏜銑過(guò)程中主軸伸出過(guò)長(zhǎng)造成的切削振動(dòng)難題。④隨機(jī)清除毛刺，通過(guò)刀具空走程序的方式去除加工面殘留毛刺，避免了手工打磨造成的損傷。