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
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)度來抵抗破碎過程中交變的機(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]。
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。槽形一條邊過破碎輥中心,一條邊不過破碎輥中心,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,無法滿足批量生產(chǎn)需求,且在鏜銑過程中主軸伸出過長(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。
可通過設(shè)計(jì)專用工裝并配置非標(biāo)成形刀具,通過特定的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。
通過設(shè)計(jì)破碎輥輥筒夾具工裝,改變加工過程中輥筒與機(jī)床主軸的夾角,避免刀具通過旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的對(duì)角線,降低加工過程中因機(jī)床主軸伸出過長(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?;顒?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,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]。
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。
(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
(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)過工件的軸心,另一個(gè)內(nèi)側(cè)壁的壁面不經(jīng)過工件的軸心。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。
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)通過將鋸齒形斜槽擺正來設(shè)計(jì)非標(biāo)刀具,降低了非標(biāo)刀具的設(shè)計(jì)難度,且加工中無過切現(xiàn)象;通過數(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,解決了鏜銑過程中主軸伸出過長(zhǎng)造成的切削振動(dòng)難題。④隨機(jī)清除毛刺,通過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。