采棉機(jī)上復(fù)合角型材加工工藝研究與優(yōu)化

王幸福

（中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

0 引言

懸掛系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)由兩根常規(guī)型材和一根復(fù)合角型材焊接而成，是采棉機(jī)的重要組成部分[1]，與車架相連接，且懸掛著采棉頭（圖1）。

圖1 懸掛架結(jié)構(gòu)示意

復(fù)合角型材為方管150mm×150mm×10mm，材質(zhì)為Q345B，結(jié)構(gòu)如圖2，其加工無法通過普通的鋸床與三維激光切割[2]完成，現(xiàn)主要利用數(shù)控鏜銑機(jī)床配合回轉(zhuǎn)臺(tái)，通過排刀方式完成復(fù)合角度加工[3-4]，加工成型需要耗費(fèi)大量時(shí)間，加工成本高，無法滿足批量生產(chǎn)需求。本文主要通過設(shè)計(jì)開發(fā)專用工裝、優(yōu)化刀具及路徑等措施實(shí)現(xiàn)該工件的高效批量生產(chǎn)。

圖2 復(fù)合角型材工程圖

1 加工工藝對(duì)比

1.1 原加工工藝方案

傳統(tǒng)加工工藝方案如表1，原材料鋸切后通過簡(jiǎn)易工裝進(jìn)行劃線切割，預(yù)留加工余量后轉(zhuǎn)鏜銑工序，加工設(shè)備采用昆明道斯機(jī)床有限公司臥式鏜銑床（WHN130）。

表1 傳統(tǒng)加工方案

鏜銑工序中采用山特維克的玉米銑刀，直徑為Φ84mm（DC尺寸），如圖3。加工時(shí)主要通過通用方箱和壓板等工具對(duì)工件進(jìn)行定位壓緊，機(jī)床找正工件外形后，回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)72°（或70°），隨后程序中旋轉(zhuǎn)70°（或72°），刀具旋轉(zhuǎn)對(duì)其進(jìn)行切削，形成復(fù)合角，其中切削速度（Vc）200 m/min，進(jìn)給量（f）0.23mm/r，背吃刀量（ap）2mm。

圖3 Φ84 玉米銑刀模型與工程圖

圖4 為玉米銑刀刀路簡(jiǎn)圖，其中箭頭代表刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)線為程序代碼G01，實(shí)際切削，虛線為程序代碼G00，空刀返回。按傳統(tǒng)加工工藝方案，結(jié)合切削參數(shù)表的背吃刀量可計(jì)算出共需走刀155次。

圖4 傳統(tǒng)加工方案刀具路徑示意

1.2 優(yōu)化后加工工藝方案

針對(duì)復(fù)合角型材傳統(tǒng)加工方案的弊端，對(duì)其鏜銑工序的工藝方案進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)夾具設(shè)計(jì)原則[5]設(shè)計(jì)一種專用裝夾定位工裝，優(yōu)化刀具及切削路徑，優(yōu)化后方案見表2。

表2 優(yōu)化后加工方案

1.2.1 工裝結(jié)構(gòu)介紹

復(fù)合角型材鏜銑專用工裝如圖5，由支撐框架、側(cè)向定位組件、垂直定位組件、壓板式垂直夾緊機(jī)構(gòu)、側(cè)向夾緊機(jī)構(gòu)及工藝塊構(gòu)成。其中壓板式垂直夾緊機(jī)構(gòu)和側(cè)向夾緊機(jī)構(gòu)協(xié)同工作，提高了工件裝夾的靈活性和可靠性。

圖5 專用工裝示意

1.2.2 工裝應(yīng)用

工裝應(yīng)用時(shí)，將工裝擺放在機(jī)床上，使機(jī)床與工裝的位置相對(duì)固定，然后裝入工件，以型材外形定位，端面與工裝上工藝塊對(duì)齊后使用垂直、側(cè)向夾緊機(jī)構(gòu)將其鎖緊。

此處需要說明的是，優(yōu)化后的工藝方案不受機(jī)床的限制。如果采用帶回轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)控鏜銑機(jī)床，工裝可隨意放置，后續(xù)可通過程序控制回轉(zhuǎn)臺(tái)，使機(jī)床主軸頭可以始終垂直于工件被加工面，如果采用普通的鏜床，工裝放置時(shí)要做好定位，使主軸與工裝垂直即可，加工示意圖如圖6。

圖6 加工示意圖

根據(jù)刀具及切削參數(shù)的選用以減少加工應(yīng)力，增強(qiáng)切削剛性為準(zhǔn)則[6]優(yōu)化切削刀具，選用山特維克的直徑為Φ160mm（DC尺寸）面銑刀進(jìn)行銑削，如圖7，并合理優(yōu)化切削參數(shù)，具體切削速度（Vc）180m/min，進(jìn)給量（f）0.45mm/r，背吃刀量（ap）2mm。

圖7 Φ160 面銑刀模型與工程圖

經(jīng)過優(yōu)化后的面銑刀刀路簡(jiǎn)圖如圖8，其中箭頭為刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)線程序代碼G01，實(shí)際切削，虛線為程序代碼G00，空刀返回，結(jié)合切削參數(shù)可計(jì)算出按優(yōu)化后的工藝方案僅需走刀6次。

圖8 傳統(tǒng)加工方案刀具路徑示意

2 應(yīng)用效果

通過專用工裝、刀具和切削參數(shù)優(yōu)化的應(yīng)用解決了復(fù)合角型材過程中加工效率低的問題，大幅提升了數(shù)控鏜銑設(shè)備的利用率，同時(shí)也降低了對(duì)數(shù)控設(shè)備的依賴。如表3可知，經(jīng)工藝優(yōu)化后加工效率提升80%以上，單件總體加工時(shí)間縮短3.8h。

表3 傳統(tǒng)與優(yōu)化后方案加工時(shí)長(zhǎng)對(duì)

3 結(jié)束語

通過以上實(shí)踐證明，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)專用工裝、匹配合理的刀具及切削參數(shù)對(duì)其意義重大，可有效縮短加工時(shí)間，提高設(shè)備利用率，解決生產(chǎn)中的瓶頸工序，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品批量生產(chǎn)，同時(shí)也為后續(xù)其他產(chǎn)品加工提供成熟經(jīng)驗(yàn)。