龍門五面加工中心滑板鑲條面加工工藝分析

沈陽機床股份有限公司 劉薇

龍門五面加工中心滑板鑲條面加工及其困難，要想達到理想的加工精度，需結合生產實際進行優化工藝設計，本文通過加工工藝分析，找到較為合理的工藝加工方法，有效地保證產品質量，提高了加工效率，在大型滑板類零件加工中有很好的推廣價值。

一、引言

深腔體滑板（圖1）作為龍門五面加工中心的重要零件，一方面與橫梁導軌配合實現機床Y軸傳動，一方面與方滑枕配合實現機床Z軸傳動，其特殊的使用特性決定了其獨特的結構形式，尤其是與方滑枕配合的導軌副，更是決定了整個機床的加工精度。

圖1 滑板

由于方滑枕為矩形結構，四面均經過精加工，共有八條基準導軌面，因此深腔體滑板與方滑枕配合面采用四條矩形導軌，這種導軌易加工制造，承載能力大，但導向精度差。側導向面需設調整鑲條，深腔體滑板前端還需設置前蓋，前蓋與方滑枕之間也需要用鑲條導向及調整距離，使整個Z軸呈封閉式狀態。

圖2 滑板與滑枕裝配圖

深腔體滑板呈凹字形長方體，內腔有四處貼塑導軌面及四處鑲條安裝斜面，是機床從結構上起定位支承及傳動作用的主要件（圖2），其中貼塑導軌面加工完成后與滑枕導軌面配研來保證其結合面精度，而鑲條安裝斜面需要直接精加工完成，保證斜度1∶100及表面粗糙度Ra1.6。滑板體鑲條安裝斜面的加工精度是確保龍門五面加工中心高精密的關鍵。

二、加工工藝分析

滑板鑲條安裝斜面加工工藝可分為兩大種：一是采用龍門刨床進行粗刨、精刨。二是用臥式加工中心進行粗銑、精銑。

1.刨削加工

采用龍門刨床對鑲條安裝斜面1∶100進行刨削加工，加工方案如圖3所示。由于滑板型腔較深，需要使用加長刨刀桿才能實現，刀桿長度達到600mm以上，加工時由于振動等原因容易出現讓刀及打刀現象，必須降低切削深度及進給速度來保證加工的實現。由于工件表面是斜面，加工時需要重新裝夾找正2次，需要花大量的時間找正工件，因而降低了加工的效率，無法滿足現場加工節拍的要求。

圖3 刨削加工示意圖

2.銑削加工

采用臥式銑鏜加工中心安裝三面刃銑刀對滑板鑲條安裝斜面1∶100進行插補銑加工，銑削加工示意圖如圖4所示。銑削加工滑板鑲條安裝斜面1∶100的時，由于滑板型腔深，需將機床主軸伸出并配合加長刀桿才能完成。由于刀具長徑比過大，加工時出現振動，導致加工時間長且刀具容易磨損，表面粗糙度不理想，只能達到Ra6.3，無法滿足表面粗糙度Ra1.6的設計要求。

圖4 銑削加工示意圖

我們對前二種加工方案進行了分析，如果使用刨削加工滑板鑲條斜面1∶100，加工效率會很低；如果使用銑削來加工滑板鑲條安裝斜面1∶100，雖然可以提高切削加工的效率，但是使用臥式銑鏜加工中心無法滿足斜面的表面粗糙度精度要求。為了滿足零件表面的精度要求，無論使用以上哪種方案，都達不到理想效果，無法達到產品質量要求和裝配進度需要。

由于刨削和銑削兩種加工方法已經無法滿足滑板鑲條安裝斜面的精度要求，我們對滑鞍的加工方法進行了大膽的改進，決定采用磨削的方法加工此面以提高其表面質量。

由于深腔體滑板的規格較大普通平面磨削無法加工，而且需要使用特殊規格形式的砂輪進行加工才能達到深腔體滑板的鑲條安裝斜面。因此經過深入調查研究并借鑒以前的經驗方式，決定采用將砂輪直接安裝在臥式銑鏜加工中心上的方式來精加工滑板鑲條安裝斜面，以提高此面的表面質量，且無需周轉零件，有效的提高加工效率。

三、改進工藝創新設計

改進后的深腔體滑板鑲條安裝斜面精加工采用的是精銑與精磨（圖5）相結合的方式，由于其結構形式的特殊性以及其加工方法的創新性，使用標準刀輔具已經無法滿足加工需求，因此需要對所需要的刀柄、銑刀、砂輪及砂輪罩等進行自主創新，自行設計制造。

1.銑刀設計

圖5 磨削加工圖

銑刀刀柄與三面刃銑刀采用芯軸結構，依靠兩側鍵傳遞扭矩，端面用螺帽擰緊。為保證加工時具有足夠的剛性，機床主軸不能夠全部伸出，因此需要將刀柄設計具有足夠的長度保證能夠加工的深度，我們確定刀柄的長度為350mm，為保證刀柄自身的剛性，選擇刀柄直徑為70mm，長徑比不大于1∶5，以保證銑刀有足夠的剛性。

2.銑削刀具及砂輪的選擇與設計

深腔體滑板鑲條安裝斜面位于型腔深處，此處為槽型結構，標準三面刃銑刀和砂輪不能滿足生產需求，因此重新設計制造專用三面刃銑刀和砂輪加工此面。

因砂輪安裝在臥式銑鏜加工中心上代替銑刀來提高加工表面的加工質量，因此我們將砂輪直接與銑刀刀柄連接在一起，但為了保證安全將砂輪兩面均安裝法蘭盤。

3.砂輪防護罩設計

由于砂輪本身材料特性及在使用過程中高速旋轉，并且在安裝過程中由于受力不均勻等因素容易發生變形或碎裂，因此出于安全方面的考慮必須具有防護設施（圖6），避免由于砂輪破裂而造成安全事故。通過研究及實際考察，我們選擇將砂輪防護罩安裝在機床主軸箱上，既保證砂輪防護罩的牢固穩定又能夠對砂輪進行有效防護。

圖6 砂輪罩

四、驗證加工及結果分析

我們把兩種加工工藝進行實際驗證，分別采用原有加工方法和改進的工藝方法進行了龍門五面滑板體鑲條1∶100安裝斜面的加工，從表面精度和加工效率方面進行分析。

1.原加工工藝

臥式加工中心精加工鑲條1∶100安裝斜面，加工后，表面粗糙度比較差，需要周轉到龍門刨床精刨來提高表面粗糙度，所用加工時間為臥式加工銑序2小時，龍門刨序12小時，周轉工件約為2小時，合計需要16小時。

2.改進后加工工藝

采用臥式加工中心精加工及精磨鑲條安裝面一次完成，不用周轉和重新裝夾找正，直接編好程序換砂輪就可以加工了，精加工一個件導軌面及鑲條安裝斜面所用時間約為2.5小時。

3.結果分析

（1）精度方面。使用改進后的加工工藝方法可以比較容易的使滑板鑲條安裝斜面1∶100的表面粗糙度達到Ra1.6，滿足使用和裝配的要求。

（2）效率方面。傳統加工方法精銑及精刨一個件所用時間為16小時（包括周轉時間）；改進后精銑及磨削加工所用時間為2.5小時，提高效率是原來的6倍多。且原方法需外協加工，周期無法控制，經常出現短線情況，而采用新工藝方法后則完全滿足生產需求，沒有短線情況且加工精度滿足設計要求。

五、結語

實踐證明，在實際生產中，合理的加工工藝是保證產品質量、提高生產效率的關鍵。在制訂加工工藝、設計加工程序時，必須結合零件的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度以及零件的材料、生產類型認真研究分析，才能設計出合理的數控加工工藝與程序。本加工工藝可有效地保證產品質量，在大型滑板類零件加工中有很好的推廣價值。