高強度鋼板過渡坡口加工工藝

李云

徐工消防安全裝備有限公司 江蘇徐州 221000

1 序言

隨著工程機械產品性能的日益完善，工程機械產品向著輕量化、智能化方向發展。輕量化的產品不僅能夠降低工程機械的能耗，還能提升作業性能。為了減輕產品的結構件質量，在結構件的設計過程中，經常采用薄鋼板與厚鋼板對接焊的方法，這樣不僅滿足了結構件的強度要求，還降低了其整體質量。采用這種焊接方式需要在鋼板上加工過渡坡口，本文就高強度鋼板過渡坡口的加工工藝展開研究，通過使用多種方法加工該類型坡口，為加工其他同類型工件提供參考依據。

2 工件分析

圖1為一種舉高噴射類消防車臂架結構上的側板，材質為Q890D高強鋼。工件邊緣是一個由15°坡口及30°坡口組成的過渡坡口，該坡口無法直接使用等離子切割機氣割成形，現場使用立式加工中心進行加工。

3 加工設備及刀具

加工設備為友嘉VB-715A三軸立式加工中心，工作臺尺寸為1600mm×715mm，數控系統為FANUC 0i-MF，刀具為山特維克可樂滿R390型φ40mm玉米銑刀（見圖2）。

4 工件的裝夾方式

工件在機床工作臺上的裝夾方式及工件坐標系的位置如圖3所示，為保證過渡坡口的鈍邊與機床的X軸平行，使用壓板將工件壓緊。

圖1 舉高噴射類消防車臂架結構上的側板

圖2 山特維克可樂滿R390型φ40mm玉米銑刀

圖3 工件的裝夾方式及工件坐標系的位置

5 使用宏程序編程進行加工

根據圖1中的A-A剖視圖，將過渡坡口的角度、板厚和坡口長度等參數設置成變量（見圖4），使用宏程序編程進行加工，這樣就提高了程序的通用性，可以加工不同板厚及不同角度的過渡坡口。

圖4 宏程序中的變量示意

使用可編程參數輸入幾何補償的技巧加工該過渡坡口。可編程參數輸入幾何補償的指令代碼為G10 L12 P_ R_，其中P是刀號，R是刀具補償值（使用G90絕對值編程模式，此處R為刀具半徑值）。

程序代碼如下：

T1M06

#1=37

#2=6

#3=30

#4=15

#5=15（鋼板厚度）

#6=600（過渡坡口的長度）

#8=20（刀具半徑）

#10=0.2（#4坡口的每層切削深度）

#11=20（刀具半徑）

#12=#2*TAN[#3]

#13=0.1（#3坡口的每層切削深度）

G0G54X0Y0

G0Z100

M03S800

M08

N10G0G40X-60Y0

G0Z#5

G10L12P1R#8

G0G40X-60Y0

G0G42Y#1D1F500

G01X#6F500

G00G40Z100

#5=#5-#10

#9=#10/TAN[#4]

#8=#8+#9

IF[#5GE#2]GOTO10

N20G0G40X-100Y0

G0Z#2

G10L12P2R#11

G0G40X-60Y0

G0G42Y#12D2F500

G01X#6F500

G00G40Z100

#2=#2-#13

#14=#13*TAN[#3]

#11=#11+#14

IF[#2GE0]GOTO20

G0Z200

M05

M30

使用該程序，在刀具允許的范圍內，可以加工不同板厚的任意角度組合的過渡坡口，操作工只需要根據圖樣，更改程序開頭的變量即可。該程序將刀具半徑設為一個變量，該變量的初始值為真實的刀具半徑數值，加工過程中每往下切削一層，刀具半徑數值就會相應發生變化，并使用G10L12的代碼將刀具半徑值寫入機床的刀補寄存器。一般情況下，對于較平緩的坡口，每層的切削深度應盡量設置得小一些；對于較陡峭的坡口，每層的切削深度可以盡量設置得大一些，這樣能夠在提升工件表面質量的同時兼顧加工效率。使用VERICUT軟件對程序進行校驗（見圖5），并檢查工件最終加工完成的形狀（見圖6），說明程序準確無誤。

圖5 使用VERICUT軟件校驗程序

圖6 使用VERICUT軟件檢查工件最終加工完成的形狀

6 NX軟件編程方法

除了使用上述宏程序編程的方法以外，該工件還可以使用NX軟件進行自動編程。但是自動編程的缺點在于程序的行數較多，且不便于操作人員現場修改程序，程序的通用性較差，為此針對需要開過渡坡口的不同工件，需要編制多個程序。

該工件的過渡坡口水平方向最大長度為37mm，使用φ40mm的玉米銑刀加工，可以選擇NX軟件的型腔銑或者等高線精加工的策略進行加工。由于經過驗證，使用型腔銑加工策略生成的刀具路徑略顯凌亂，因此使用等高線精加工的策略進行加工。為了避免多次反復提刀，于是優化刀具路徑，在“非切削移動”中設置區域內轉移方式為“無”，并設置轉移類型為“直接”；同時設置切削類型為“混合”。使用等高線精加工策略最終生成的刀具路徑如圖7所示。

圖7 使用等高線精加工策略最終生成的刀具路徑

7 兩種編程方法的比較

對兩種編程方法進行比較如下：用宏程序編程的方法生成的程序可以針對不同的過渡坡口進行修改，通用性較強，且程序的行數較少，但需要計算變量間的三角函數關系，編程耗時略長；用NX軟件生成的程序精度較高，編程速度快，但程序的通用性較差，需要針對不同尺寸的過渡坡口進行多次編程。

使用兩種方法生成的程序都加工出了合格成品。除了這兩種方法之外，該工件還可以使用五面體加工中心的BC軸萬向銑頭進行加工，也可以根據坡口的角度設計相應的夾具進行加工。

8 結束語

本文針對工程機械中常見的鋼板對接過渡坡口，介紹了多種加工方法，并重點對宏程序編程和NX軟件自動編程方法進行了介紹，比較了兩種方法的優缺點。其中可編程參數輸入幾何補償的技巧，以及NX等高線精加工策略中優化刀具路徑的相關技巧，對其他同類型工件的加工具有一定的參考意義。