大型平板硫化機橫梁加工方案優化

趙亞洲，陳建

益陽橡膠塑料機械集團有限公司 湖南益陽 413000

1 序言

平板硫化機屬于橡膠機械制造裝備的一種，用于生產鋼絲帶和尼龍帶兩種橡膠輸送帶制品。橫梁是平板硫化機主機裝置部分的一個關鍵零部件，屬于大型焊接結構件，分為上橫梁和下橫梁。圖1所示平板硫化機下橫梁規格尺寸為16000mm（長）×2200mm（寬）×900mm（高），材質為Q235B，設計凈重約72t，加工焊接毛坯質量約78t。

圖1 平板硫化機下橫梁示意

2 下橫梁加工中存在的問題

2.1 空刀時間較長

由于焊接變形的存在，導致下橫梁在銑削加工上下大平面時，刀具空走刀的時間會比較長。如果是一般尺寸較小的焊接結構件，因為焊接變形相對較小，所以在后續的加工環節刀具空走刀浪費的時間也不會很長，而對于平板硫化機下橫梁這種大型焊接結構件而言，時間浪費就比較明顯了。平板硫化機下橫梁長寬比為7.27，屬于易變形箱體式焊接結構件。組焊一件下橫梁，在長度方向上一般變形量控制在5～8mm，變形的最高點或者最低點一般靠近長度方向的中間位置，橫梁變形一般呈弓型，向上彎曲或者向下彎曲，并在長度方向上伴隨有一定程度的扭曲變形。下橫梁焊接變形情況如圖2所示。

圖2 下橫梁焊接變形情況

2.2 工序不能集中

以往受數控加工設備數量的限制，以及CAM編程軟件等配套設施不完善，橫梁加工工序不能夠實現最大程度地集中。現在公司陸續購置了6臺大型數控加工設備，把原先加工橫梁的龍門移動式數控鏜銑床（GNC40220mr3）的產能釋放出來，可以根據新工藝對原有的工序內容重新進行排布，從而提高加工效率。

2.3 鉆孔刀具單一

目前加工下橫梁大平面的刀具為φ125mm、R6mm面銑刀，刀具尺寸太小，影響加工效率。工序集中后，鉆孔、攻螺紋等工序會相對集中，需要補充采購鉆孔類刀具。

3 相應的改進措施

3.1 針對下橫梁變形引起刀具空走刀問題

以往粗加工橫梁上、下大平面的走刀路線：擺放并找正好工件后，沿長度方向用百分表測量變形量，找出最高點，以此為基準點，一層一層向下加工。設計大平面加工余量為7mm左右，如果再算上橫梁變形量，則整個橫梁有12～15mm去除量，整個過程尤其是在最開始的分層加工過程中，刀具空走刀是比較多的。原工藝加工路線如圖3所示。

圖3 原工藝加工路線

改進后將橫梁沿長度方向以1.6m為單位劃分為10個加工區域（見圖4），各個區域獨立進行粗加工，每個區域的加工余量值按照先前用百分表測量的橫梁大平面的變形量來確定，刀路方向也修改為沿寬度方向進退刀。加工區域分段加工如圖5所示。

圖4 加工區域分段

圖5 加工區域分段加工

這樣做的目的是把一整塊焊接變形比較大的加工面，分割成多塊變形較小的加工面，從而減少空走刀的時間，提高橫梁加工效率。一個加工面具體要分多少份，要按照所使用刀具的吃刀量大小以及橫梁的實際變形情況來決定。對于體量比較大、焊接變形量也比較大的結構件來說，每一件變形情況都不一樣，甚至差異比較大，完全參照計算機里的三維模型進行加工是不可能的，也是不安全的，必須結合實際。此類零件的數控加工一般有兩種操作模式：①現場編制型。在現場由工藝人員根據零件的實際變形情況來編制程序，針對每一個單獨區分的加工面，只需要修改毛坯余量這一個參數即可。②循環修改型。利用循環程序進行加工，由機床操作人員根據每一單獨區分的加工面的實際情況進行毛坯余量參數的實時調整。這兩種方式都是建立在零件變形量數據的檢測基礎上的。

3.2 針對下橫梁加工工藝排布問題

原先在機床能滿足要求的情況下，機械加工工藝流程比較分散。優化后的工藝流程要求全部機械加工工藝集中在一臺設備上完成，大大節約了工藝流轉的時間。優化前后的工藝區別，主要是把原先排布在其他鉆床上加工的孔類加工步驟全部都集中在GNC40220mr3這一臺機床上完成，大大縮短了工藝流程，提高了效率。一個零部件的加工到底是工藝集中能提高效率，還是工藝分解能提高效率，不能一概而論。如果屬于傳統制造行業，而且加工件比較復雜，則應盡可能使工藝集中，可以最大程度地縮短工藝流程，減少中間過程，發揮其綜合性強的特性；如果屬于流水線式的制造行業，則工藝分散能發揮其專而精的工藝特性，可能效率會更高[1]。

3.3 針對刀具問題

刀具方面主要是更換了規格型號更大一些的粗加工面銑刀，并且按照新工藝要求增加了一部分鉆頭類刀具。下橫梁數控加工刀具清單見表1。

表1 下橫梁數控加工刀具清單

粗加工原來使用的是FMR-125RD12-Z6面銑刀，刀粒型號為RDKW1204MO，現在換成MFB245R14C60SN12面銑刀，刀粒型號為SNMU1206ANSN-GH，兩種刀具的相關參數對比見表2。由表2可以看出，新刀具性能優于舊刀具，效率也更高。

表2 兩種刀具的相關參數對比

鉆孔類刀具均為新增加的刀具。下橫梁加工需要鉆M30、M24、M20和M12四種規格的螺紋孔，均屬于淺孔鉆削，前面三種規格的螺紋孔選用相應規格的U鉆加工；M12螺紋孔因為尺寸的原因，依舊選用普通麻花鉆加工。U鉆相對于普通麻花鉆轉速更快、效率更高，冷卻效率高，刀桿剛性也更好，孔的加工精度也更有保證[2]，此外，因為刀粒可更換，所以針對不同材質的零件加工，其互換性、適應性也是最好的。

螺紋加工刀具有兩種，一種是螺紋銑刀，一種是機用絲錐。M20規格以下的螺紋采用絲錐加工，M20規格以上的螺紋采用螺紋銑削的方式加工。絲錐選用合金帶涂層的螺旋式絲錐，比普通機用絲錐更適合在較高轉速下攻螺紋且不易折斷[3]。選用單刃螺紋銑刀，比梳齒螺紋銑刀加工效率要低一些，但是通用性更好一些，能節省不少成本。

4 工藝優化效果

按照所選定的優化方向，重新調整下橫梁加工工藝方案，根據新工藝編制數控加工程序，并在實際加工過程中進行效果檢驗。

工藝改進后，下橫梁數控加工共55段程序，純加工時間為56.6h，期間下橫梁翻面兩次，再加上其他輔助時間，加工總耗時75.4h。舊工藝總耗時為93h，加工效率提高了18.92%。

5 結束語

針對大型焊接結構件進行工藝集中的加工嘗試，取得了較好的工藝優化效果，為類似零部件的數控加工提供了經驗。這種新方法不僅提高了數控加工效率，而且為機床數控刀具選型配置提供了參考和借鑒。

專家點評

文章闡述了下橫梁加工過程中存在的空刀多、工序分散及鉆孔刀具單一等問題，有針對性地采取改進措施，重新調整工藝方案，補充采購鉆孔類刀具。通過工序集中和數控刀具的選型配置，總結出一套適用于大型焊接結構件的數控加工方法，積累了實用加工經驗。