采棉機上復合角型材加工工藝研究與優化

王幸福

（中國鐵建重工集團股份有限公司，湖南 長沙 410100）

0 引言

懸掛系統主體結構由兩根常規型材和一根復合角型材焊接而成，是采棉機的重要組成部分[1]，與車架相連接，且懸掛著采棉頭（圖1）。

圖1 懸掛架結構示意

復合角型材為方管150mm×150mm×10mm，材質為Q345B，結構如圖2，其加工無法通過普通的鋸床與三維激光切割[2]完成，現主要利用數控鏜銑機床配合回轉臺，通過排刀方式完成復合角度加工[3-4]，加工成型需要耗費大量時間，加工成本高，無法滿足批量生產需求。本文主要通過設計開發專用工裝、優化刀具及路徑等措施實現該工件的高效批量生產。

圖2 復合角型材工程圖

1 加工工藝對比

1.1 原加工工藝方案

傳統加工工藝方案如表1，原材料鋸切后通過簡易工裝進行劃線切割，預留加工余量后轉鏜銑工序，加工設備采用昆明道斯機床有限公司臥式鏜銑床（WHN130）。

表1 傳統加工方案

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。加工時主要通過通用方箱和壓板等工具對工件進行定位壓緊，機床找正工件外形后，回轉臺旋轉72°（或70°），隨后程序中旋轉70°（或72°），刀具旋轉對其進行切削，形成復合角，其中切削速度（Vc）200 m/min，進給量（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 為玉米銑刀刀路簡圖，其中箭頭代表刀具運動軌跡，實線為程序代碼G01，實際切削，虛線為程序代碼G00，空刀返回。按傳統加工工藝方案，結合切削參數表的背吃刀量可計算出共需走刀155次。

圖4 傳統加工方案刀具路徑示意

1.2 優化后加工工藝方案

針對復合角型材傳統加工方案的弊端，對其鏜銑工序的工藝方案進行優化，根據夾具設計原則[5]設計一種專用裝夾定位工裝，優化刀具及切削路徑，優化后方案見表2。

表2 優化后加工方案

1.2.1 工裝結構介紹

復合角型材鏜銑專用工裝如圖5，由支撐框架、側向定位組件、垂直定位組件、壓板式垂直夾緊機構、側向夾緊機構及工藝塊構成。其中壓板式垂直夾緊機構和側向夾緊機構協同工作，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 工裝應用

工裝應用時，將工裝擺放在機床上，使機床與工裝的位置相對固定，然后裝入工件，以型材外形定位，端面與工裝上工藝塊對齊后使用垂直、側向夾緊機構將其鎖緊。

此處需要說明的是，優化后的工藝方案不受機床的限制。如果采用帶回轉臺的數控鏜銑機床，工裝可隨意放置，后續可通過程序控制回轉臺，使機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

根據刀具及切削參數的選用以減少加工應力，增強切削剛性為準則[6]優化切削刀具，選用山特維克的直徑為Φ160mm（DC尺寸）面銑刀進行銑削，如圖7，并合理優化切削參數，具體切削速度（Vc）180m/min，進給量（f）0.45mm/r，背吃刀量（ap）2mm。

圖7 Φ160 面銑刀模型與工程圖

經過優化后的面銑刀刀路簡圖如圖8，其中箭頭為刀具運動軌跡，實線程序代碼G01，實際切削，虛線為程序代碼G00，空刀返回，結合切削參數可計算出按優化后的工藝方案僅需走刀6次。

圖8 傳統加工方案刀具路徑示意

2 應用效果

通過專用工裝、刀具和切削參數優化的應用解決了復合角型材過程中加工效率低的問題，大幅提升了數控鏜銑設備的利用率，同時也降低了對數控設備的依賴。如表3可知，經工藝優化后加工效率提升80%以上，單件總體加工時間縮短3.8h。

表3 傳統與優化后方案加工時長對

3 結束語

通過以上實踐證明，根據產品結構特點設計專用工裝、匹配合理的刀具及切削參數對其意義重大，可有效縮短加工時間，提高設備利用率，解決生產中的瓶頸工序，實現產品批量生產，同時也為后續其他產品加工提供成熟經驗。