碎边刀架关键部位加工工艺方案研究

2021-04-01殷方游胡余平

中国重型装备 2021年2期

关键词：铣头镗床内腔

殷方游杨萧胡余平

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618013)

1 碎边刀架概述

碎边刀架是双边剪设备中剪切机的重要零件，结构复杂，加工精度要求高。根据机械加工原理，除需要多种机床配合加工外，还需对零件结构优化并设计制造专用工装，才能够实现碎边刀架的加工。

1.1 碎边刀架结构特点及关键部位加工难点

1.1.1 结构特点

碎边刀架是一个长方体的铸件，材质ZG30Mn，净重1020 kg，外形尺寸1365 mm×470 mm×430 mm，内部为一个长方形空腔，壁厚最薄40 mm，最厚64 mm，方腔底部为∅400H8半圆弧(见图1、图2)。

图1 碎边刀架结构示意图

图2 碎边刀架半封闭内腔尺寸

1.1.2 关键部位加工难点

(1)碎边刀架有滑板安装面、碎边刀安装面及滑板面等，其制造精度直接关系到剪切机构的功能实现和剪切精度。根据零件的结构特点，要满足图纸要求的各项精度指标有难度。

(2)∅400H8圆弧面为半圆弧面，五个方向封闭，只能采用镗床镗孔的方式进行加工。由于圆弧面为间断切削，且加工过程中刀具需更换方向，该部位的加工成形、满足尺寸精度和形位公差精度均较困难。

(3)碎边刀架的方腔空间非常狭小，其截面尺寸400 mm×302 mm，需加工深度775 mm，单一的数控龙门铣床和数控镗床不能实现方腔内侧面的全部加工，必须采用多机床协同配合才能完成，操作难度大。

2 关键部位加工工艺方案设计及实施

2.1 碎边刀架外形尺寸的加工

根据碎边刀架的结构特点，外形加工机床可选择带附件铣头的龙门铣床，仅需两次装夹即可完成所有外形尺寸的加工。

2.2 ∅400H8圆弧面及端面的加工

由于碎边刀架∅400H8圆弧面位于半封闭内腔底部，只能由镗床将刀杆从∅120H8孔伸入进行加工，∅400H8圆弧面无空刀槽，为控制加工精度，在圆弧中间部位设置一处5 mm宽，0.5 mm深的工艺空刀槽，解决了换刀具问题。∅400H8圆弧端面传统方法是利用刮面刀在刀杆悬臂较长的状态下进行加工，为断续切削，切削抗力大，工况不稳定，无法保证加工精度，只用于碎边刀架粗加工。

为保证精加工质量，选择∅130 mm数控镗床作为∅400H8圆弧面及两端面的精加工设备，并设计制作组合式镗孔及刮面工装，以提高工艺系统刚性和加工过程中的稳定性。工装包括专用刀杆、镗刀柄及刮刀柄等(见图3)。

加工过程中，首先利用方孔刀杆及焊接刀，对∅400H8半圆孔及两端面进行半精加工，单边留量1 mm。安装专用刀杆，先后进行镗圆弧和刮端面。根据工件材料及结构特点，选用切削参数为：转速50 rmin，进给12 mmmin，吃刀深度0.15 mm。专用刀具三维图见图4，圆弧端面刮削工况见图5。

经检测，精加工后∅400H8孔及302+0.2mm尺寸全部在图纸公差之内，302+0.2mm尺寸两侧面相邻两刀之间的不平度不大于0.01 mm，完全满足图纸技术要求。

2.3 碎边刀架内腔加工

由于碎边刀架内部空腔的空间狭小，结构较为特殊，单台机床的附件铣头无法满足内腔各面精加工要求。结合碎边刀架的结构特点和现场实际情况，设计了多机床协同配合，利用不同机床不同尺寸的附件铣头，通过不同工位完成碎边刀架内腔精加工。

2.3.1 碎边刀架内腔底面在镗床上加工

图2所示的尺寸198 mm的右侧面，原设计结构该面距圆弧中心200 mm，正好与下方∅400H8圆弧面相切。采用端铣的方式加工该面时，刀尖会切进∅400H8圆弧面。针对这种情况，对该结构进行优化，将与圆弧面相切的侧面改为高出圆弧面2 mm，200 mm尺寸改为198 mm(见图6)，既方便圆弧面测量，又保证了刀盘铣削加工该侧面时有2 mm深的工艺空刀槽。

图3 组合式镗孔刮面工装

图4 专用刀具三维图

图5 圆弧端面刮削工况

1—∅130 mm镗床主轴 2—∅250 mm刀盘 3—镗床加工区域 4—镗床加工198mm尺寸面后残余区域

图7 数控龙门铣床加工

图8 完工后的内腔

镗床主轴从侧面窗口处伸入内腔，使用∅250 mm刀盘采用端铣的方式加工198 mm右面(见图6)，由于主轴尺寸及刀盘直径受限，图6右侧阴影部分镗床无法全部完成加工。

2.3.2 碎边刀架在数控龙门铣床加工

根据碎边刀架内腔尺寸及结构特点，选用5 m×17 m数控龙门铣镗床，利用加长直角铣头(截面尺寸280 mm×213 mm，有效长度722 mm)加工内腔302+0.2mm尺寸两侧面。

在加工过程中，碎边刀架立放，铣头从顶部方孔深入，见图7(a)，使用∅315 mm切刀盘可将方腔内两侧面加工至302+0.2mm尺寸，镗床刮平面接平，但在下部两侧仍留有月牙形的加工死角，见图7(b)所示阴影部分。然后将碎边刀架倾斜45°，将铣头从侧面窗口伸入，见图7(c)，用∅315 mm切刀盘将剩余的死角部位清除，完成内腔302+0.2mm尺寸两侧面的加工。然后使用周铣的方式，将镗床加工198 mm尺寸侧面剩余部位的两端去除，由于内腔302 mm尺寸受限，无法完全去除残余部分，在198 mm尺寸底面中间尚残留118 mm×11 mm宽凸台无法去除。

2.3.3 碎边刀架在立式牛头刨床的加工

针对残留的118 mm×11 mm凸台，选择活动牛头刨床作为清除方腔内残余凸台的加工设备。

已加工面作为加工基准，∅400H8圆弧面作为刨床加工的退刀槽，安装加长刨刀杆，将残余部分加工去除，与铣床加工面接平，完工后的内腔见成品图8。