沈陽機(jī)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(dá)到理想的加工精度，需結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，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(chǎn)品質(zhì)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(dǎo)軌配合實(shí)現(xiàn)機(jī)床Y軸傳動，一方面與方滑枕配合實(shí)現(xiàn)機(jī)床Z軸傳動，其特殊的使用特性決定了其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式，尤其是與方滑枕配合的導(dǎo)軌副，更是決定了整個機(jī)床的加工精度。

圖1 滑板

由于方滑枕為矩形結(jié)構(gòu)，四面均經(jīng)過精加工，共有八條基準(zhǔn)導(dǎo)軌面，因此深腔體滑板與方滑枕配合面采用四條矩形導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌易加工制造，承載能力大，但導(dǎo)向精度差。側(cè)導(dǎo)向面需設(shè)調(diào)整鑲條，深腔體滑板前端還需設(shè)置前蓋，前蓋與方滑枕之間也需要用鑲條導(dǎo)向及調(diào)整距離，使整個Z軸呈封閉式狀態(tài)。

圖2 滑板與滑枕裝配圖

深腔體滑板呈凹字形長方體，內(nèi)腔有四處貼塑導(dǎo)軌面及四處鑲條安裝斜面，是機(jī)床從結(jié)構(gòu)上起定位支承及傳動作用的主要件（圖2），其中貼塑導(dǎo)軌面加工完成后與滑枕導(dǎo)軌面配研來保證其結(jié)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?；弩w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(guān)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(jìn)行粗刨、精刨。二是用臥式加工中心進(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)，刀桿長度達(dá)到600mm以上，加工時由于振動等原因容易出現(xiàn)讓刀及打刀現(xiàn)象，必須降低切削深度及進(jìn)給速度來保證加工的實(shí)現(xiàn)。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(xiàn)場加工節(jié)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(jìn)行插補(bǔ)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(jī)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(xiàn)振動，導(dǎo)致加工時間長且刀具容易磨損，表面粗糙度不理想，只能達(dá)到Ra6.3，無法滿足表面粗糙度Ra1.6的設(shè)計(jì)要求。

圖4 銑削加工示意圖

我們對前二種加工方案進(jìn)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(dá)不到理想效果，無法達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求和裝配進(jìn)度需要。

由于刨削和銑削兩種加工方法已經(jīng)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(jìn)行了大膽的改進(jìn)，決定采用磨削的方法加工此面以提高其表面質(zhì)量。

由于深腔體滑板的規(guī)格較大普通平面磨削無法加工，而且需要使用特殊規(guī)格形式的砂輪進(jìn)行加工才能達(dá)到深腔體滑板的鑲條安裝斜面。因此經(jīng)過深入調(diào)查研究并借鑒以前的經(jīng)驗(yàn)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(zhì)量，且無需周轉(zhuǎn)零件，有效的提高加工效率。

三、改進(jìn)工藝創(chuàng)新設(shè)計(jì)

改進(jìn)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(jié)合的方式，由于其結(jié)構(gòu)形式的特殊性以及其加工方法的創(chuàng)新性，使用標(biāo)準(zhǔn)刀輔具已經(jīng)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(jìn)行自主創(chuàng)新，自行設(shè)計(jì)制造。

1.銑刀設(shè)計(jì)

圖5 磨削加工圖

銑刀刀柄與三面刃銑刀采用芯軸結(jié)構(gòu)，依靠兩側(cè)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(jī)床主軸不能夠全部伸出，因此需要將刀柄設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

深腔體滑板鑲條安裝斜面位于型腔深處，此處為槽型結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)三面刃銑刀和砂輪不能滿足生產(chǎn)需求，因此重新設(shè)計(jì)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(zhì)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(hù)罩設(shè)計(jì)

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

圖6 砂輪罩

四、驗(yàn)證加工及結(jié)果分析

我們把兩種加工工藝進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證，分別采用原有加工方法和改進(jìn)的工藝方法進(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)工件約為2小時，合計(jì)需要16小時。

2.改進(jìn)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(zhuǎn)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(dǎo)軌面及鑲條安裝斜面所用時間約為2.5小時。

3.結(jié)果分析

（1）精度方面。使用改進(jìn)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(dá)到Ra1.6，滿足使用和裝配的要求。

（2）效率方面。傳統(tǒng)加工方法精銑及精刨一個件所用時間為16小時（包括周轉(zhuǎn)時間）；改進(jìn)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(xié)加工，周期無法控制，經(jīng)常出現(xiàn)短線情況，而采用新工藝方法后則完全滿足生產(chǎn)需求，沒有短線情況且加工精度滿足設(shè)計(jì)要求。

五、結(jié)語

實(shí)踐證明，在實(shí)際生產(chǎn)中，合理的加工工藝是保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。在制訂加工工藝、設(shè)計(jì)加工程序時，必須結(jié)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(chǎn)類型認(rèn)真研究分析，才能設(shè)計(jì)出合理的數(shù)控加工工藝與程序。本加工工藝可有效地保證產(chǎn)品質(zhì)量，在大型滑板類零件加工中有很好的推廣價值。