彭華武，彭洪濤，潘喜利

江山重工研究院有限公司 湖北襄陽 441116

1 序言

圖1為大型細(xì)長(zhǎng)桁架式T形槽薄壁零件，是某裝填裝置的重要導(dǎo)向部件，其T形槽導(dǎo)軌長(zhǎng)度為8m，T形槽單邊壁厚（3.5±0.5）mm，槽底厚度（3.5±0.5）m m，槽寬（166±0.3）m m，深度66mm，加工后質(zhì)量控制在260kg以內(nèi)。

圖1 大型細(xì)長(zhǎng)桁架式T形槽薄壁零件

2 加工中存在的問題

（1）刀具選擇不合適 本例材料硬度在30HRC以下，傳統(tǒng)銑削方法使用普通三面刃銑刀（見圖2），速度較慢，可滿足切削加工要求。但是切削阻力較大，加工薄壁處工件振動(dòng)嚴(yán)重，出現(xiàn)刀具后刀面急劇磨損和崩刃現(xiàn)象，且容易造成刀具折斷。對(duì)于此件來說，金屬去除量非常大，變形量也很大。

圖2 傳統(tǒng)普通三面刃銑刀

（2）銑削方式不合理 細(xì)長(zhǎng)薄壁件長(zhǎng)達(dá)8m，薄壁T形槽兩側(cè)導(dǎo)向面的壁厚＜3.5mm，槽底滾道面厚度為3.5mm，且深度達(dá)66mm。加工剛性差，當(dāng)采用逆銑時(shí)刀具“挖刀”，產(chǎn)生過切現(xiàn)象；當(dāng)采用順銑時(shí)刀具“讓刀”，產(chǎn)生欠切現(xiàn)象。兩種銑削方式都難以克服工件剛性差的問題。為保證較為正常的切削狀態(tài)，首先要提高工件的加工剛性。

（3）工件裝夾困難 工件只有處于正確的加工位置，才能保證加工余量均勻，特別是關(guān)鍵尺寸，薄壁槽兩側(cè)面和槽底厚度在3.5mm以上。操作人員需要多次在機(jī)床上反復(fù)進(jìn)行測(cè)量、試切和調(diào)整共3個(gè)步驟的操作，才能保證工件處于上下、左右方向合適的位置。裝夾時(shí)如果采用的壓緊力、方向及作用點(diǎn)不合理，也會(huì)引起工件變形，嚴(yán)重的甚至造成報(bào)廢，對(duì)操作人員技能水平的依賴性較高。此外，由于工件細(xì)長(zhǎng)，壓緊力過大會(huì)造成工件變形；壓緊力過小工件會(huì)產(chǎn)生位移，造成不合格品，因此必須制定一套合理的裝夾和找正方案，實(shí)現(xiàn)工件的準(zhǔn)確定位和快速安裝。

（4）受焊接和切削殘余內(nèi)應(yīng)力的影響 細(xì)長(zhǎng)焊接件加工完成后，松開壓板，工件發(fā)生“S”狀形變（見圖3），直線度較差。如何制定科學(xué)合理的切削路線和切削用量，減小切削變形，是保證薄壁槽直線導(dǎo)向作用的關(guān)鍵，也是急需解決的問題。

圖3 工件發(fā)生“S”狀形變

3 改進(jìn)后的加工措施

改進(jìn)后的加工措施如下。

1）采用可轉(zhuǎn)位涂層合金槽銑刀代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三面刃槽銑刀[1]。傳統(tǒng)的T形三面刃銑刀切削速度vc=50m/min，加工效果差；新型可轉(zhuǎn)位涂層合金槽銑刀（見圖4）切削速度設(shè)置在vc=250m/min，同時(shí)采用較大前角、錯(cuò)齒排列方式[2，3]，切削阻力減小，可明顯改善振動(dòng)現(xiàn)象。此外，為進(jìn)一步提高刀具的切削效果，本例采用數(shù)控龍門可升降式橫梁銑床加工，盡量降低橫梁高度，從而提高機(jī)床實(shí)際加工時(shí)工藝系統(tǒng)的剛度。

圖4 新型可轉(zhuǎn)位涂層合金槽銑刀

2）增加薄壁處的加工剛性[4]。通過焊接工藝加強(qiáng)筋的方法增強(qiáng)薄壁件整體剛性（見圖5）。加強(qiáng)筋采用矩形管形成包圍式整體性結(jié)構(gòu)并進(jìn)行點(diǎn)焊，避免吊裝引起的變形；點(diǎn)焊在工件需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加工剛性的位置，使工件在剛性最弱處的加工剛性得到增強(qiáng)。點(diǎn)焊加強(qiáng)筋時(shí)需要捶擊焊點(diǎn)位置，減少點(diǎn)焊工藝?yán)钜鸬暮附幼冃?。此外，點(diǎn)焊位置還須滿足壓板壓緊位置的需要。

圖5 通過焊接工藝加強(qiáng)筋的方法增強(qiáng)薄壁件整體剛性

3）用“繃線法”找正試切工件。工件剛性增強(qiáng)后，不容易產(chǎn)生過大的形變，從而增加操作人員找正試切工件的難度。使用“繃線法”（見圖6）檢測(cè)工件加工余量是否均勻，可減少操作人員反復(fù)檢查試切工件直線度的工作量。

圖6 繃線法

4）加工工藝優(yōu)化，細(xì)化加工步驟，增加精基準(zhǔn)銑削工步。找正后可以在工件底面見光，使底面平整，圖7所示為銑精基準(zhǔn)。有了精基準(zhǔn)，就為下一步加工效率的提高奠定了基礎(chǔ)：①使用點(diǎn)焊的工藝?yán)钭鳛樵黾拥墓に囃箟K，工藝凸塊可以起到作為壓緊點(diǎn)的輔助增強(qiáng)工件剛性的作用。②采用夾的方式可將弱剛性薄壁零件圍成整體形式，提高整體加工剛性。③采用頂?shù)姆绞皆黾硬鄣椎那邢髦瘟?，避免底齒讓刀后回彈尺寸不合格。④采用擠的方式，加工時(shí)采用順銑的銑削方式，使切削力指向擠的方向，多維度減少工件振動(dòng)，從而全方位提高裝夾效果和可靠性（見圖8）。

圖7 銑精基準(zhǔn)

圖8 全方位提高裝夾可靠性

圖9 分段去應(yīng)力及插銑法

5）結(jié)合使用分段去應(yīng)力法和插銑法[4]。分段去應(yīng)力及插銑法如圖9所示，將工件分為7段用插銑法釋放應(yīng)力，避免過長(zhǎng)距離加工熱量累積和內(nèi)應(yīng)力引起的變形。分段切開后相當(dāng)于分散其應(yīng)力集中變形；插銑法的好處是軸向受力切削，減少薄壁處的加工振動(dòng)和變形。此外，再采用減小破壞工件切削剛度法，從加工剛性最差位置開始加工，避免過早對(duì)工件剛度的破壞，保證加工剛性。最后采用對(duì)稱銑削法編程，小切削、大走刀方式對(duì)稱加工，進(jìn)一步減少金屬切削時(shí)產(chǎn)生的工件變形。

4 注意事項(xiàng)

1）銑T形槽時(shí)，切屑不易排出，切削產(chǎn)生的大量熱量也不易排出、散發(fā)，應(yīng)加大切削液流量和速度，避免產(chǎn)生塞刀、夾刀而損壞刀具，從而提高加工面的表面質(zhì)量。

2）在銑薄壁槽時(shí)，切入、切出時(shí)采用圓弧漸進(jìn)、漸出方式，并適當(dāng)降低進(jìn)給速度，提高切削平衡性和刀具壽命。采用該方法刀具切入、切出平穩(wěn)，不留切削痕跡，不產(chǎn)生振動(dòng)，對(duì)于加工弱剛性材料更應(yīng)如此。

3）粗銑T形槽時(shí)，深度方向可留1mm余量；精銑底槽時(shí)，將深度一并銑出到尺寸要求，可增強(qiáng)薄壁槽銑削時(shí)的平穩(wěn)性。

5 結(jié)束語

本項(xiàng)加工技術(shù)適用于桁架薄壁槽導(dǎo)軌加工。憑借加工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和工藝改進(jìn)，優(yōu)化銑槽刀具和裝夾方法，提高工件剛性，通過采用科學(xué)合理的工藝方法，解決了T形槽薄壁零件的“S”狀形變問題，加工精度得到明顯改善，加工效率提高了3倍以上，受到用戶的好評(píng)。