01
序言
細(xì)長管類零件直徑小、壁厚薄，長徑比和孔徑比都比較大。由于懸伸長、剛性差，加工時容易出現(xiàn)振顫，進(jìn)而造成管類零件的變形和松動，致使刀具損壞或壽命降低，且加工效率低，表面質(zhì)量差，產(chǎn)品質(zhì)量不易保證，甚至出現(xiàn)零件報廢等諸多問題。
02
零件分析
圖1所示架體組焊零件加工批量大，其形狀為細(xì)長桿，最小加工角度為3°，直徑40mm，壁厚為3mm，長徑比達(dá)到25，剛性差，加工時容易出現(xiàn)振動，造成刀具損壞，如何裝夾加工成了難題。若按常規(guī)方法加工裝夾，則零件加工面懸伸出裝夾范圍過長，加工時引起振動，斜弧面尖角都被扳掉，造成刀具損壞，加工效率低，甚至引發(fā)零件報廢、操作人員受傷等事故，需要制定合理的裝夾方式來解決這些問題。
a）管件連接示意
b）零件弧面結(jié)構(gòu)及尺寸
圖1 架體組焊零件
03
原加工方法
原加工方法裝夾如圖2所示。用壓板壓住零件不加工位置，帶斜度部分伸出工作臺，用刀具分層銑削，零件振動嚴(yán)重，每層切削深度為0.2mm，到最后切削深度為0.05mm，加工效率低，零件表面質(zhì)量差[1]。
a）裝夾示意
b）實際加工裝夾
圖2 原加工方法裝夾
04
工裝改進(jìn)
在工裝方面進(jìn)行如下改進(jìn)。
1）合理設(shè)計工裝，使工裝與零件合為一體。改進(jìn)后的工裝如圖3所示。第一次加工時，將零件和工裝一體加工，把工裝多余的部分去除掉，避免在正常加工時刀具與工裝發(fā)生碰撞，并且讓工裝與零件最大面積地接觸，達(dá)到包裹的目的，使零件的剛性達(dá)到最佳狀態(tài)。
圖3 改進(jìn)后的工裝
2）工裝加工成形后，優(yōu)化加工程序，只對零件進(jìn)行加工，工裝設(shè)置為干涉面，選擇合適的刀具和切削參數(shù)，使加工過程一氣呵成，避免了在加工過程中為了達(dá)到更好的剛性而調(diào)整壓板、挪動墊鐵等繁瑣工作。
3）工裝蓋板如圖4所示，選用鋁材料來加工，減輕質(zhì)量以減小勞動強(qiáng)度，中間加工為圓弧狀，可以與零件緊密地貼合，提高加工穩(wěn)定性[2]。加工效果如圖5所示。
圖4 工裝蓋板
圖5 加工效果
05
刀具改進(jìn)
?。?）原來選用的刀具 由于零件懸伸過長，所以選用直徑較小、切削刃鋒利的φ32mm鑲齒銑刀，刀具前角約5°，刃傾角為3°，主偏角為90°，側(cè)隙角為0°。選用較小的切削深度，并且采用分段切削的方法，可以起到有效保護(hù)刀具的作用，但刀具刀尖部分相對較薄，加工時還是容易崩刃。
?。?）現(xiàn)在選用的刀具 選用φ32mm高速銑刀，刀具前角為1°～2°，刃傾角為0°，主偏角約120°，側(cè)隙角為30°。加工時產(chǎn)生一個下壓的切削力，切削速度快，能夠很好地起到防顫的效果，并且刀片厚實，抗振性很好[3]。
加工刀具對比如圖6所示。
a）直角鑲尺銑刀 b）高速銑刀
圖6 加工刀具對比
06
加工方法改進(jìn)
采用分段加工（見圖7）的策略，先從零件剛性最差的末端開始加工，加工分成三段，逐步向左完成加工，每次切削深度為1mm[4]。
a）第一段加工 b）第二段加工
c）第三段加工 d）輪廓精加工
圖7 分段加工
07
加工效果分析
改進(jìn)前后工藝及加工效果對比見表1。
由表1可以看出，通過使用工裝，選用帶斜角的高速銑刀進(jìn)行粗加工，使切削力變?yōu)橐粋€下壓的力，不會拉動工件產(chǎn)生振動，零件的尖角很好地保留，完全符合技術(shù)要求。零件表面質(zhì)量得到很大提升，加工效率提升6倍多，每件刀具加工成本節(jié)約200多元。
表１ 改進(jìn)前后工藝及加工效果對比
08
創(chuàng)新點與技術(shù)總結(jié)
1）改進(jìn)工裝及加工方法。巧妙設(shè)計專用工裝。加工時，使工裝和零件緊密貼合、融為一體，即把工裝也設(shè)置為加工零件，與零件一起加工，加工完后，可以更好地包裹零件，增強(qiáng)零件的剛性，基本消除了細(xì)長管加工中的顫動現(xiàn)象。
2）優(yōu)化加工程序，將工裝設(shè)置為干涉面，使零件斜弧面加工過程一氣呵成，避免了調(diào)整壓板、挪動墊鐵等繁瑣輔助工作。
3）優(yōu)化刀具及加工參數(shù)，改進(jìn)加工方法，加工效率提升6倍以上，降低了生產(chǎn)成本。
09
結(jié)束語
本文介紹一種細(xì)長管大角度斜弧面加工方法，針對加工過程中的零件振顫和刀具損壞情況進(jìn)行工藝分析，通過工裝改進(jìn)、參數(shù)優(yōu)化，刀具重新優(yōu)化配置，加工時，使工裝和零件緊密貼合、融為一體，消除了細(xì)長管長斜弧面加工中的顫動現(xiàn)象，提高了加工效率，刀具壽命也得到大幅提升，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，已在公司相似產(chǎn)品中進(jìn)行推廣應(yīng)用。
