论文部分内容阅读
摘 要：本文针对支座加工余量大、交付周期紧的支座产品，提出一种快速去除支座零件余量的方法与加工工艺，以此达到降低生产成本的目的，实践证明该方法可大大缩短支座的交付周期，提高了加工效率，具有一定的推广价值。
关键词：数控加工;工艺改善;数控编程;上、下支座板
中图分类号：TH164 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2020）05-0000-00
0 引言
当前大型支座钢件部件的加工，逐渐倾向于使用数控设备，对比普通加工设备，数控设备具有加工效率高、加工精度高、劳动强度低、适应能力强、工作环境好等优势。基于此，本文阐述了一种支座部件的加工方法和加工工艺的改进方式，同时论述了其在毛坯料加工成产品过程中对于提升加工效率、降低成本、筋条尾料再利用以及保证产品质量等方面的优势，最终得到加工支座部件的最佳加工工艺方法。
1 支座部件的加工方式
支座中的上、下支座板为方形零件，在普通龙门铣和加工中心上加工。对比普通龙门铣，（1）加工中心拥有加工精度高，加工质量高的优势。（2）在产品换型时，只需更改数控程序，生产准备时间短[1，2]。（3）机床刚性大，可选择较大的切削参数加工，生产率高（一般为普通设备的3～5倍）[3]。（4）自动化程度高，劳动强度低。工序集中适应能力强 [4]。目前上、下支座板基本都在加工中心等数控设备上进行粗、精加工。
2 编制流程
2.1 加工工艺流程
从产品形状可以看出，要完整加工出产品，主要有铣（数控铣）、车、钳、钻等工序。根据加工先粗后精的原则，排出该支座部件的加工工序流程。
2.2 编制数控工艺流程
（1）工艺确认。首先要记录产品的毛坯来源信息，用卷尺检测毛坯是否有足够的加工余量，毛坯的变形是否处于可加工范围内，达到要求后方可进行下一步工序[5]。（2）装夹校正产品。将铣床已铣完六方的坯料，装在对应的数控铣床工作台上，用百分表校正坯料侧边，再对坯料进行对中找中心，并将数据输入到数控坐标系内。（3）数控程序编辑。数控编程员根据图纸要求，编制出数控切削加工路径程序，并写在数控加工程序单上，把刀具参数，以及加工切削参数记录好。按照图纸要求与尺寸，绘制出产品3D数模。将需要切削的部位绘出边界线，限制切削范围。创建零件数模毛坯。选用适用刀具。设置切削参数：切削方式、主轴转速、吃刀量、预留量、切削速度等生成NC文本文件。（4）产品试切，自检。数控操作员按照数控加工程序单要求，先抬刀对坯料进行试切，切削一部分后停止加工，对已加工的区域使用对应的量具进行测量，检测加工是否正确。试切合格后，取消刀具补偿，正式进行加工。
3 支座加工存在的问题
对数控加工支座部件流程进行分析，对于外形尺寸超过1 800 mm×2 500 mm 的大型桥梁支座，在数控龙门铣上加工时长达到63 h，而且去除的余量将近整个零件毛坯的2/5。去除余量的时间太长，影响支座的加工效率，加工成本高，加工产能得不到提升，将影响产品的交付周期。
4 支座部件加工方法
4.1 支座部件装夹校正
当每件支座部件毛坯装上设备后，都要进行校正分中。由于毛坯材料表面粗糙（氧割面），校直时对百分表损伤较大，而且还要慢慢调整，花费时间多。在装夹产品时，利用自制限位T型块，将2个T型块嵌入工作台同一T型槽里，工件在吊运上设备时，直接将支座部件的一侧边靠紧T型块，可以固定并分中，有效减少百分表调整时间。校直固定分中只需5 min，即可开始加工，因此大大降低加工时间。
4.2 改善加工支座部件工艺
支座部件毛坯尺寸2 000 mm×1 800 mm ×200 mm。使用设备：数控龙门铣，使用刀具φ80R3快进给铣刀，加工参数：主轴转速800 r/min，切削速度4 000 mm /min，进刀量1 mm/刀[6]。采用数控整体按圆周循环加工路径去除余量的方法，加工时长42 h。底面留量5 mm，预防加工后应力变形，在数控立车上加工内球面时，将底面车一刀（5 mm一刀能车完），立车车底面加工时长4 h。这个去除余量总时长46 h。通过加工工艺优化将支座部件长度方向两边留150 mm筋条尾料，其不在数控龙门铣上加工，加工深度留5 mm余量，后續采用带轨道车的氧割枪，将150 mm筋条尾料从根部氧割去除，在普通机床铣加工氧割面，再上立车加工底面。数控龙门铣加工时长为28 h，氧割尾料两条3 h，龙门铣加工氧割面2 h，立车底面4 h，去除余量总时长33 h。
4.3 加工支座部件工艺改善
上座板原工艺加工步骤：在数控龙门铣上采用刀具φ80 R3快进给铣刀整体去除余量的方法，其加工时长是64 h。该型号的上座板毛坯去除率占到整个部件的60%以上，余量去除完后，内应力释放不均匀，加工变形大。极端情况下变形量超过毛坯余量，为后续精加工带来较大影响。
根据下支座部件的氧割经验，采用新的加工工艺，步骤：先在上支座部件上开120 mm宽的槽（图1所示），加工深度留5 mm余量，留6处150 mm筋条尾料（图2所示），这样均匀的开槽，能使余量去除时，内应力得到均匀释放，变形小。再利用带轨道车的氧割枪氧割尾料，再在普通龙门铣上铣氧割面。数控龙门铣加工时长25 h，氧割6 h，铣氧割面6 h，去除余量总时长37 h。
4.4 效果对比
采用数控龙门铣开槽留尾料，然后用氧割去除尾料的加工工艺，支座部件由原来整体去除的总时长46 h，提升到33 h，效率提升28%。支座部件由原来的64 h，提升到37 h，效率提升42%。充分释放了数控龙门铣的加工产能。同时也提升了普通龙门铣的利用率。氧割下来的尾料又能作为小零件的毛坯和工装等部件的材料，提高尾料原材料的利用率。
5 结语
通过对快速去除筋条的加工工艺优化，降低产品数控龙门铣的加工时间，提升数控龙门铣的产能，缩短了产品交付周期。通过氧割，实现了尾料原材料的再利用，提高了原材料的利用率。数控龙门铣加工时长的缩短，同时也降低了刀具的磨损，增加刀具使用寿命，节约刀具成本。充分发挥多工位的联动效果，提高创新思维，更好的服务于生产加工。
参考文献
[1] 宋维芝.数控机床加工程序的编制[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2] 杨有君.数控技术[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3] 朱晓春.数控技术[M].北京：机械工业出版社，2006.
[4] 魏康民.机械加工技术[M].西安：电子高等教育出版社，2004.
[5] 周济，周艳红.数控加工技术[M].北京：国防工业出版社，2003.
收稿日期：2020-03-06
作者简介：晏红卫（1979—），男，湖南岳阳人，本科，高级工程师，研究方向：工艺及装备。
Abstract： Aiming at the bearing products with large machining allowance and tight delivery period， this paper proposes a method and processing technology to quickly remove the allowance of bearing parts， so as to reduce the production cost， the practice shows that the method can greatly shorten the delivery period of bearings， improve the processing efficiency， and has a certain popularization value.
Keywords： NC machining; process improvement; NC programming; upper and lower support plates
关键词：数控加工;工艺改善;数控编程;上、下支座板
中图分类号：TH164 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2020）05-0000-00
0 引言
当前大型支座钢件部件的加工，逐渐倾向于使用数控设备，对比普通加工设备，数控设备具有加工效率高、加工精度高、劳动强度低、适应能力强、工作环境好等优势。基于此，本文阐述了一种支座部件的加工方法和加工工艺的改进方式，同时论述了其在毛坯料加工成产品过程中对于提升加工效率、降低成本、筋条尾料再利用以及保证产品质量等方面的优势，最终得到加工支座部件的最佳加工工艺方法。
1 支座部件的加工方式
支座中的上、下支座板为方形零件，在普通龙门铣和加工中心上加工。对比普通龙门铣，（1）加工中心拥有加工精度高，加工质量高的优势。（2）在产品换型时，只需更改数控程序，生产准备时间短[1，2]。（3）机床刚性大，可选择较大的切削参数加工，生产率高（一般为普通设备的3～5倍）[3]。（4）自动化程度高，劳动强度低。工序集中适应能力强 [4]。目前上、下支座板基本都在加工中心等数控设备上进行粗、精加工。
2 编制流程
2.1 加工工艺流程
从产品形状可以看出，要完整加工出产品，主要有铣（数控铣）、车、钳、钻等工序。根据加工先粗后精的原则，排出该支座部件的加工工序流程。
2.2 编制数控工艺流程
（1）工艺确认。首先要记录产品的毛坯来源信息，用卷尺检测毛坯是否有足够的加工余量，毛坯的变形是否处于可加工范围内，达到要求后方可进行下一步工序[5]。（2）装夹校正产品。将铣床已铣完六方的坯料，装在对应的数控铣床工作台上，用百分表校正坯料侧边，再对坯料进行对中找中心，并将数据输入到数控坐标系内。（3）数控程序编辑。数控编程员根据图纸要求，编制出数控切削加工路径程序，并写在数控加工程序单上，把刀具参数，以及加工切削参数记录好。按照图纸要求与尺寸，绘制出产品3D数模。将需要切削的部位绘出边界线，限制切削范围。创建零件数模毛坯。选用适用刀具。设置切削参数：切削方式、主轴转速、吃刀量、预留量、切削速度等生成NC文本文件。（4）产品试切，自检。数控操作员按照数控加工程序单要求，先抬刀对坯料进行试切，切削一部分后停止加工，对已加工的区域使用对应的量具进行测量，检测加工是否正确。试切合格后，取消刀具补偿，正式进行加工。
3 支座加工存在的问题
对数控加工支座部件流程进行分析，对于外形尺寸超过1 800 mm×2 500 mm 的大型桥梁支座，在数控龙门铣上加工时长达到63 h，而且去除的余量将近整个零件毛坯的2/5。去除余量的时间太长，影响支座的加工效率，加工成本高，加工产能得不到提升，将影响产品的交付周期。
4 支座部件加工方法
4.1 支座部件装夹校正
当每件支座部件毛坯装上设备后，都要进行校正分中。由于毛坯材料表面粗糙（氧割面），校直时对百分表损伤较大，而且还要慢慢调整，花费时间多。在装夹产品时，利用自制限位T型块，将2个T型块嵌入工作台同一T型槽里，工件在吊运上设备时，直接将支座部件的一侧边靠紧T型块，可以固定并分中，有效减少百分表调整时间。校直固定分中只需5 min，即可开始加工，因此大大降低加工时间。
4.2 改善加工支座部件工艺
支座部件毛坯尺寸2 000 mm×1 800 mm ×200 mm。使用设备：数控龙门铣，使用刀具φ80R3快进给铣刀，加工参数：主轴转速800 r/min，切削速度4 000 mm /min，进刀量1 mm/刀[6]。采用数控整体按圆周循环加工路径去除余量的方法，加工时长42 h。底面留量5 mm，预防加工后应力变形，在数控立车上加工内球面时，将底面车一刀（5 mm一刀能车完），立车车底面加工时长4 h。这个去除余量总时长46 h。通过加工工艺优化将支座部件长度方向两边留150 mm筋条尾料，其不在数控龙门铣上加工，加工深度留5 mm余量，后續采用带轨道车的氧割枪，将150 mm筋条尾料从根部氧割去除，在普通机床铣加工氧割面，再上立车加工底面。数控龙门铣加工时长为28 h，氧割尾料两条3 h，龙门铣加工氧割面2 h，立车底面4 h，去除余量总时长33 h。
4.3 加工支座部件工艺改善
上座板原工艺加工步骤：在数控龙门铣上采用刀具φ80 R3快进给铣刀整体去除余量的方法，其加工时长是64 h。该型号的上座板毛坯去除率占到整个部件的60%以上，余量去除完后，内应力释放不均匀，加工变形大。极端情况下变形量超过毛坯余量，为后续精加工带来较大影响。
根据下支座部件的氧割经验，采用新的加工工艺，步骤：先在上支座部件上开120 mm宽的槽（图1所示），加工深度留5 mm余量，留6处150 mm筋条尾料（图2所示），这样均匀的开槽，能使余量去除时，内应力得到均匀释放，变形小。再利用带轨道车的氧割枪氧割尾料，再在普通龙门铣上铣氧割面。数控龙门铣加工时长25 h，氧割6 h，铣氧割面6 h，去除余量总时长37 h。
4.4 效果对比
采用数控龙门铣开槽留尾料，然后用氧割去除尾料的加工工艺，支座部件由原来整体去除的总时长46 h，提升到33 h，效率提升28%。支座部件由原来的64 h，提升到37 h，效率提升42%。充分释放了数控龙门铣的加工产能。同时也提升了普通龙门铣的利用率。氧割下来的尾料又能作为小零件的毛坯和工装等部件的材料，提高尾料原材料的利用率。
5 结语
通过对快速去除筋条的加工工艺优化，降低产品数控龙门铣的加工时间，提升数控龙门铣的产能，缩短了产品交付周期。通过氧割，实现了尾料原材料的再利用，提高了原材料的利用率。数控龙门铣加工时长的缩短，同时也降低了刀具的磨损，增加刀具使用寿命，节约刀具成本。充分发挥多工位的联动效果，提高创新思维，更好的服务于生产加工。
参考文献
[1] 宋维芝.数控机床加工程序的编制[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2] 杨有君.数控技术[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3] 朱晓春.数控技术[M].北京：机械工业出版社，2006.
[4] 魏康民.机械加工技术[M].西安：电子高等教育出版社，2004.
[5] 周济，周艳红.数控加工技术[M].北京：国防工业出版社，2003.
收稿日期：2020-03-06
作者简介：晏红卫（1979—），男，湖南岳阳人，本科，高级工程师，研究方向：工艺及装备。
Abstract： Aiming at the bearing products with large machining allowance and tight delivery period， this paper proposes a method and processing technology to quickly remove the allowance of bearing parts， so as to reduce the production cost， the practice shows that the method can greatly shorten the delivery period of bearings， improve the processing efficiency， and has a certain popularization value.
Keywords： NC machining; process improvement; NC programming; upper and lower support plates