高效加工大深度环形槽工艺方法.pdf

制造与工艺 Manufacturing and Process2023.6 今日制造与升级 350引言随着经济全球化进一步融合发展，传统制造业的生产制造和人工成本逐年增高，产品制造费用越来越高，加工利润越来越低。为提升企业的整体利润率，通过加大自动化改造来提升产品生产效率，降低生产成本是最有效的途径之一。因此，自动化流水线也就越来越被广大企业接受。文章通过对齿轨销类零件安全高效生产的加工工艺研究，不断探索实践新的切削方法，保证齿轨销生产过程安全可靠，达到提高生产效率，降低加工成本，降低操作人员劳动强度的目的。1 生产现状1.1 齿轨销加工工艺现状宁夏天地奔牛实业集团有限公司（以下简称“公司”）刮板输送机用齿轨销年需求量预计10万件，需求量大。加工工序如下。工序1下料。锻造锯料，准备毛坯材料。工序2齐左端面。上普通车床车左端面，作中心孔。工序3齐右端面。上普通车床车右端面，保证全长尺寸，作右端中心孔。工序4车右。一夹一顶，车齿轨销右端外圆尺寸一半。工序5车左。一夹一顶，车齿轨销左端外圆尺寸剩余一半，切成环形槽尺寸。齿轨销（图1）结构简单，工序少，但齿轨销左端有长度24mm，径向深度28mm 的大深环形槽，这是导致齿轨销生产效率低的主要原因。在普通车床加工齿轨销，单件加工时间需要12min，其中加工环形槽需要5min，占用42%加工时间。按照以上生产现状进行加工，1台普通车床加工齿轨销年产量不到1.5万件，远远达不到实际需求。要生产以上数量齿轨销，至少需要6台普通车床和12名操作人员全年两班制连续生产此销轴，才能满足生产需求，生产效率低，成本高。2130.5R2R24C250222410图1 齿轨销1.2 自动化产线齿轨销加工情况为提高齿轨销零件生产效率，扩大产能，公司建设齿轨销生产线，替代落后的普通车床，专机用于齿轨销零件加工。生产线采用桁架机械手方式代替人工完成机床自动上下料动作。此过程操作人员主要负责齿轨销在上下料仓的上下料工作，其余加工过程全部由自动化系统和机械手完成，因此加工过程的安全性和稳定性对于生产线的可靠运行非常关键。生产线投产运行以后，生产效率得到了一定程度提高，但是生产线在加工齿轨销环形槽时经常出现长带状切屑缠绕在齿轨销外圆表面情况，影响机械手正常抓取齿轨销。为了保证设备安全运行，操作人员需要多次停机后手动清理长带状切屑，严重影响生产效率。为此，齿轨销生产线急需要“加工外圆环形槽时高效率、低成本、又能良好断屑”的解决方案，保证生产线能安全、可靠、高效率、低成本的自动运行。摘要齿轨销类零件车槽包括内外圆车槽和端面槽。槽的类型主要包括有浅槽、深槽、宽槽和窄槽。加工此类齿轨销类零件槽的刀具通常使用普通手磨成型刀、机夹刀具。加工方法有一刀成型法、循环进刀切削法、切槽刀与车刀配合成型法等。以上方法多用于浅窄槽的加工，具有一定局限性。通过生产实践，文章提出一种高效加工齿轨销零件深宽槽的加工工艺方法，主要用于人员参与度低的自动化生产过程。关键词齿轨销；环形槽；自动化；效率中图分类号TH161+.1 文献标志码A高效加工大深度环形槽工艺方法高有富，张伟，胡大成，孙岁平（宁夏天地奔牛实业集团有限公司，宁夏石嘴山753001）制造与工艺 Manufacturing and Process36 今日制造与升级 2023.62 环形槽加工过程实践2.1 标准切刀切槽法观察切槽刀切槽过程，发现产生长带状切屑原因是切槽刀切入时走刀量较小切屑过薄形成的。为此，需要改变走刀量、切入方式、断屑槽、加工方式或刀具等，故进行以下改善断屑试验。（1）标准4mm 切槽刀切槽法，一刀切全深14mm,如图（a）所示。首先用标准4mm 机夹外圆切槽刀切槽，采用一刀切够槽深方法进行切槽。经过试验，切完整个环形槽最优额定时间为4min，并且切槽过程中存在长带状切屑，每次都要停机手动清理长带状切屑，效率低。（2）标准4mm 切槽刀切槽法，两刀切成槽深，每刀切深7mm，如图（b）所示。为了解决切槽时长带状切屑缠绕在零件外圆的问题，尝试采用间断往复切槽的方法，减小每刀切深，避免长时间不间断切削造成的长带状切屑，影响自动化生产。经过试验，长带状切屑问题依然存在且额定切槽时间增加为6min。标准切刀一刀切够深度标准切槽刀（a）一刀切成槽深标准切刀每刀切深7mm，两刀切成标准切槽刀（b）两刀切成槽深图2 标准切槽刀加工槽示意通过实践检验，采用标准切刀切槽法，切槽过程中都存在长带状切屑缠绕在工件和刀具上的问题，影响机械手自动抓取工件，导致生产线不能安全运行且生产效率低。2.2 使用G04暂停功能进行断屑切槽通过数控系统 g04暂停功能暂停断屑，编程为子程序，每切入0.1mm 就停顿一次，经试验切屑长度变短，但还是存在带状切屑。另外，加工反复停顿，效率降低，刀具寿命降低。2.3 纵向进给横向车削切槽法购置可横向车削切槽刀具，采用纵向切入，横向车削方式进行切槽（图3）。试验了国产株洲钻石外圆切槽刀，以及日本住友、捷克普拉米特的外圆切槽刀，采用推荐的径向切入+横向切削方式，先径向切入1.5 2mm，再横向车削，发现横向车削断屑良好，但径向切入时还有长带状切屑。并且这种方式连续2班生产2 3d 后，会发生刀头断裂损坏现象，切槽刀横向车削方式不适合大批量生产。4mm切槽刀纵向进给横向车削特殊切槽刀纵向切入横向切槽图3 横向车削切槽示意2.4 用圆弧切槽刀进行新型动态切槽法切削用瑞典山特维克圆弧切槽刀，进行新型动态切槽方式加工（图4），断屑问题能较好解决，切槽时间减少至3.5min，但一个刀尖只能加工3040个槽，刀具寿命低，成本高（150元/片）。圆弧切槽刀新型动态切槽圆弧切槽刀图4 用圆弧切槽刀的新动态切槽示意综上所述，经试验各厂家的切槽刀具，以及程序暂停断屑、切槽刀横车断屑、圆弧切槽刀动态切槽断屑等方法，制造与工艺 Manufacturing and Process2023.6 今日制造与升级 37结果均不理想，总是存在断屑效果不好或刀具寿命低成本高的问题。2.5 新型左、右手刀交叉车槽法为了彻底解决以上问题，工艺人员打破常规加工方法，充分利用普通外圆车刀刚性强大进给的优势，用2把35外圆左、右手车刀进行车槽加工。先用左手车刀车槽左边部分位置，如图5（a）所示，再用右手车刀车槽右边剩余部分位置如图5（b）所示，很好解决了断屑问题，并且大幅度提高生产效率，同时刀具使用寿命长、成本低。右手35刀车槽右侧部分左手35刀车槽左侧部分（a）左手35外圆刀车左半槽（b）右手35外圆刀车右半槽图5 左右手刀交叉车槽法3 技术先进性通过创新型实践左、右手刀交叉车槽法，将刚性差的切槽刀改为刚性强的外圆车刀，将切槽加工径向受力改为轴向受力，增大切削深度和走刀量，外圆车刀片的断屑性能良好，刀具切深大、走刀快，加工效率高，从根本上解决了切槽产生长带状屑问题，大幅度提高生产效率，切槽过程稳定可靠，适用于大深度、宽度槽加工。3.1 大幅度提高加工效率单件纯切槽时间由最初的4min 缩短到越1.8min，每班产量由80件提高至120件，综合生产效率提高50%以上。3.2 刀具成本大幅度降低原机夹切槽刀片（2刀尖）可以加工80件齿轨销，刀片成本120元/片，单件切槽成本1.5元。采用新型左、右手刀交叉车槽法后至少可以加工240件齿轨销，外圆车刀片70元/片，单件切槽成本0.3元，刀具成本降低80%以上。3.3 生产线安全可靠运行采用新型左、右手刀交叉车槽法后，数控齿轨销生产线达到了安全、可靠的运行，未出现过长带状切屑现象，操作人员不用随时查看机床加工状况，只需要定时在上下料仓补料收料即可，生产线自动运行可靠性达到100%。4 结束语通过现场不断实践，创新地应用车外圆刀具高刚性、低成本的性能，提出了高效加工大深度环形槽方法。用外圆车刀车削槽代替外圆切槽刀切槽，解决了生产线切槽时产生长带状切屑问题，大幅度提高生产效率，大大降低了刀具成本，此技术未来在自动化生产线方面会有很大的应用空间，也会为企业创造更多效益。制造企业的传统生产模式都是由大量的人力来完成，生产效率低下，而且人工生产有很多的不确定性，难以保证产品的高质量，并且人员的一些情绪变化也会影响到正常生产。采用机械制造自动化技术，彻底转变了生产制造方式，用高科技技术来替代大量的人工劳动力，在生产中只需少量的人员就可以完成整个生产过程，而且有些复杂的生产环节，机械设备操作比人工操作更精准、更高效，还能生产功能多样化的产品。使得产品具有很强的市场竞争力，从而逐步为企业创造更大的经济效益。参考文献1 张方津.机械制图M.北京：机械工业出版社，1995.2 翟瑞波.数控加工工艺与编程M.北京：中国劳动社会保障出版社，2010.3 雷萍.机械加工通用基础知识M.北京：中国劳动社会保障出版社，2002.4 陈心昭.机械加工工艺装备设计手册M.北京：机械工业出版社，1996.5 齐福江.机械制图M.北京：机械工业出版社，1987.6 徐灏.机械设计手册M.北京：机械工业出版社，2000.7 王贵明.数控实用技术M.北京：机械工业出版社，2000.8 翟肖墨.数控机床加工技术M.北京：机械工业出版社，2002.作者简介高有富（1985），男，甘肃白银人，本科，工程师，主要负责煤矿机械产品生产、加工、服务与管理方面工作。