大型平板硫化机横梁加工方案优化

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前言

平板硫化机是一种橡胶机械制造设备，用于生产钢带和尼龙带两种橡胶输送带产品。横梁是平板硫化机主机的关键部件，属于大型焊接结构，分为上梁和下梁。如图1所示，平板硫化机下横梁规格为16000mm(长)×2200mm(宽)×900mm(高)，材质为Q235B，设计净重约72t，加工焊接毛坯质量约78t。

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下横梁加工中存在的问题

2.1空刀时间较长。

由于焊接变形的存在，下横梁在铣上下大平面时，刀具会有较长时间的空转。如果是一般尺寸较小的焊接结构，由于焊接变形比较小，在后续的加工中，工具空转的时间不会很长，但是对于平板硫化机下横梁这样的大型焊接结构，时间浪费是显而易见的。硫化机下横梁长宽比为7.27，属于易变形的箱型焊接结构。装配一个下横梁，长度方向的变形一般控制在5 ~ 8mm，变形的最高点或最低点一般靠近长度方向的中间位置，横梁的变形一般呈弓形，向上或向下弯曲，并伴有一定程度的长度方向的畸变。下横梁的焊接变形如图2所示。

2.2流程不能集中化

以往由于数控加工设备数量的限制，以及CAM编程软件等配套设施的不完善，使得梁的加工过程无法最大程度的集中化。目前，公司已陆续购置了6台大型数控加工设备，释放了原龙门移动式数控镗铣床(GNC40220mr3)加工横梁的产能，按照新工艺重新安排了原工艺内容，提高了加工效率。

2.3单个钻具

目前加工下横梁大平面的刀具有φ125mm和R6mm面铣刀，刀具尺寸过小，影响加工效率。工序集中后，钻孔和攻丝会相对集中，需要采购钻具。

03

相应的改进措施

3.1针对下横梁变形导致的刀具空进问题。

以前粗加工横梁上下大平面的进给路线:放置并找到合适的工件后，用百分表沿长度方向测量变量，找到最高点，以此为参考点，向下逐层加工。大平面加工的设计余量在7 mm左右，如果算上横梁的变形，整个横梁会有12 ~ 15 mm的切除量，在整个过程中，尤其是最初的分层加工过程中，会有大量的刀具空转。原始的处理路线如图3所示。

改进后的横梁沿长度方向以1.6m为单位分为10个加工区域(见图4)，每个区域独立进行粗加工。每个区域的加工余量值是根据之前百分表测得的梁平面变形来确定的，刀轨方向也修改为沿宽度方向进退。加工区域的分段加工如图5所示。

这样做的目的是将一个焊接变形比较大的整体加工面分割成几个变形比较小的加工面，从而减少空切的时间，提高横梁的加工效率。一个加工表面应划分成多少个部分取决于所用刀具的数量和梁的实际变形。对于体积较大、焊接变形较大的结构件，各部分的变形是不同的，甚至差别相当大。完全参照电脑中的三维模型进行加工是不可能的，也是不安全的，必须结合实际。这类零件的数控加工一般有两种操作方式:①现场准备。在现场，技术人员根据零件的实际变形情况编写程序，只需要对每个单独区分的加工面修改毛坯余量作为参数。②循环修改型。使用圆形程序进行加工，机床操作者根据每个单独划分的加工面的实际情况实时调整毛坯余量参数。这两种方法都是基于零件变形数据的检测。

3.2针对下横梁的加工工艺安排问题

当原有机床能满足要求时，加工过程是分散的。优化后的工艺流程要求所有加工工序在一台设备上完成，大大节省了工艺流程的时间。优化前后的工艺区别在于，将原来安排在其他钻床上的孔加工步骤全部集中在GNC40220mr3上，大大缩短了工艺流程，提高了效率。到底是工序集中能提高一个零件的效率，还是工序分解能提高效率，不能一概而论。如果属于传统制造业，加工的零件复杂，工序尽量集中，可以最大限度地缩短工艺流程，减少中间工序，充分发挥其综合特性；如果属于流水线制造行业，工序分散可以充分发挥其专业化、精细化的工艺特点，效率可能更高。

3.3针对刀具问题

在刀具方面，更换了规格较大的粗加工面铣刀，并根据新工艺的要求增加了一部分钻头刀具。下横梁数控加工刀具清单见表1。

原来粗加工用的是FMR-125RD12-Z6面铣刀，刀纹型号是RDKW1204MO。现在换成了MFB245R14C60SN12面铣刀，刀纹型号为SNMU1206ANSN-GH。两种刀具相关参数对比见表2。从表2可以看出，新刀具的性能优于旧刀具，效率更高。

钻具都是新增加的工具。加工下横梁需要钻M30、M24、M20、M12四种螺纹孔，都属于浅孔钻。前三种螺纹孔用相应规格的U型钻加工。M12螺纹孔由于尺寸原因，仍然用普通麻花钻加工。与普通麻花钻相比，U钻转速更快，效率更高，冷却效率更高，刀杆刚性更好，孔的加工精度更有保证。此外，由于刀粒可以更换，所以其互换性和适应性对于加工不同材质的零件是最好的。

螺纹刀具有两种，一种是螺纹铣刀，一种是机用丝锥。M20以下螺纹采用丝锥加工，M20以上螺纹采用螺纹铣削加工。带合金涂层的丝锥比普通机用丝锥更适合攻螺纹的速度更高，且不易折断。单刃螺纹铣刀的效率不如梳齿螺纹铣刀，但用途更广，可以节省大量成本。

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流程优化效果

根据选定的优化方向，重新调整下横梁的加工方案，按照新工艺编制数控加工程序，并在实际加工过程中进行效果检验。

工艺改进后，下横梁数控加工共有55道工序，纯加工时间为56.6h，期间下横梁翻转两次，加上其他辅助时间，总加工时间为75.4h，旧工艺耗时93小时，加工效率提高了18.92%。

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结束语

大型焊接结构件集中加工的尝试取得了良好的工艺优化效果，为类似零件的数控加工提供了经验。这种新方法不仅提高了数控加工的效率，也为机床数控刀具的选择和配置提供了参考。