工程機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件加工現(xiàn)狀及發(fā)展

■徐工消防安全裝備有限公司 （江蘇徐州 221000） 李 云

李 云

近年來，隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的增速穩(wěn)步回升及國內(nèi)工程機(jī)械租賃行業(yè)的投資規(guī)模日益擴(kuò)大，從2016年開始，工程機(jī)械行業(yè)形勢明顯好轉(zhuǎn)，2018年挖掘機(jī)等工程機(jī)械產(chǎn)品甚至達(dá)到了歷史銷量的最高點(diǎn)，挖掘機(jī)全年銷量達(dá)到18.4萬臺(tái)。另外，從2019年7月份開始，國家陸續(xù)推行“國六”排放標(biāo)準(zhǔn)的工程機(jī)械車輛。針對上述行業(yè)形勢，引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備擴(kuò)大產(chǎn)能，使用高效的刀具提升加工效率，依靠設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)分析等手段來保證產(chǎn)品質(zhì)量成為行業(yè)發(fā)展的趨勢。

圖1 支腿加工專機(jī)

1. 設(shè)備方面

為了便于產(chǎn)品裝配，工程機(jī)械產(chǎn)品常采用鉸接形式，結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)有較大的鉸點(diǎn)孔，為了保證裝配的精度，常需要加工較窄空間內(nèi)的鉸點(diǎn)孔端面，如果使用標(biāo)準(zhǔn)的對置式雙面鏜銑加工中心進(jìn)行加工，則需要使用白鋼條車刀進(jìn)行反刮，一方面效率較低且長期使用會(huì)對機(jī)床精度產(chǎn)生不良影響，另一方面人工干預(yù)程度較高，存在一定的安全隱患。因此，目前各工程機(jī)械主機(jī)廠商多采用非標(biāo)專機(jī)或定制非標(biāo)附件銑頭的方式來解決上述問題。

圖1所示是某型工程機(jī)械車輛的支腿加工專機(jī)，具有銑面及鏜孔等功能，這臺(tái)專機(jī)的特點(diǎn)是帶有一把直徑500mm的反銑刀盤，一般情況下標(biāo)準(zhǔn)的對鏜加工中心（通用設(shè)備）無法使用這樣大規(guī)格的刀盤，一方面是由于刀具尺寸太大及超重?zé)o法放入刀庫，另一方面裝卸刀具比較費(fèi)力，但是作為專機(jī)卻很好實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，刀具在主軸上安裝好之后，就不需要反復(fù)拆卸，專門用于此種類型的結(jié)構(gòu)件加工，加工效率較高。

圖2所示是一種用于加工挖掘機(jī)動(dòng)臂的非標(biāo)附件銑頭，該附件銑頭安裝在雙面對鏜加工中心的兩個(gè)主軸上，以銑面加工代替反刮加工，使用這種附件銑頭要求對鏜加工中心的數(shù)控系統(tǒng)具有雙通道功能，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床的X軸及Y軸同步移動(dòng)，加工效率較高且不會(huì)造成機(jī)床劇烈振動(dòng)。

對于臂架類工程機(jī)械產(chǎn)品而言，常常有一些較長的型材需要機(jī)加工，例如矩形鋼管等零件，這些零件的長度有時(shí)能夠達(dá)到12m，雖然橫截面長寬尺寸不大（例如120mm×80mm），但工件過長，無法使用標(biāo)準(zhǔn)的小型三軸立式加工中心進(jìn)行加工，因?yàn)檫@類機(jī)床往往采用動(dòng)工作臺(tái)的形式，裝夾上述工件不方便。針對這種情況，部分機(jī)床廠商研制了專用的型材加工設(shè)備，很好地解決了這一問題。

圖3 所示是佛山普拉迪公司研制的型材加工中心，該型機(jī)床的工作臺(tái)尺寸可以達(dá)到12 000mm×600mm，采用工作臺(tái)固定、立柱移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式，非常適合較長的型材加工，設(shè)備利用率較高。

圖2 非標(biāo)附件銑頭

圖3 型材加工中心

圖4 使用擠壓絲錐加工車架上的螺紋孔

2. 刀具方面

挖掘機(jī)、起重機(jī)、泵車等工程機(jī)械產(chǎn)品， 上車與下車通過回轉(zhuǎn)支承來連接，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)等結(jié)構(gòu)件的回轉(zhuǎn)動(dòng)作，因此在轉(zhuǎn)臺(tái)和車架結(jié)構(gòu)上都有均布的螺紋孔，一般情況下使用搖臂鉆或龍門加工中心通過切削絲錐加工螺紋孔，部分車架等結(jié)構(gòu)件上的螺紋孔加工深度較深，例如深度超過100mm的M16螺紋孔，這些螺紋孔在加工過程中存在排屑不暢的問題，導(dǎo)致絲錐易損壞折斷。

針對上述問題，采用擠壓絲錐加工車架上的螺紋孔。圖4所示是瓦爾特M16擠壓絲錐，加工的車架座圈材質(zhì)是Q460，加工效果良好。擠壓絲錐使工件材料發(fā)生塑性變形然后形成螺紋，這種加工方式不會(huì)產(chǎn)生切屑，避免了因排屑不暢造成的絲錐磨損的問題。

使用這種擠壓絲錐要注意，螺紋底孔比切削絲錐用的螺紋底孔略大，具體數(shù)值需查閱刀具廠家提供的樣本，盡量使用剛性攻螺紋的方式來加工，對應(yīng)的刀具需使用絲錐專用彈簧夾套及ER彈簧夾套刀柄，另一方面還要求數(shù)控機(jī)床具備剛性攻螺紋功能，圖4中的設(shè)備采用電主軸的驅(qū)動(dòng)方式，加工成品上的螺紋孔質(zhì)量較高。

部分工程機(jī)械產(chǎn)品因?yàn)橐惺芎艽蟮牧Γ攒嚰芗稗D(zhuǎn)臺(tái)上的螺紋孔規(guī)格較大，有的螺紋孔規(guī)格達(dá)到了M48×5mm，這種規(guī)格的螺紋孔就不能使用切削絲錐或擠壓絲錐來加工，且機(jī)床的功率也不足，因此一般使用螺紋銑刀來進(jìn)行加工。圖5所示是瓦格斯TM4SC 40W42-120-3U螺紋銑刀，用于加工M48×5mm的螺紋孔效果良好。

圖5 螺紋銑刀

上述的這種螺紋銑刀采用單齒形式，刀頭直徑為32mm，可以加工直徑＞32mm的任意螺距規(guī)格的螺紋孔，編程刀具路徑如圖6所示。值得注意的是，銑螺紋工序要采用專業(yè)定制的后處理程式，否則易出現(xiàn)螺紋不合格的情況。

圖6 銑螺紋刀具路徑

3. 機(jī)床附件方面

由于工程機(jī)械產(chǎn)品的部件主要通過焊接成形，結(jié)構(gòu)件普遍存在焊接變形的問題，工件毛坯來料個(gè)體差異性較大，而且工件加工的第一道工序往往沒有精定位基準(zhǔn)，所以經(jīng)常每個(gè)工件都需要單獨(dú)設(shè)置工件坐標(biāo)系，使用雷尼紹R M P60工件測頭就能高效地完成上述流程。圖7所示是雷尼紹R M P60工件測頭測量車架座圈凸臺(tái)中心點(diǎn)坐標(biāo)的過程，雷尼紹公司提供了凸臺(tái)測量的子程序L9812，用戶自行編程調(diào)用即可。L9812子程序?qū)y量出來的凸臺(tái)中心坐標(biāo)自動(dòng)賦值到用戶指定的工件坐標(biāo)系中，避免了人工對刀可能造成的失誤。除了測量凸臺(tái)中心坐標(biāo)，用戶還可以在凸臺(tái)上表面的四周取4個(gè)點(diǎn)測量Z軸坐標(biāo)，用于判斷工件是否需要調(diào)平，較大程度地提升了機(jī)加工自動(dòng)化程度，降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖7 工件測頭測量凸臺(tái)中心點(diǎn)坐標(biāo)

在零部件機(jī)加工過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)刀具破損或者磨損的情況，這時(shí)就需要及時(shí)更換刀具或者修改刀具的刀補(bǔ)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的方式是靠經(jīng)驗(yàn)及肉眼判斷刀具的磨損情況，常需要中止正在自動(dòng)運(yùn)行的程序，降低了機(jī)加工全過程的自動(dòng)化率。雷尼紹公司針對上述情況，研制了TS-27R型刀具破損檢測系統(tǒng)（見圖8），該裝置能夠檢測刀具是否出現(xiàn)磨損，并能自動(dòng)將半徑及刀長等數(shù)據(jù)賦值進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)的刀補(bǔ)數(shù)據(jù)中，避免了因刀具造成的工件尺寸超差問題，且操作工不需要再將刀具運(yùn)至固定式對刀儀上進(jìn)行對刀，縮短了輔助工時(shí)。

圖8 刀具破損檢測系統(tǒng)

隨著國內(nèi)人力成本的不斷提高，公司往往需要一名操作工同時(shí)操作多臺(tái)設(shè)備，采用上述機(jī)床附件能提升機(jī)加工的自動(dòng)化程度，盡量減少人工干預(yù)，使操作工不需要在多臺(tái)設(shè)備間奔波，實(shí)現(xiàn)了一人多機(jī)的生產(chǎn)模式。

4. 結(jié)語

本文針對工程機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的加工特點(diǎn)，從加工設(shè)備、刀具、機(jī)床附件這三方面介紹了新工藝在工程機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用情況。在當(dāng)前的行業(yè)發(fā)展形勢下，提升機(jī)加工的自動(dòng)化程度、提升生產(chǎn)效率、釋放設(shè)備產(chǎn)能是企業(yè)面臨的主要問題。除了上述幾方面以外，用戶還可以從高效自動(dòng)化夾具、加工模擬仿真、關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控及采集等角度考慮，提升加工效率及質(zhì)量。