細長桁架薄壁T形槽導軌加工技術

彭華武，彭洪濤，潘喜利

江山重工研究院有限公司 湖北襄陽 441116

1 序言

圖1為大型細長桁架式T形槽薄壁零件，是某裝填裝置的重要導向部件，其T形槽導軌長度為8m，T形槽單邊壁厚（3.5±0.5）mm，槽底厚度（3.5±0.5）m m，槽寬（166±0.3）m m，深度66mm，加工后質量控制在260kg以內。

圖1 大型細長桁架式T形槽薄壁零件

2 加工中存在的問題

（1）刀具選擇不合適 本例材料硬度在30HRC以下，傳統銑削方法使用普通三面刃銑刀（見圖2），速度較慢，可滿足切削加工要求。但是切削阻力較大，加工薄壁處工件振動嚴重，出現刀具后刀面急劇磨損和崩刃現象，且容易造成刀具折斷。對于此件來說，金屬去除量非常大，變形量也很大。

圖2 傳統普通三面刃銑刀

（2）銑削方式不合理 細長薄壁件長達8m，薄壁T形槽兩側導向面的壁厚＜3.5mm，槽底滾道面厚度為3.5mm，且深度達66mm。加工剛性差，當采用逆銑時刀具“挖刀”，產生過切現象；當采用順銑時刀具“讓刀”，產生欠切現象。兩種銑削方式都難以克服工件剛性差的問題。為保證較為正常的切削狀態，首先要提高工件的加工剛性。

（3）工件裝夾困難 工件只有處于正確的加工位置，才能保證加工余量均勻，特別是關鍵尺寸，薄壁槽兩側面和槽底厚度在3.5mm以上。操作人員需要多次在機床上反復進行測量、試切和調整共3個步驟的操作，才能保證工件處于上下、左右方向合適的位置。裝夾時如果采用的壓緊力、方向及作用點不合理，也會引起工件變形，嚴重的甚至造成報廢，對操作人員技能水平的依賴性較高。此外，由于工件細長，壓緊力過大會造成工件變形；壓緊力過小工件會產生位移，造成不合格品，因此必須制定一套合理的裝夾和找正方案，實現工件的準確定位和快速安裝。

（4）受焊接和切削殘余內應力的影響 細長焊接件加工完成后，松開壓板，工件發生“S”狀形變（見圖3），直線度較差。如何制定科學合理的切削路線和切削用量，減小切削變形，是保證薄壁槽直線導向作用的關鍵，也是急需解決的問題。

圖3 工件發生“S”狀形變

3 改進后的加工措施

改進后的加工措施如下。

1）采用可轉位涂層合金槽銑刀代替傳統的三面刃槽銑刀[1]。傳統的T形三面刃銑刀切削速度vc=50m/min，加工效果差；新型可轉位涂層合金槽銑刀（見圖4）切削速度設置在vc=250m/min，同時采用較大前角、錯齒排列方式[2，3]，切削阻力減小，可明顯改善振動現象。此外，為進一步提高刀具的切削效果，本例采用數控龍門可升降式橫梁銑床加工，盡量降低橫梁高度，從而提高機床實際加工時工藝系統的剛度。

圖4 新型可轉位涂層合金槽銑刀

2）增加薄壁處的加工剛性[4]。通過焊接工藝加強筋的方法增強薄壁件整體剛性（見圖5）。加強筋采用矩形管形成包圍式整體性結構并進行點焊，避免吊裝引起的變形；點焊在工件需要進行補強加工剛性的位置，使工件在剛性最弱處的加工剛性得到增強。點焊加強筋時需要捶擊焊點位置，減少點焊工藝拉筋引起的焊接變形。此外，點焊位置還須滿足壓板壓緊位置的需要。

圖5 通過焊接工藝加強筋的方法增強薄壁件整體剛性

3）用“繃線法”找正試切工件。工件剛性增強后，不容易產生過大的形變，從而增加操作人員找正試切工件的難度。使用“繃線法”（見圖6）檢測工件加工余量是否均勻，可減少操作人員反復檢查試切工件直線度的工作量。

圖6 繃線法

4）加工工藝優化，細化加工步驟，增加精基準銑削工步。找正后可以在工件底面見光，使底面平整，圖7所示為銑精基準。有了精基準，就為下一步加工效率的提高奠定了基礎：①使用點焊的工藝拉筋作為增加的工藝凸塊，工藝凸塊可以起到作為壓緊點的輔助增強工件剛性的作用。②采用夾的方式可將弱剛性薄壁零件圍成整體形式，提高整體加工剛性。③采用頂的方式增加槽底的切削支撐力，避免底齒讓刀后回彈尺寸不合格。④采用擠的方式，加工時采用順銑的銑削方式，使切削力指向擠的方向，多維度減少工件振動，從而全方位提高裝夾效果和可靠性（見圖8）。

圖7 銑精基準

圖8 全方位提高裝夾可靠性

圖9 分段去應力及插銑法

5）結合使用分段去應力法和插銑法[4]。分段去應力及插銑法如圖9所示，將工件分為7段用插銑法釋放應力，避免過長距離加工熱量累積和內應力引起的變形。分段切開后相當于分散其應力集中變形；插銑法的好處是軸向受力切削，減少薄壁處的加工振動和變形。此外，再采用減小破壞工件切削剛度法，從加工剛性最差位置開始加工，避免過早對工件剛度的破壞，保證加工剛性。最后采用對稱銑削法編程，小切削、大走刀方式對稱加工，進一步減少金屬切削時產生的工件變形。

4 注意事項

1）銑T形槽時，切屑不易排出，切削產生的大量熱量也不易排出、散發，應加大切削液流量和速度，避免產生塞刀、夾刀而損壞刀具，從而提高加工面的表面質量。

2）在銑薄壁槽時，切入、切出時采用圓弧漸進、漸出方式，并適當降低進給速度，提高切削平衡性和刀具壽命。采用該方法刀具切入、切出平穩，不留切削痕跡，不產生振動，對于加工弱剛性材料更應如此。

3）粗銑T形槽時，深度方向可留1mm余量；精銑底槽時，將深度一并銑出到尺寸要求，可增強薄壁槽銑削時的平穩性。

5 結束語

本項加工技術適用于桁架薄壁槽導軌加工。憑借加工經驗進行技術創新和工藝改進，優化銑槽刀具和裝夾方法，提高工件剛性，通過采用科學合理的工藝方法，解決了T形槽薄壁零件的“S”狀形變問題，加工精度得到明顯改善，加工效率提高了3倍以上，受到用戶的好評。