青貯機破碎輥加工工藝

關明輝

中國鐵建重工集團股份有限公司 湖南長沙 410000

1 序言

籽粒破碎裝置既可破碎籽粒，又可實現莖稈破節，提高飼料品質，屬于青貯機關鍵部件。作為青貯機的主要擠壓、破碎及輸送裝置，其核心零部件籽粒破碎輥輥筒材料為熱作模具鋼，對其常溫性能有著苛刻的要求，需要較高的力學強度來抵抗破碎過程中交變的機械應力和熱應力，且由于其齒形結構復雜，動輥上百條齒均布在外圓上，且每條齒都是螺旋分布，熱處理后加工困難，因此需要在熱處理前進行加工[1]。

2 輥筒加工難點

青貯機籽粒破碎輥輥筒外表面圓周方向排布直槽、斜槽及螺旋槽，槽形如圖1所示，為非對稱鋸齒形。槽形一條邊過破碎輥中心，一條邊不過破碎輥中心，并且槽與輥筒軸向存在夾角。若采用普通鏜銑床加工，則裝夾找正繁瑣，無法滿足批量生產需求，且在鏜銑過程中主軸伸出過長，易造成切削振動，加工質量較差，而破碎輥輥筒質量不過關易造成物料堵塞，嚴重影響青貯機收獲效果。

圖1 破碎輥輥筒槽形

對于圓柱形零件表面螺旋槽的加工，特別是存在對稱與非對稱混合的鋸齒形螺旋槽的加工，目前多采用五軸數控機床配合非標刀具進行粗、精加工。該種加工方法對機床要求高，刀具設計難度大，加工周期長，且由于粗、精加工均需采用定制的非標刀具，加工成本高昂。

3 工裝技術方案

可通過設計專用工裝并配置非標成形刀具，通過特定的NC程序實現破碎輥在普通鏜銑床上的高效加工，可極大地節約生產成本，提高加工效率。

通過設計破碎輥輥筒夾具工裝，改變加工過程中輥筒與機床主軸的夾角，避免刀具通過旋轉工作臺的對角線，降低加工過程中因機床主軸伸出過長而導致的切削振動[2]。

工裝的裝夾如圖2 所示，輥筒的加工如圖3所示。

圖2 工裝的裝夾

圖3 輥筒的加工

底座1固定裝夾于旋轉工作臺的中心，銑削加工時，通過旋轉工作臺帶動輥筒轉動，與銑刀相互配合加工出傾斜的凹槽。

活動夾持件4固定聯接輥筒的兩端，和輥筒固定聯接為一體，輥筒可與活動夾持件2相互分離拆卸。活動夾持4的底端周向定位聯接于底座1，使輥筒與旋轉工作臺保持同步轉動。

中心螺柱4底端固定裝配于底座1，頂端聯接于活動夾持件2的頂部中心，中心螺柱4從輥筒3和活動夾持件2的內部穿過，使輥筒與旋轉工作臺之間的聯接穩定性更高。中心螺柱4能夠拉緊或放松，拉緊時，對活動夾持件2施加向下的壓力，將輥筒和活動夾持件2緊壓在底座1上，此時輥筒和活動夾持件2與旋轉工作臺保持相對固定；放松時，活動夾持件2能夠相對于底座1轉動調節角度，從而改變輥筒的角度，調節輥筒朝向銑刀的方向。

使用專用工裝加工輥筒的外表面，加工不同區域時，調節輥筒的角度，使待加工的區域正對銑刀，旋轉工作臺僅需在較小的角度范圍內轉動即可完成一個區域的加工，不需要大范圍轉動旋轉工作臺的角度，可以避免旋轉工作臺的頂角朝向銑刀。當旋轉工作臺的頂角朝向銑刀加工時，需要銑刀伸出較長的距離，距離越長則銑刀的切削振動幅度越大。本工裝可防止旋轉工作臺的頂角朝向銑刀，從而降低切削振動的幅度，提升輥筒的加工精度[3]。

4 加工技術方案

采用專用工裝后，在普通鏜銑床上加工破碎輥還需配置非標刀具和特定的NC程序，其工藝路線為：車削→鏜銑。

4.1 車削工序

（1）車削外圓與內孔 工件圓柱形毛坯裝夾在臥式車床上，將工件外圓精車至符合設計要求，鉆車內孔與工件外圓同軸。

（2）車削直槽 更換切槽刀（見圖4），在工件的外圓周上車削出直槽。

圖4 切槽刀

4.2 鏜銑工序

（1）裝夾工件 直槽加工完成后，將工件水平安裝在臥式加工中心上。工件的一端用回轉臺上的數控分度盤卡爪從內圓夾緊，另一端用立式加工中心尾座上的端板頂緊，保證工件能繞其軸向旋轉（即沿A軸旋轉）。

（2）銑削斜槽 工件在臥式加工中心安裝完成后，在其外圓周上采用刀具組加工出斜槽，斜槽槽形如圖5所示，截面形狀為V形。斜槽的兩個內側壁之間的夾角為α1，其中一個內側壁的壁面經過工件的軸心，另一個內側壁的壁面不經過工件的軸心。采用的刀具組包括用于斜槽粗加工的標準螺紋銑刀（見圖6）和用于斜槽精加工的非標螺紋銑刀（見圖7），其切削角度均定義為α2。非標螺紋銑刀的α2=α1。

圖5 斜槽槽形

圖6 標準螺紋銑刀

圖7 非標螺紋銑刀

粗加工斜槽時，待加工斜槽α1的角平分線N與標準螺紋銑刀α2的角平分線M重合，N、M均平行于水平線。標準螺紋銑刀沿X軸方向進給，同時工件沿A軸轉動，此處進給速度與工件轉速匹配。

精加工斜槽時，待加工斜槽α1的角平分線N與非標螺紋銑刀α2的角平分線K重合，N、K均平行于水平線。非標螺紋銑刀沿X軸方向進給，同時工件沿A軸轉動，精加工出斜槽。

（3）銑削螺旋槽 采用3把規格依次減小的標準球形銑刀粗加工螺旋槽。開粗球形銑刀如圖8所示，3把球形銑刀的規格滿足如下規則：第1把球形銑刀直徑H21與螺旋槽的開口寬度L21一致，第2把球形銑刀直徑H22能完成第1把球形銑刀加工后螺旋槽槽形剩余加工量的40%～50%，第3把球形銑刀直徑H23＜螺旋槽的底面寬度L22。最后采用截面形狀與螺旋槽的槽形匹配的成形刀具，對螺旋槽進行精加工。

圖8 開粗球形銑刀

（4）對斜槽去毛刺 利用非標螺紋銑刀對斜槽去毛刺，非標螺紋銑刀設定沿Y軸方向遠離斜槽0.1～0.2mm。

5 結束語

實現在經濟型機床上高效率、高質量完成破碎輥輥筒的加工，主要從以下2個方面來完成。

1）設計專用工裝，采用車床和具有數控分度盤作為第4軸的立式加工中心，大大降低了加工對于機床的要求，實現破碎輥在經濟型機床上的高質量加工。

2）通過將鋸齒形斜槽擺正來設計非標刀具，降低了非標刀具的設計難度，且加工中無過切現象；通過數控分度盤帶動破碎輥以特定速度旋轉，刀具沿輥軸線以特定速度移動，即X軸與C軸聯動，從而加工出斜槽，加工程序簡單，數據量小；采用空走程序方式去毛刺，避免了打磨造成槽損傷、變形的情況。

專家點評

本例中破碎輥輥筒圓柱表面存在對稱與非對稱混合的鋸齒形螺旋槽，一般需要五軸數控機床配合非標刀具進行切削加工。文章思路清晰，方法巧妙，亮點在于工裝設計和加工技術方案的提升，從以下4個方面開拓創新，制定經濟實用的加工方案。①設計專用工裝，降低對機床的要求，通過輥筒夾具在經濟型數控機床上實現了破碎輥的高質量加工。②定制非標成形刀具，降低槽型加工難度，通過特定的NC程序實現破碎輥的高效加工。③優化加工路線，通過更改輥筒角度，避免旋轉工作臺的頂角位置朝向銑刀，解決了鏜銑過程中主軸伸出過長造成的切削振動難題。④隨機清除毛刺，通過刀具空走程序的方式去除加工面殘留毛刺，避免了手工打磨造成的損傷。