01

序言

　　细长管类零件直径小、壁厚薄，长径比和孔径比都比较大。由于悬伸长、刚性差，加工时容易出现振颤，进而造成管类零件的变形和松动，致使刀具损坏或寿命降低，且加工效率低，表面质量差，产品质量不易保证，甚至出现零件报废等诸多问题。

02

零件分析

　　图1所示架体组焊零件加工批量大，其形状为细长杆，最小加工角度为3°，直径40mm，壁厚为3mm，长径比达到25，刚性差，加工时容易出现振动，造成刀具损坏，如何装夹加工成了难题。若按常规方法加工装夹，则零件加工面悬伸出装夹范围过长，加工时引起振动，斜弧面尖角都被扳掉，造成刀具损坏，加工效率低，甚至引发零件报废、操作人员受伤等事故，需要制定合理的装夹方式来解决这些问题。

a）管件连接示意

b）零件弧面结构及尺寸

图1　架体组焊零件

03

原加工方法

　　原加工方法装夹如图2所示。用压板压住零件不加工位置，带斜度部分伸出工作台，用刀具分层铣削，零件振动严重，每层切削深度为0.2mm，到最后切削深度为0.05mm，加工效率低，零件表面质量差[1]。

a）装夹示意

b）实际加工装夹

图2　原加工方法装夹

04

工装改进

　　在工装方面进行如下改进。

　　1）合理设计工装，使工装与零件合为一体。改进后的工装如图3所示。第一次加工时，将零件和工装一体加工，把工装多余的部分去除掉，避免在正常加工时刀具与工装发生碰撞，并且让工装与零件最大面积地接触，达到包裹的目的，使零件的刚性达到最佳状态。

图3　改进后的工装

　　2）工装加工成形后，优化加工程序，只对零件进行加工，工装设置为干涉面，选择合适的刀具和切削参数，使加工过程一气呵成，避免了在加工过程中为了达到更好的刚性而调整压板、挪动垫铁等繁琐工作。

　　3）工装盖板如图4所示，选用铝材料来加工，减轻质量以减小劳动强度，中间加工为圆弧状，可以与零件紧密地贴合，提高加工稳定性[2]。加工效果如图5所示。

图4　工装盖板

图5　加工效果

05

刀具改进

　　（1）原来选用的刀具　由于零件悬伸过长，所以选用直径较小、切削刃锋利的φ32mm镶齿铣刀，刀具前角约5°，刃倾角为3°，主偏角为90°，侧隙角为0°。选用较小的切削深度，并且采用分段切削的方法，可以起到有效保护刀具的作用，但刀具刀尖部分相对较薄，加工时还是容易崩刃。

　　（2）现在选用的刀具　选用φ32mm高速铣刀，刀具前角为1°～2°，刃倾角为0°，主偏角约120°，侧隙角为30°。加工时产生一个下压的切削力，切削速度快，能够很好地起到防颤的效果，并且刀片厚实，抗振性很好[3]。

加工刀具对比如图6所示。

a）直角镶尺铣刀          b）高速铣刀

图6　加工刀具对比

06

加工方法改进

　　采用分段加工（见图7）的策略，先从零件刚性最差的末端开始加工，加工分成三段，逐步向左完成加工，每次切削深度为1mm[4]。

a）第一段加工       b）第二段加工

c）第三段加工       d）轮廓精加工

图7　分段加工

07

加工效果分析

　　改进前后工艺及加工效果对比见表1。

　　由表1可以看出，通过使用工装，选用带斜角的高速铣刀进行粗加工，使切削力变为一个下压的力，不会拉动工件产生振动，零件的尖角很好地保留，完全符合技术要求。零件表面质量得到很大提升，加工效率提升6倍多，每件刀具加工成本节约200多元。

表１　改进前后工艺及加工效果对比

08

创新点与技术总结

　　1）改进工装及加工方法。巧妙设计专用工装。加工时，使工装和零件紧密贴合、融为一体，即把工装也设置为加工零件，与零件一起加工，加工完后，可以更好地包裹零件，增强零件的刚性，基本消除了细长管加工中的颤动现象。

　　2）优化加工程序，将工装设置为干涉面，使零件斜弧面加工过程一气呵成，避免了调整压板、挪动垫铁等繁琐辅助工作。

　　3）优化刀具及加工参数，改进加工方法，加工效率提升6倍以上，降低了生产成本。

09

结束语

　　本文介绍一种细长管大角度斜弧面加工方法，针对加工过程中的零件振颤和刀具损坏情况进行工艺分析，通过工装改进、参数优化，刀具重新优化配置，加工时，使工装和零件紧密贴合、融为一体，消除了细长管长斜弧面加工中的颤动现象，提高了加工效率，刀具寿命也得到大幅提升，取得了很好的经济效益，已在公司相似产品中进行推广应用。