压路机机架板生产效率提升探索及应用

孔祥意      吴玉柱      徐家兴

KONG Xiang-Yi  WU Yu-Zhu   XU Jia-Xing

徐工集团工程机械股份有限公司 道路机械分公司（江苏▪徐州，221004）

随着工程机械市场的复苏和持续高位增长，尤其是2018年，工程机械迎来了高速增长，1-8月，挖掘机、装载机、压实机械和水泥专用设备累计生产176323台、97856台、42077台、363593吨，同比增长44.5%、26%、22.2%、8.1%。市场火爆给企业带来了生机和效益，但随之而来的是产能瓶颈等问题，如何在不增加人员的情况下消除瓶颈工序，是企业需要解决的问题。下面就压路机机架板的瓶颈工序——沉孔加工提升效率所做的探索及应用进行说明：

一、机架板沉孔加工过程中存在的问题

目前机架板沉孔加工采用摇臂钻进行加工，在生产过程中主要存在以下问题：

1、加工效率问题：由于摇臂钻电机功率为7.5Kw，钻沉孔时需要采用钻、扩工序进行加工，加工效率较低。

2、新技术应用问题：由于摇臂钻床采用高速钢麻花钻钻φ27孔时，主轴转速仅能达到200 r/min,进给80mm/min，钻φ50孔时，主轴转速仅能达到80 r/min,进给20mm/min，无法进行高速切削加工。

3、设备结构存在的问题：摇臂钻摇臂箱体与立柱程三角型结构，在加工较为坚硬工件时，产生积压振动，导致钻孔精度低。

4、钻孔冷却问题：高速切削产生大量热量，机床本身冷却效果差，低压冷却方式无法有效带走热量，沉孔加工表面粗糙度较低。

二、现有加工设备及刀具的制约

目前我公司主要采用Z3080×25摇臂钻加工沉孔，最大钻孔直径80mm，Z3080×25摇臂钻床结构特点:

主轴箱、摇臂、立柱均由液压夹紧；主轴正反转、停车(制动)、空档用一个手柄操作。但由于设备的特点，结合面比较多，故机床刚性较差，制约了高速切削和沉孔表面粗糙度提升。

图1：Z3080×25摇臂钻

摇臂钻主要应用刀具为高速钢锥柄麻花钻，由于麻花钻材料及几何角度等特点，决定了麻花钻无法进行高速切削。以下是麻花钻的特点：

1、麻花钻的材料及组成：麻花钻是由刃具厂按统一标准制成的。常用高速钢材料制成，经过热处理，硬度为HRC62-68，切削温度在600˚C以下不会丧失其硬度。麻花钻头主要由柄部、颈部和工作部分组成。

2、 麻花钻的几何角度：主要有顶角２φ、螺旋角ω、前角γ、后角α和横刃斜角ψ。

3、普通麻花钻的缺点：

1）横刃较长，横刃前角为负值，定心作用差，使钻头容易发生抖动。

2）主切削刃上各点的前角大小不一样，切削条件很差，钻心处于刮削状态。

3）钻头的棱边较宽，没有副后角，容易发热和磨损。

4）主切削刃外缘处的刀尖角较小，前角很大，刀齿薄弱，产生的切削热多，磨损严重。

5）主切削刃长，切削刃各点切屑流出的速度相差很大排屑不畅，切削液也不易加注到切削刃上。

图2：麻花钻的几何参数

三、数控龙门钻铣床及高速切削刀具调研分析

    1、数控龙门钻铣床优点：

数控龙门钻铣床加工精度和刚性较好，整体采用龙门框架布局结构，机床、立柱、横梁、滑轨、主轴箱等采用高强度铸铁制造，X、Y轴多采用直线滚动导轨，整体刚性好，加工稳定性强，定位精度高。根据机架板所选用的数控龙门钻铣床，主轴转速最高可达3500RPM,最大扭矩950N.m，配合高压刀具冷却系统，为高速切削的应用奠定了基础。

图3：数控龙门钻铣床

2、对目前使用的高速切削刀具特性进行分析：

为了提升内孔加工效率及表面加工质量，因此对高速切削刀具提出了更高的要求。它需具备很高的刚性、安全性、动平衡性、操作便捷性，以及与机床接口连接的刚度、精度、夹持力、夹持精度。

切削刀具现阶段主要分为工具钢（包含碳素工具钢、合金工具钢、高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。碳素工具钢及合金工具钢耐热性能差；陶瓷、金刚石和立方氮化硼性质脆，工艺性差，价格昂贵，因此行业应用最广泛的为硬质合金。

3、对硬质合金刀具880U钻的调研及优点进行分析：

1）高切削效率：880U钻的可以提供更高的线速度进给，是普通麻花钻效率的3倍以上。

2）刀具冷却良好：880U钻全线产品在加工过程中都可以在加工中心上实现良好的冷却，可以对刀片更好的进行降温保护，让刀片可达更高的寿命。

3）刀片更换快捷：880U钻采用可更换刀片式结构，节省了传统麻花钻修磨钻尖的大量时间，也避免了修磨后无法达到新钻尖寿命的情况，加工寿命实现可预估，更适合批量加工产品。

4）刀具安装方便：880U钻采用侧固和capto装夹方式，拆装相对于麻花钻的莫氏安装方式要更加方便。    

图4：880U钻

四、试验设计

1、试验条件：

1）试验工件：机架板，材料Q235碳素结构钢，硬度HRB120-140。

2）试验设备：Z3080摇臂钻及数控龙门钻铣床。

3）试验刀具：普通麻花钻、880U钻。

2、试验方法：

工件条件相同的情况下，对不同设备及刀具采用其最优加工参数进行样件加工，同时根据刀具特点优化加工顺序，计算各工步所用时间及总时间对比加工效率。

试验一：Z3080摇臂钻利用高速钢麻花钻钻通孔及沉孔。

试验二：进行数控程序编制，在数控龙门钻铣床利用U钻沉孔及通孔。

图1：机架板示意图

3、试验分析：

试验一：Z3080摇臂钻利用高速钢麻花钻加工沉孔及通孔

试验二：数控龙门钻铣床利用高速U钻加工沉孔及通孔

经过试验，方案一加工时间为37min，方案二加工时间为16.7min，时间减少了一半以上，约为原加工时间的45.14％，效率大幅提升。

五、应用效果

通过对内孔的加工工艺方法进行研究及优化，结合数控龙门钻铣床及高速切削刀具，同时进行了加工顺序的调整，提高了加工质量及效率。相比最初的Z3080摇臂钻加工，采用数控龙门钻铣床利用U钻加工沉孔及通孔，加工时间缩短为原加工时间的45.14％，效率大幅提升，有效的解决了生产瓶颈，且沉孔表面粗糙度由原来的12.5降为目前6.3。

参考文献：

[1]王彪,张兰.数控加工技术[M].中国林业出版社.2006.

[2]何宁.高速切削技术[M].上海科学技术出版社.2012.

[3]储开宇.21世纪数控机床刀具材料的发展［J］.机床与液压，2011.

[4]孙昶.高速切削加工关键技术研究[D].哈尔滨工业大学，2014.