采棉机托棉架加工工艺研究

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托棉架作为采棉机的关键结构件与车架连接，主要用于承载棉包、支撑打包器及精准加载打包膜等[1-2]。整体结构如图1，其总体呈对称式结构，由左/右翼板、左/右侧支板、前部支板等部件组成，其中连接车架油缸的销轴孔和送卷支架装配孔的尺寸关系极为关键，其加工精度直接影响托棉架的作业运动轨迹。为保证托棉架制造要求，目前采用各组件焊接成型后，再利用机床进行切削的制造工艺[3-4]。机床采用武汉重型机床集团有限公司的数控落地铣镗床（TK6920C），主要参数如表1。该机床配备数控回转工作台，可实现托棉架对称加工，但在加工过程中，由于托棉架找正装夹、镗铣时间较长和加工效率低等原因，未能实现高效加工。本文主要通过优化加工工序、设计开发专用刀具等措施，实现高效批量加工。

1存在的问题及优化方案

以采棉机托棉架为例，针对目前制造过程中各工序存在的问题进行说明并阐述优化方案。加工基准及孔系尺寸如图2。

1.1装夹找正

1.1.1存在问题

托棉架在机床上按图2的方式放置，在基准点A/A'内装配工装轴，使用高度尺找正测量工装轴轴心，调整至基准点A/A'的工装轴轴心高度（Y方向）一致后，压紧托棉架；然后通过机床打表校正B轴，即保持基准点A-A'的中心线与机床X方向一致，再根据图2相对尺寸关系，逐个检查各孔位余量是否均匀。该方法需要操作人员在装夹前不断测量并调整托棉架的位置以保证两端工装轴Y方向尺寸相同。该方法作业强度大，精度控制难度大，占用机床时间长，设备利用率低。

1.1.2优化方案

为缩短加工时装夹找正时间，在上机床前增加划线工序，设计专用工装用于定位托棉架基准点A/A'，并根据图2尺寸转换基准，即将基准点A/A'按相对尺寸转移至待加工的送卷支架安装孔位B/B'处，同时通过划线划出其它孔位中心，避免机床上查看余量。上机床后，直接按划线装夹找正，效率明显提高。

1.2加工过程

1.2.1存在问题

孔加工：托棉架孔系中孔直径均大于30mm，为保证孔的加工尺寸公差，现行工艺路线为：钻—扩—铣—精镗，其中钻、扩工序使用传统麻花钻加工，销轴孔钻削深度尺寸最高达112mm，共六组孔钻，扩孔时间较长，传统刀具加工工艺效率低下的弊端较突出。内端面加工：托棉架四处销孔铰接位置为U型配合面，其两侧内端面按托棉架中心对称铣削加工，目前使用Φ63可转位直角铣刀铣削加工，通过“口”字型刀具路径编程，铣削开档两侧内端面成型。由于托棉架为薄板焊接成型，整体刚性较差，故该加工方法受切削力影响，震动加大，在单个程序段铣削进给量小，加工效率低。

1.2.2优化方案

托棉架中主要加工的孔及内侧平面如图3。对于提升此类孔的加工效率，调研得知行业内新型高效刀具通常有两种，第一种使用Φ32U钻加工[4-5]，第二种使用Φ32的皇冠钻加工[6]。上述两种加工刀具同直径进给速度对比：V=πdn/（1000×60）（1）式中n—刀具转速，r/min；d—刀具直径，mm。实际加工中U钻V=50～120m/min，皇冠钻V=70～170m/min，通过对比，从加工效率上优选皇冠钻。同时销轴孔钻深度尺寸达112mm，U钻刀杆长度尺寸无3倍径以上规格，不能满足其余销轴孔底孔的加工，使用皇冠钻加工是较优的方案。对于内侧端面的加工，采用以下两种方案：（1）使用偏心式的平面锪刀，正反铣削加工开档内端面。（2）使用Φ420错齿三面刃铣刀，采用圆弧插补完成内侧端面的加工，模拟加工如图4。上述两种加工工艺的对比：（1）偏心式的平面锪刀刀杆和刀头受销轴孔直径的限制，无法完全加工内端面。（2）错齿三面刃铣刀不通过销轴孔加工内端面在刀盘有效加工尺寸满足内端面加工尺寸的情况下即可加工，同时三面刃铣刀加工效率高。因托棉架整体刚性较差，故选择加工振动较小的错齿三面刃铣刀加工是理想的加工方案。

2应用效果

2.1划线应用

通过制作销轴定位工装，在划线平台上定位固定托棉架，使用规格尺寸1m高度尺、大规格角尺，按图纸相对尺寸划出各孔位十字线，在数控落地铣镗床上装夹时，直接按划线位置定位装夹，缩短了带工装反复测量定位时间，同时按划线孔位对刀直接加工，不再反复对刀检查，降低了操作工劳动强度。现场划线作业见图5。

2.2专用机加工应用

（1）Φ32皇冠钻头（图6）采用了整体硬质合金刀头，现场应用时对其钻孔能力进行验证，该刀具采用内冷却方式，在加工过程中钻孔排屑顺畅，无振动现象，同时钻孔尺寸精度达H8，断屑性能和钻削速度远高于传统麻花钻头。（2）开发设计专用D420错齿三面刃铣刀（图7），应用时先将刀盘与刀柄装配，测量刀盘端跳动，在检查端跳动小于0.01mm后对刀具铣削托棉架内端面进行验证，采用圆弧插补方式，上下四处开档内端面分别按四组程序进行加工。在加工过程中震动小，加工面精度高，一次加工到位，无接刀痕，进给量达1～1.5mm/r，加工效率高。通过划线和专用刀具的应用解决了托棉架加工过程中加工效率低的问题，降低操作者劳动强度，大幅提升了大型数控镗铣设备的有效加工时间。如表2，经工艺优化后加工效率提升47%，总体加工时间缩短8h。

3结束语

对于农机产品大型结构件加工工艺中增加划线工序可有效缩短加工过程中的找正、对刀时间，降低劳动强度，同时根据产品结构特点设计专用刀具等可有效解决加工效率低突出问题，实现农机产品的高效、高精加工，为后续其他产品加工提供经验。

参考文献：

[1]王玲玲，郭健，孙芳霞，等.自走式国产采棉机机载打包机的介绍[J].新疆农垦科技，2015，38（09）：36-37.

[2]程敬春.4MZD-3型采棉打包机介绍[J].新疆农机化，2022，（03）：30-31.

[3]孟少农.机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，1991.

[4]蒙韬，李慧琼.装载机前车架加工工艺改进[J].装备制造技术，2021，（04）：114-117.

[5]王诗凯，何佳，祝新发.浅谈U钻的崛起与锥柄钻的转型[J].金属加工（冷加工），2021，（03）：1-3.

[6]陈天野，张瑞臣，侯彦军.无内冷工况下U钻加工工艺研究[J].金属加工（冷加工），2020，（S1）：106-110.

[7]山高添新品[J].制造技术与机床，2013，（05）：7.

作者：韩永伟 张守县 单位：铁建重工新疆有限公司