數(shù)控軋輥車床選型及其應(yīng)用

王雙泉 胡建軍

摘 要：本文對如何有效發(fā)揮數(shù)控加工技術(shù)優(yōu)勢，提高軋鋼廠孔型尺寸精度和光潔度，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期提出了解決方案，并就方案實施過程、實施效果、以及存在的問題、應(yīng)對措施進行了探討。

關(guān)鍵詞：軋輥車床 孔型 數(shù)控加工 刀具

0前言

隨著杭鋼集團公司新產(chǎn)品開發(fā)力度和對產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，加工精度要求也越來越高。以往新產(chǎn)品的開發(fā)過程中，軋輥的孔型加工主要采用成型刀加工，操作流程為：加工孔型樣板→對照樣板刃磨專用刀具→對輥加工。尺寸精度高度依賴于刀具、樣板的制作精度，對操作技能要求高，質(zhì)量不穩(wěn)定，軋輥表面較粗糙，接刀痕跡明顯，尺寸難以控制。一種新產(chǎn)品上市，由于孔型開發(fā)加工時間過長，成本費用高，嚴重地制約了新產(chǎn)品的開發(fā)和推向市場的時間。因此采用新型加工機械對于新產(chǎn)品的開發(fā)顯得非常重要。

1.數(shù)控軋輥機床的優(yōu)勢

1.1.可實現(xiàn)傳統(tǒng)機床無法加工的復(fù)雜曲面； 有精度實時監(jiān)控、自動刀補等多種功能；尺寸精度和表面光潔度高，可有效避免孔型定位不準(zhǔn)問題 。

1.2.能實現(xiàn)自動化加工， 生產(chǎn)效率大幅度提高，同時可實現(xiàn)多工序的集中加工、批量自動化生產(chǎn)。

1.3.其精確定位可為軋線上新工藝的應(yīng)用拓寬道路。

2.數(shù)控軋輥機床主要參數(shù)確定

2.1.最大可加工規(guī)格

目前杭鋼軋輥規(guī)格最大為￠860×1810，考慮留有適當(dāng)余地，確定可加工的最大規(guī)格為￠1000×6000。

2.2.主電機功率

參照現(xiàn)有普通重型軋輥車床的功率，確定擬購車床電機功率為75Kw。

2.3.主軸最高、最低轉(zhuǎn)速

主軸轉(zhuǎn)速是影響加工件表面質(zhì)量的重要參數(shù)，轉(zhuǎn)速越高就越容易實現(xiàn)加工件較好的表面質(zhì)量，數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)速按加工件在“計算直徑”時獲得最佳表面質(zhì)量所需的線速度確定。根據(jù)本機床加工件的計算直徑φ800mm（通常取機床“最大加工直徑”的80%），從《現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊》中查得最高主軸轉(zhuǎn)速為250r/min）。最低轉(zhuǎn)速主要考慮將來可能要在該車床上切削其它零件如蝸桿，蝸桿精車時需要高速鋼刀具配合極低的轉(zhuǎn)速以獲得滿意的光潔度，故確定最低轉(zhuǎn)速為3.0 r/min，通過直流電機來實現(xiàn)3.0r/min ～250r/min之間的無級調(diào)速。

2.4.花盤最大扭矩

花盤扭矩是車床驅(qū)動工件進行加工的主動力，花盤扭矩值越大刀具能夠?qū)崿F(xiàn)的切深和進刀量也越大，是實現(xiàn)機床加工效率的重要參數(shù)，機床花盤最大扭矩值可按下式計算：

T=9550（P-P0）/n

式中：P為主電動機的額定功率P=75Kw

P0 為空運轉(zhuǎn)功率 P0 =0.15P

n為主軸計算轉(zhuǎn)速 n=nmin（nmax/nmin） 0.55將nmax=250r/min、nmin=3 r/min代入，則n=3（250/3）0.55≈34

于是得出花盤扭矩T=9550（75-75×0.15）/34≈18KNM，取最大扭矩T=20 KNM

最大切削力F=T/（D計算/2）=20/0.4=50 KN （D計算=0.8×1M）

綜合以上計算，并結(jié)合實際需求，確定數(shù)控軋輥車床主要技術(shù)參數(shù)如下：

主電機功率75Kw，最大可加工直徑1米，最大可加工長度6米，花盤扭矩不小于20KNM，切削力不小于50KN。

3.軋輥孔型的加工藝

型鋼軋輥孔型具有斷面復(fù)雜，軋輥的孔型位置尺寸關(guān)聯(lián)性強，有的孔型深有100mm，孔型又窄，相互關(guān)聯(lián)的過渡圓弧半徑也小，因此先利用普通軋輥車床進行粗車，再由數(shù)控車床進行精加工。

3.1.數(shù)控編程

由于受到刀具的限制一支軋輥的孔型加工無法實現(xiàn)一次性全程自動加工，故根據(jù)孔型的特點和預(yù)留的加工余量，采用分——總——分的加工編程方法，先分段編程即一個孔型一個加工程序，最后采用一把精車刀，編一個完整的精加工程序，實現(xiàn)整支軋輥所有孔型的精加工，確保孔型的尺寸、位置精度。

為簡化數(shù)控加工編程，避免干涉現(xiàn)象，用錄入加工方式，手動操作對孔型的直徑尺寸進行車削，留精加工余量。在對孔型進行編程時，根據(jù)所留的余量，采用粗車循環(huán)CYC95指令，對每個孔型進行分段編程進行加工。有時為了減小空行程，采用刀具補償?shù)姆绞絹磉M行加工，但都統(tǒng)一留有精車余量（直徑0.5～1mm，兩側(cè)面0.2～0.3mm）。

3.2.車刀的選擇

根據(jù)孔型的形狀特點，選擇通用的數(shù)控車刀來完成弧形履帶板的孔型加工，如下圖所示。

履帶板的孔型加工示意圖

3.3.刀頭的選用

涂層刀具綜合性能良好，使用范圍較寬，因此選擇涂層刀具，本案選擇的牌號有4215、3210（分別適用于鋼、冷硬鑄鐵），刀片形狀有35°、55°、80°菱形刀片，R5、R6圓形刀片。

3.4.定位基準(zhǔn)的確立

為了保證孔型的加工尺寸精度和相關(guān)聯(lián)的位置，應(yīng)確立軋輥的一端為定位基準(zhǔn)面，車刀的軸向?qū)Φ抖家源嗣鏋閷Φ痘鶞?zhǔn)，同時也是數(shù)控編程的起始軸向基準(zhǔn)。

3.5.編程工藝數(shù)值的計算

孔型的各個交點和節(jié)點的數(shù)值先利用CAD軟件，在電腦中完成這些數(shù)值的捕捉，當(dāng)?shù)毒叩牡都獍霃礁仔统叽缦鄾_突時，對所加工的尺寸進行修改，消除加工時出現(xiàn)由于刀具干涉發(fā)生的程序報警。

3.6.切削量的合理選用

選用切削量時主要根據(jù)加工效率以及斷削的實際情況來定，精加工時是以質(zhì)量為原則的，同時要考慮車刀在加工中的使用壽命和磨損量對加工精度的影響。為了防止出現(xiàn)非正常消耗，在刀片使用到一定的磨損量（后刀面出現(xiàn)0.6mm以上磨損平面）或達一定周期時，必須進行更換，以防出現(xiàn)崩刃或X軸Y軸驅(qū)動器報警，使自動加工停止。

3.6.1.鋼質(zhì)軋輥

半精車切削用量v=80～100mm/min， ap=4～6mm， f=0.4～0.6mm/n。精車的切削用量v=100～120mm/min，ap=0.2～0.5mm，f=0.3～0.4mm/n。

3.6.2.冷硬鑄鐵軋輥

切削用量半精車v=25～35mm/min， ap=4～5mm， f=0.2～0.4mm/n。精車的切削用量v=40～50mm/min，ap=0.2～0.5mm，f=0.3～0.4mm/n。精加工時，還可以選用整體式陶瓷刀片和立方氮化硼刀片，在相同的切削深度和進給量下，它的切削速度可達到v=100mm/min，從而使加工效率得到提高。

開發(fā)新產(chǎn)品用孔型精加工剛下線的軋輥

4.結(jié)語：

目前數(shù)控軋輥車床已成功運用于履帶板孔型加工，由于轉(zhuǎn)換了加工方式，減少了孔型加工的準(zhǔn)備輔助時間，并節(jié)約了刀具的消耗。應(yīng)用數(shù)控軋輥車床可以使孔型尺寸更加精準(zhǔn)、輥面光潔度更高，提高了加工質(zhì)量和效率，由于采用通用刀具取代整體成型刀具，大大縮短了開發(fā)和組織生產(chǎn)時間。通過實踐同時也為不同產(chǎn)品提供不同材質(zhì)型鋼軋輥孔型提供了實質(zhì)性的加工實例。

作者簡介：

王雙泉（1960.3-）。胡建軍（1962-），所學(xué)專業(yè)：冶金機械專業(yè)，目前職稱：機械工程師