雙刀車削在數(shù)控立式車床上的應(yīng)用研究

李漢偉，凌鵬飛，張振興，趙會波

（煙臺臺海瑪努爾核電設(shè)備有限公司，煙臺 276000）

雙刀車削在數(shù)控立式車床上的應(yīng)用研究

李漢偉，凌鵬飛，張振興，趙會波

（煙臺臺海瑪努爾核電設(shè)備有限公司，煙臺 276000）

針對工件的材質(zhì)以及性能，結(jié)合工件結(jié)構(gòu)以及立式車床規(guī)格提出了雙刀車削的方法。介紹了雙刀切削工藝過程中工件裝夾方式、刀具和切削參數(shù)選擇以及雙刀車削工藝過程的實施，并結(jié)合工件形狀和具體尺寸編制車削過程數(shù)控加工程序，有效提高工件車削效率。

數(shù)控立式車床；雙刀；車削；切削參數(shù)；效率

0 引言

在進(jìn)行大直徑環(huán)形零件端面加工時，多采用數(shù)控立式車床車削加工的工藝方式，為有效提高生產(chǎn)效率，提高單位時間金屬去除量，傳統(tǒng)方式為增加背吃刀量、加大走刀量或是提高切削速度[1]，即增大切削工藝過程的“三要素”（ap、f、vc）。但針對難加工材質(zhì)工件（如奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙相鋼以及超級雙相鋼），由于機(jī)床剛性以及加工行業(yè)現(xiàn)有切削刀具的限制，以上方式在實際應(yīng)用過程中效果并不理想[2]。結(jié)合公司現(xiàn)有工件情況，在端面加工過程實施雙刀車削的工藝過程，可以較大的提高生產(chǎn)效率，同時可以有效的保證刀片使用壽命。

1 工件產(chǎn)品材質(zhì)特性

我公司現(xiàn)主產(chǎn)品之一為核電站屏蔽電機(jī)主泵泵殼，其材質(zhì)為ASME SA-351 CF8A，屬鑄造奧氏體不銹鋼，其化學(xué)成分如表1所示。

表1 泵殼材料化學(xué)成分

其機(jī)械性能如表2所示。

表2 泵殼材料機(jī)械性能

其硬度值為：HBS230～HBS270。

2 雙刀切削工藝過程

2.1 工件裝夾

在該工件加工過程中，使用設(shè)備為武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司產(chǎn)數(shù)控立式車床C5263E×35/63，其為單刀架結(jié)構(gòu)，工件裝夾如圖1所示。工件平放在機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺上，底部四卡爪以及中間部位四加高卡爪夾頂工件，調(diào)整工件使其回轉(zhuǎn)軸線與機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺軸線重合，使用可調(diào)支撐（可調(diào)千斤頂）支撐工具出水口端。

圖1 工件裝夾示意圖

2.2 刀具以及切削參數(shù)選擇

根據(jù)工件材質(zhì)、機(jī)械性能以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以及我公司生產(chǎn)現(xiàn)場刀具實際使用情況，在進(jìn)行該工件端面車削時選用刀片為SANDVIK公司SNMG190612-MR 2035，其刀片材質(zhì)、表面涂層、斷屑槽結(jié)構(gòu)、角度結(jié)構(gòu)均適用與該工件的車削過程，在生產(chǎn)現(xiàn)場工藝試驗過程若單獨的增大切削過程ap值或是fn值，刀片的使用壽命會大幅降低，同時機(jī)床橫梁存在較大震動，對設(shè)備影響較大，考慮具體工況最終確定該工具端面加工切削參數(shù)為ap=6mm、fn=0.35mm/r、vc=56m/min，即進(jìn)給f=2.8mm/min，轉(zhuǎn)速S=8r/min，端面車削過程工作臺正轉(zhuǎn)（即逆時針旋轉(zhuǎn)）。

2.3 雙刀車削工藝過程實施

在屏蔽主泵泵殼端面加工過程，分別將兩把車刀依此安裝至立車滑枕端刀臺兩側(cè)，根據(jù)選用的切削參數(shù)，使用對刀儀調(diào)整兩車刀刀尖高度差△Z=6mm，同時測量兩刀尖距離為△X=205mm，工件端面厚度為H=495mm。如圖3所示，以左側(cè)刀尖對刀定X/Z坐標(biāo)點，工作臺旋轉(zhuǎn)S=8r/min，滑枕Z向移動定背吃刀量ap=6mm，滑枕X-向移動進(jìn)行切削f=2.8mm/min。初始切削過程僅左側(cè)車刀吃刀車削，右側(cè)刀具空閑（如圖3(a)所示），當(dāng)X向移動△X=205mm后，右側(cè)車刀也參與切削，雙刀同時車削（圖3(b)）。由于工件端面厚度H=495mm，兩刀尖間距離為△X=205mm，左側(cè)車刀刀尖超出端面后，已加工區(qū)域L1=290mm，大于右側(cè)車刀未加工區(qū)域L2（L2=205mm），雙刀抬刀以及退刀，重新進(jìn)刀，進(jìn)行下一刀車削加工（如圖3(c)、圖3(d)所示）。

圖2 加工示意圖

3 數(shù)控程序編制

我公司該數(shù)控立式車床數(shù)控系統(tǒng)為SIEMENS 802DSL，在核電站屏蔽電機(jī)主泵泵殼端面加工過程，其端面余量約90mm，端部外圓直徑?2260mm，內(nèi)孔直徑?1270mm，各尺寸如圖3所示，其加工過程數(shù)控程序[3]如下：

坐標(biāo)點：左側(cè)刀尖，工件上端面定Z=0，最大外圓定X=2260mm。

根據(jù)雙刀車削理論分析以及實際加工工藝過程，在該工具端面加工過程，根據(jù)現(xiàn)有程序背吃刀量、進(jìn)給量，若采用單刀車削其工時計算為：

單層切削時間：

車削總刀數(shù)：

端面車削總時間：

若采用雙刀車削，共需車削14刀：

第一刀車削時間：

中間十二刀車削總時間：

最后一刀車削時間：

車削總時間：

即在該工件的加工過程，雙刀車削為單刀車削效率的1.7倍。

圖3 雙刀車削原理示意圖

4 結(jié)論

在特種材質(zhì)或是難加工材質(zhì)車削方面，切削參數(shù)調(diào)整到一定數(shù)值后很難再通過參數(shù)的提高以提高生產(chǎn)效率。而進(jìn)一步選用雙刀車削工藝方式，相較單刀加工方式，將進(jìn)一步的提高生產(chǎn)效率，在實際生產(chǎn)過程中有重大意義。

[1] 王毅哲,張育國.普通臥式車床上的雙刀切削[J].機(jī)械工程師,2007.(5)132-133.

[2] 何耿煌.難加工材料-不銹鋼高效車削技術(shù)及其刀具研究[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù),2015.(11).25-29.

[3] 鄒小飛.數(shù)控車床編程與操作[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.01.

Research on application of double-cutter turning on CNC vertical lathe

LI Han-wei, LING Peng-fei, ZHANG Zhen-xing, ZHAO Hui-bo

TH162

：A

1009-0134(2017)06-0060-03

2017-03-29

李漢偉（1982 -），男，山東臨沂人，工程師，碩士研究生，主要從事機(jī)械設(shè)計制造及自動化方面的研究。