石橫特鋼超長輥套的高效加工實踐

吳德寶

石橫特鋼在為客戶加工一種鑲嵌式超長輥套時，采用離心鑄件，鑄件在粗加工后多次進行熱處理工藝，保證了輥套材質(zhì)及硬度均勻性要求。其工藝路線為：離心鑄造→粗加工→熱處理→精加工輥套內(nèi)孔→輥軸熱裝→精加工輥軸及輥套。輥套通常采用鏜床鏜削內(nèi)孔或在車床架中心架車削內(nèi)孔的加工方式，加工效率低，一直影響著交貨工期要求。通過原因分析，制定了提高加工效率的有效措施。

1 超長輥套加工效率低的原因分析

1.1 刀具系統(tǒng)剛性差

在鏜床上鏜削內(nèi)孔或車床上車削內(nèi)孔時，但因鏜床主軸或車床刀桿伸出較長，刀桿為懸臂支撐，加工過程中刀桿受切削力作用產(chǎn)生彈性變形，加工內(nèi)孔呈現(xiàn)錐孔，內(nèi)孔兩端直徑尺寸偏差約0.07 mm左右，無法達到圖紙設計要求。因輥套內(nèi)孔兩端直徑尺寸偏差大，無法實現(xiàn)互換裝配，只能先加工輥套內(nèi)孔再配做輥軸，加工效率較低，配做錐度輥軸時費時費力，一直制約生產(chǎn)進度和加工精度的提高。

1.2 加工方法不當

由于鏜刀刀桿或車刀刀桿直徑受被加工孔的限制，刀桿截面尺寸相對較小，刀桿伸出較長，剛性差，加工內(nèi)孔時容易產(chǎn)生變形和振動。為了保證鏜孔質(zhì)量，精鏜時采用試切法，并選用比粗鏜內(nèi)孔更小的切削深度和進給量，并多次走刀，以消除內(nèi)孔的錐度偏差。因采用較低的切削用量，導致加工效率低下。

2 提高加工效率的措施

2.1 鏜床支撐鏜削法

鏜床支撐鏜削法就是利用鏜床尾座支柱與主軸箱同時支撐鏜桿鏜削工件的方法。其操作步驟如下：根據(jù)鏜床空間結構，制作加長主軸刀桿，刀桿中間裝有鏜削小刀桿。加工時，主軸加長刀桿一端插入主軸內(nèi)孔，穿過輥套內(nèi)孔后，另一端支撐在尾座立柱套筒中，通過調(diào)整鏜削小刀桿徑向伸長和工作臺移動，完成內(nèi)孔的鏜削。

因每次加工前都必須找正鏜桿前后支撐的同軸度，裝夾找正復雜，用時較長。同時，鏜桿外圓與立柱套筒存在回轉(zhuǎn)間隙，當切削力大于刀桿自重時，刀具無論處于任何切削位置，切削力推動鏜桿緊靠在與切削位置相反的套筒內(nèi)表面，隨著鏜桿的轉(zhuǎn)動，鏜桿表面以一固定部位沿導套的整個內(nèi)圓表面滑動。因此，導套的圓度誤差將引起被加工孔的圓度誤差。精鏜時，切削力很小，通常小于刀桿自重，切削力不能抬起鏜桿。隨著鏜桿的旋轉(zhuǎn)，鏜桿軸頸以不同部位沿導套內(nèi)孔的下方擺動，直接造成了被加工孔的圓度誤差。配合間隙越大，在切削力的作用下，鏜桿的擺動范圍越大，所引起的誤差也就越大。

此外，在采用前后雙導向支撐時，調(diào)整鏜桿與導套配合間隙更加困難，裝夾復雜，也不易采用。因此，采用鏜床支撐鏜削法雖然提高了鏜桿的剛性和加工效率，但裝夾及找正時間較長，對操作人員的技術水平要求較高，控制鏜削精度比較困難，影響了加工效率的進一步提高。

2.2 車床鏜削法

通過對輥套結構分析，借鑒車鏜床上鏜削內(nèi)孔的工作原理，將普通車床改造成車鏜床（見圖1），實現(xiàn)了輥套的鏜削加工。其工作原理為：輥套裝夾在車床中托板上，穿過工件內(nèi)孔，在車床主軸與尾座頂尖間安裝車鏜主刀桿，主刀桿軸上帶有徑向小車刀，通過刀桿主軸的轉(zhuǎn)動及中托板的縱向移動，實現(xiàn)自動鏜削內(nèi)孔的工作。經(jīng)過多次試驗及對比，采用車床鏜孔法加工輥套效率更高，操作方便，質(zhì)量穩(wěn)定。

圖1 車床鏜削示意圖

3 輥套加工操作實踐

普通車床改造成車鏜床步驟：1）根據(jù)輥套內(nèi)孔直徑大小不同，制作專用車鏜刀桿主軸，刀桿上加工出徑向小刀桿安裝刀孔；2）拆去普通車床小托板，在其中托板上安裝V型工件夾持工裝；3）將車床中托板V型工裝中心調(diào)整到與車床主軸同心位置，并用定位塊將中托板固定。為保證加工過程中中托板縱向走刀，預防誤操作，拆去中托板手柄，將中拖板橫向進給手柄鎖住。

其操作方法為：1）根據(jù)輥套外徑及內(nèi)孔直徑大小，調(diào)整V形工裝，確保內(nèi)孔中心線與機床主軸中心線大致重合，然后鎖緊輥套外圓；2）采用一夾一頂?shù)姆椒ㄑb夾專用車鏜刀桿主軸，并根據(jù)工件材質(zhì)及加工余量選用合適車刀；3）加工內(nèi)孔時，通過調(diào)整車刀徑向伸出長度，控制吃刀深度；按下縱向進給手柄，便可實現(xiàn)自動加工輥套內(nèi)孔。

由此可知，以上改造是在不破壞車床本體的情況下，將傳統(tǒng)車床刀桿的懸臂支撐改為一夾一頂?shù)膭傂灾危卉囅鲀?nèi)孔改為鏜削內(nèi)孔，提高了刀桿剛性和加工效率。

通過以上改造，輥套加工時間由6 h減少到2 h以內(nèi)，加工效率提高兩倍以上；內(nèi)孔加工精度偏差≤0.03 mm，表面粗糙度由R a 6.3μm提高到R a 3.2 μm，完全實現(xiàn)了輥套內(nèi)孔的互換性加工。

加工操作時，將普通小車刀改為可調(diào)式機夾刀桿刀片，能明顯節(jié)約磨刀時間及調(diào)整內(nèi)孔尺寸時間；同時，更換不同的中拖板上夾持工裝，可滿足多種長通孔件的批量加工。