數控刀具系統在型鋼軋輥加工中的研究與應用

田長君

（石橫特鋼集團有限公司，肥城 271612）

1 數控刀具系統在型鋼軋輥加工中的研究與應用

1.1 數控機夾刀桿支承系統的設計

公司型鋼產品規格大，軋輥孔型較深，加工時刀桿伸出長度較長（100～150mm），刀具剛性不足，加工時只能選擇較小的切削用量，嚴重影響加工效率，產品的加工質量也無法保證。為改善這種情況，設計刀桿支承工裝（見圖1）：在刀架前面用螺栓把合焊接而成的支承板，支承板上設計有導向鍵，螺桿通過導向鍵調整前后支承位置，通過螺旋支承調整支承高度。這樣，前后支承位置及高度均可根據實際生產需要調節，有效避免了刀具前端懸空，增強了刀具剛性。此工裝使用后效果良好，單邊切削深度由2mm提高到5mm，同時降低了孔型表面振紋，有效確保產品質量，改善加工效率。

圖1 刀桿支承系統示意圖

1.2 數控機夾刀具系統的優化組合

公司型材產品共13個品種，30多種規格，數控軋輥機床廠家推薦了11種標準刀片、35種標準刀桿用于車削型鋼孔型。這些刀片、刀桿品種多，通用性差，庫存費用高，嚴重超出車間的庫存費用，同時對操作人員正確選用數控刀具要求較高。因此，應對所有型鋼軋輥孔型進行對比和分類，同一類型或尺寸相近的孔型采用相同規格刀具；同時，在滿足使用要求的前提下，盡量減少刀片品種，通常3～5種刀片就能滿足數控加工使用要求。

選用刀具時，應遵循以下原則。（1）根據軋輥材質合理選擇刀片材質。公司軋輥粗軋軋輥為合金半鋼（AD160I）及鑄鋼材質，精軋軋輥材質為合金珠光體球鐵I、II。根據軋輥材質特性及反復車削試驗，選用立方氮化硼（PCBN）刀片加工合金半鋼及珠光體材質軋輥，用涂層刀片加工鑄鋼材質軋輥。（2）根據加工工藝路線合理選擇刀片。粗車時，選用耐磨性、抗沖擊性強的刀片，去除加工余量，選用φ20/φ18/φ15等大直徑圓弧刀片，刀片切削刃選擇15°倒棱、倒角約R1，保證刀片的抗沖擊性能。精車時，選用高紅硬性、高耐磨性的刀片，選用φ12、φ9.525、φ5等小直徑圓弧刀片，刀片倒角選擇R0.3左右，刀刃鋒利、吃刀阻力小。

（3）根據軋輥孔型特點選擇刀桿種類。型鋼軋輥孔型復雜且形狀各異，孔型斜面及圓弧面類型多樣，刀桿選擇難度較大。根據孔型深度、斜面角度、過渡圓弧大小對孔型進行分類整合，同一類型或相近孔型用同種刀具來加工，有效減少刀桿種類（見圖2）。

圖2 數控車削型鋼軋輥孔型示意圖

通過多次車削試驗，對原有刀具系統進行優化組合，重新設計了型鋼軋輥專用刀具系統，如圖3所示。目前，只需5種刀片（φ9.525、φ12、φ15、φ18PCBN刀片、φ16涂層刀片）、11種刀桿（中置刀桿、中置4.5°刀桿、中置6.5°刀桿等）之間靈活搭配，就能滿足型材軋輥孔型加工需求，刀片與刀桿之間通用性、互換性較好。

原廠家設計機夾刀桿為整體結構，存在較多問題。一是刀頭定位孔受熱變形，刀頭刀桿之間產生間隙，刀頭無法有效定位，加工精度無法保證；二是車削過程中承受切削熱，定位錐孔體處開裂，刀頭擺動，瞬時切削量過大，導致刀桿、刀頭損壞，整體結構刀桿只能報廢。

圖3 數控機夾刀桿與機夾刀片優化組合

因此，對刀桿結構進行優化，在刀片下部增加了定位合金刀墊（見圖4），受力過大時，只損壞刀墊，一般只需更換刀墊即可，費用只有10元左右，刀桿整體壽命提高了兩倍以上。

圖4 中置機夾刀桿結構形式優化示意圖

1.3 清根刀具結構的優化

目前，公司型材軋輥孔型260多種，部分孔型尺寸為尖角或R5以下圓弧角，數控加工效率較低，通常采用成型清根刀具加工（如圖5所示），需要清根刀具100余種。這些清根刀具品種繁多，通用性差，庫存費用高。操作人員選用清根刀具時容易混淆，易產生質量隱患。其次，原清根刀具為焊接型式，合金刀片易崩刃，壽命短，無法修復使用。

通過多次試驗，對現用清根刀具進行了優化組合，將相同角度的清根刀具合并，并在刀具上標注角度；同時，與型材設計人員協商，將多種相近尺寸孔型的矯直輥的尖角R弧尺寸優化統一為一種。加工軋輥或矯直輥時，只需要根據孔型加工數控用圖、孔型對刀樣板，便可正確選用清根刀具。

同時，針對刀具不耐用的問題，借鑒棒材軋輥刀具型式，將刀具改為粘接型式，刀具壽命提高一倍以上，并且利于再次修復使用（見圖6）。還有一種是采用機夾刀片型式，僅需更換刀片、刀墊即可，方便快速。

圖5 清根刀具切削加工示意圖

圖6 清根刀具結構型式優化示意圖

2 結語

數控加工技術在型鋼軋輥加工中的應用，不僅有效提高了軋輥加工質量，而且還為軋輥材料的不斷升級創造了條件，有效降低型鋼廠的軋輥消耗。通過對數控加工中刀具系統的優化組合、刀具結構的優化設計、輔助工裝設計，改善刀具通用性、互換性，有效提高刀具剛性，降低刀具消耗，提高軋輥加工效率，確保型鋼產品的質量。