數(shù)控軋輥車(chē)床選型及其應(yīng)用

王雙泉 胡建軍

摘 要：本文對(duì)如何有效發(fā)揮數(shù)控加工技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高軋鋼廠孔型尺寸精度和光潔度，縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期提出了解決方案，并就方案實(shí)施過(guò)程、實(shí)施效果、以及存在的問(wèn)題、應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：軋輥車(chē)床 孔型 數(shù)控加工 刀具

0前言

隨著杭鋼集團(tuán)公司新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)力度和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，加工精度要求也越來(lái)越高。以往新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)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(duì)照樣板刃磨專(zhuān)用刀具→對(duì)輥加工。尺寸精度高度依賴(lài)于刀具、樣板的制作精度，對(duì)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(kāi)發(fā)加工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，成本費(fèi)用高，嚴(yán)重地制約了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和推向市場(chǎng)的時(shí)間。因此采用新型加工機(jī)械對(duì)于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)顯得非常重要。

1.數(shù)控軋輥機(jī)床的優(yōu)勢(shì)

1.1.可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)床無(wú)法加工的復(fù)雜曲面； 有精度實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)刀補(bǔ)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(wèn)題 。

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

1.3.其精確定位可為軋線(xiàn)上新工藝的應(yīng)用拓寬道路。

2.數(shù)控軋輥機(jī)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(jī)功率

參照現(xiàn)有普通重型軋輥車(chē)床的功率，確定擬購(gòu)車(chē)床電機(jī)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(shí)現(xiàn)加工件較好的表面質(zhì)量，數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速按加工件在“計(jì)算直徑”時(shí)獲得最佳表面質(zhì)量所需的線(xiàn)速度確定。根據(jù)本機(jī)床加工件的計(jì)算直徑φ800mm（通常取機(jī)床“最大加工直徑”的80%），從《現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》中查得最高主軸轉(zhuǎn)速為250r/min）。最低轉(zhuǎn)速主要考慮將來(lái)可能要在該車(chē)床上切削其它零件如蝸桿，蝸桿精車(chē)時(shí)需要高速鋼刀具配合極低的轉(zhuǎn)速以獲得滿(mǎn)意的光潔度，故確定最低轉(zhuǎn)速為3.0 r/min，通過(guò)直流電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)3.0r/min ～250r/min之間的無(wú)級(jí)調(diào)速。

2.4.花盤(pán)最大扭矩

花盤(pán)扭矩是車(chē)床驅(qū)動(dòng)工件進(jìn)行加工的主動(dòng)力，花盤(pán)扭矩值越大刀具能夠?qū)崿F(xiàn)的切深和進(jìn)刀量也越大，是實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工效率的重要參數(shù)，機(jī)床花盤(pán)最大扭矩值可按下式計(jì)算：

T=9550（P-P0）/n

式中：P為主電動(dòng)機(jī)的額定功率P=75Kw

P0 為空運(yùn)轉(zhuǎn)功率 P0 =0.15P

n為主軸計(jì)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(pán)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(jì)算/2）=20/0.4=50 KN （D計(jì)算=0.8×1M）

綜合以上計(jì)算，并結(jié)合實(shí)際需求，確定數(shù)控軋輥車(chē)床主要技術(shù)參數(shù)如下：

主電機(jī)功率75Kw，最大可加工直徑1米，最大可加工長(zhǎng)度6米，花盤(pán)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(qiáng)，有的孔型深有100mm，孔型又窄，相互關(guān)聯(lián)的過(guò)渡圓弧半徑也小，因此先利用普通軋輥車(chē)床進(jìn)行粗車(chē)，再由數(shù)控車(chē)床進(jìn)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(wú)法實(shí)現(xiàn)一次性全程自動(dòng)加工，故根據(jù)孔型的特點(diǎn)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(gè)孔型一個(gè)加工程序，最后采用一把精車(chē)刀，編一個(gè)完整的精加工程序，實(shí)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(jiǎn)化數(shù)控加工編程，避免干涉現(xiàn)象，用錄入加工方式，手動(dòng)操作對(duì)孔型的直徑尺寸進(jìn)行車(chē)削，留精加工余量。在對(duì)孔型進(jìn)行編程時(shí)，根據(jù)所留的余量，采用粗車(chē)循環(huán)CYC95指令，對(duì)每個(gè)孔型進(jìn)行分段編程進(jìn)行加工。有時(shí)為了減小空行程，采用刀具補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)進(jìn)行加工，但都統(tǒng)一留有精車(chē)余量（直徑0.5～1mm，兩側(cè)面0.2～0.3mm）。

3.2.車(chē)刀的選擇

根據(jù)孔型的形狀特點(diǎn)，選擇通用的數(shù)控車(chē)刀來(lái)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(hào)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(chē)刀的軸向?qū)Φ抖家源嗣鏋閷?duì)刀基準(zhǔn)，同時(shí)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(jì)算

孔型的各個(gè)交點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)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(shí)，對(duì)所加工的尺寸進(jìn)行修改，消除加工時(shí)出現(xiàn)由于刀具干涉發(fā)生的程序報(bào)警。

3.6.切削量的合理選用

選用切削量時(shí)主要根據(jù)加工效率以及斷削的實(shí)際情況來(lái)定，精加工時(shí)是以質(zhì)量為原則的，同時(shí)要考慮車(chē)刀在加工中的使用壽命和磨損量對(duì)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(dá)一定周期時(shí)，必須進(jìn)行更換，以防出現(xiàn)崩刃或X軸Y軸驅(qū)動(dòng)器報(bào)警，使自動(dòng)加工停止。

3.6.1.鋼質(zhì)軋輥

半精車(chē)切削用量v=80～100mm/min， ap=4～6mm， f=0.4～0.6mm/n。精車(chē)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(chē)v=25～35mm/min， ap=4～5mm， f=0.2～0.4mm/n。精車(chē)的切削用量v=40～50mm/min，ap=0.2～0.5mm，f=0.3～0.4mm/n。精加工時(shí)，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(jìn)給量下，它的切削速度可達(dá)到v=100mm/min，從而使加工效率得到提高。

開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品用孔型精加工剛下線(xiàn)的軋輥

4.結(jié)語(yǔ)：

目前數(shù)控軋輥車(chē)床已成功運(yùn)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(shí)間，并節(jié)約了刀具的消耗。應(yīng)用數(shù)控軋輥車(chē)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(kāi)發(fā)和組織生產(chǎn)時(shí)間。通過(guò)實(shí)踐同時(shí)也為不同產(chǎn)品提供不同材質(zhì)型鋼軋輥孔型提供了實(shí)質(zhì)性的加工實(shí)例。

作者簡(jiǎn)介：

王雙泉（1960.3-）。胡建軍（1962-），所學(xué)專(zhuān)業(yè)：冶金機(jī)械專(zhuān)業(yè)，目前職稱(chēng)：機(jī)械工程師