如何提高大型數控立車加工效率

摘 要：隨著科技發展，大型數控立車在我國制造行業得到越來越廣泛的應用。在汽輪機行業，它不僅解決了普通機床難以解決的加工難題，而且提高了加工精度和生產效率。大型數控設備加工的同時，也對加工工藝和刀具設計提出了許多新的、更高的要求。為使大型數控立車更好地發揮作用，同時提高汽輪機加工精度，本文結合汽輪機加工實例，針對加工中相關因素進行分析，總結出合理的數控立車加工方法。

關鍵詞：機械加工；數控立車；汽輪機

1 如何提高數控立車的效率

目前，制造行業對數控立車有兩方面的要求，一是具有加工的高精度，另一個是制造過程中具有較高的生產效率。數控立車加工精度高，X軸、Z軸均為全閉環幾何軸，機械傳動由高精度滾珠絲杠完成，工作狀態穩定，機床精度、重復定位精度高。由于機床操作者操作經驗不足，數控立車雖然加工柔性比普通車床優越，但就汽輪機零件的生產效率而言，與普通車床差別不大。因此，為了降低制造成本，提高數控立車的效率便成汽輪機制造廠家的重中之重，而合理運用編程技巧，掌握數控立車的機床特性，對提高加工效率具有意想不到的效果。

1.1 靈活設置停刀參考點

數控車床共有X、Z兩個幾何軸，汽輪機汽缸的幾何中心為坐標系原點，刀具接近工件時，坐標值減小，稱之為進刀；反之，坐標值增大，遠離工件，稱為退刀。當刀具退到安全位置，此點方便進退刀，同時有利于更換刀片，此位置稱為停刀參考點。參考點是編程中一個非常重要的概念，每執行完一次自動循環，刀具都必須返回到這個位置，準備下一次循環。因此，在執行程序前，必須調整刀具相對工件的實際位置。由于汽輪機汽缸內部結構復雜，選擇合理的退刀點非常關鍵，空行程太長，浪費加工時間；太近，機床快速進刀時，刀具與工件可能產生碰撞。同時，停刀參考點的實際位置并不是固定不變的，編程人員可以根據工件的直徑、工件的外形、所用的刀具的種類等調整停刀參考點的位置，能夠有效縮短刀具的空行程，從而提高效率。

1.2 減少刀具空行程

空行程是指刀具接近工件和切削完畢后退回停刀點所運行的距離。汽輪機前汽缸、中汽缸外形尺寸大，在車內腔尺寸時，機床的空行程較長，以50MW背壓式汽輪機前汽缸為例，垂直法蘭面至汽封槽的距離2600mm。只要減少刀具空行程，合理設計退刀點，就可以提高機床的運行效率。例如，加工汽輪機前汽缸時，加工各隔板槽時，就需要考慮以下幾點：（1）對工件圖紙進行計算分析，確定刀具的裝夾長度，機床橫梁的調整高度，機床橫梁高度很關鍵，在滿足換刀的情況下盡可能調低橫梁高度，否則滑枕懸出較長，切削時刀桿剛度差，影響加工精度；（2）進行合理編程，通過Z、X對刀基準，確定刀具編程加工尺寸，通過一次對刀，可以完成各個槽的加工，避免操作者加工每槽時都需要調整刀具，提高加工精度。普通立車加工時每槽都需要測量，加工中重復對刀，每次人為占機操作都會產生對刀誤差、尺寸累計誤差，最終影響產品精度。通過數控立車就可以將刀具的空行程控制在最小范圍內、避免每個隔板槽對刀，從而提高機床加工效率。

1.3 優化選刀，延長刀具壽命

汽輪機汽缸結構千變萬化，每個型號汽輪機都需要配備一套刀具。針對這種情況，為了減少刀具數量和優化刀庫，建議將通用刀具按照順序擺放，專業刀具做好標簽，定置擺放。由于刀具自身幾何形狀的差異導致不同刀具在剛度、強度方面存在較大差異，例如內圓刀與切斷刀之間。如果在編程時不考慮這些差異。用剛度弱的刀具承受較大的切削載荷進行粗加工，就會導致刀具的非正常磨損甚至損壞，而零件的加工質量達不到要求，甚至出現挖到等加工缺陷。因此編程時必須分析零件結構，用強度、剛度較高的刀具承受較大的切削載荷，用強度、剛度小的刀具承受較小的切削載荷，粗車刀、精車刀采用合理的切削用量，減少磨刀及更換刀具的次數，延長刀具的使用壽命，提高生產效率。

2 合理的加工方案

2.1 工件的裝夾

工件的裝夾主要由卡爪對工件進行加緊，增加輔助支撐來增強工件的剛度。汽輪機屬于不規則工件，其幾何重心較難確定，需要操作者多年的摸索實踐。特別是前汽缸汽封段向下，工件上大下小，重心較高，裝夾方案不合理將導致工件加工過程產生高頻振動，精加工刀具由于硬度較高，非常容易崩刃，影響表面粗糙度和加工尺寸。工件的裝夾缺陷將導致較多不利因素。

汽輪機前汽缸，在常規的裝夾方法情況下，需要選擇較好的輔助支撐。輔助支撐點選好后，采用壓板對該點進行壓緊固定，壓緊力大小適中，過大導致工件變形。在加工時，由于工件高度達到2800mm，通過在汽缸本體焊接裝夾搭子，作為壓板支點。當加工完成后，在鏜床上將焊接搭子銑掉，鉗工打磨平整。

2.2 工件的找正

工件的找正是保證加工精度的關鍵因素，保證工件的幾何中心與工作臺的回轉中心重回。為了提高校正精度，與前道工序基準統一，汽輪機前汽缸、中汽缸在上道工序加工時，建議加工校正圓和校正平面。在數控鏜床精銑中分面時，精銑完成后，以水平中分面將工件校平，以垂法蘭面將工件校正，將貓爪面銑平，水平中分面為中心，精銑校正平面和校正內圓。通過這樣，車床在校正工件時，能夠大大的節約校正時間，校正精度較常規方法提高很多。

2.3 合理控制加工余量

控制每道工序的加工余量，能夠有效縮短產品的生產周期。一般應把毛坯上過多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工，數控立車進行半精加工和精加工。如必須用數控立車加工時，則需注意程序的合理編制，控制每刀的加工余量。

工件加工余量需要合理控制，如果余量較大，加工負荷增大，需要對工件進行多次切削，影響加工效率；精加工余量留的較少，在精加工時，半精加工的刀紋無法完全消除，影響表面粗糙度。汽輪機前汽缸、中汽缸半精加工時，在直徑上留精加工余量1mm，平面留精加工余量0.5mm。

3 合理利用機床優勢精度

合理發揮機床優勢功能，即提高機床的生產效率和產品加工精度。有的數控立車在方枕端部裝有動力頭，可以完成工件的鏜銑加工。作為一名數控機床操作者，必須充分掌握機床，了解機床的加工特性，才能夠在加工過程中充分發揮機床優勢精度，選用有利于保護機床精度的加工方案。

數控立車本身重量較大，受自身重力的影響，機床在長期快速啟動或者快速停止，導致機床精度受到影響，影響機床的使用壽命。為了提高加工效率同時保護機床精度，在編寫程序時合理調用G0指令，主程序啟用G64功能，在各進給軸啟停時，機床有一個緩沖。在手動執行機床空行程時，禁止在高速運行時緊急停車。

數控立車加工的產品類型為回轉體類零件，當車削工件平面時，精加工余量控制在0.5-0.9mm之間，表面粗糙度能夠達到Ra1.6～3.2μm。鏜床適應箱體類零件加工，在加工平面時，精加工余量控制0.015-0.04mm之間，表面粗糙度能夠達到Ra0.8～1.6μm。這就是機床特性對加工零件的影響。

4 結束語

通過對上述大型數控立車加工因素的分析，結合汽輪機行業加工實踐經驗，能夠較大的提高生產效率，保證產品質量。最大化的發揮數控立車的加工優勢，降低企業的制造成本，同時對同行加工有一定的借鑒作用。

參考文獻

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作者簡介：高永江（1981，11-），男，身份證號：410727198111094

419。職務職稱：高級工程師，主要研究方向：汽輪機大件機械加工數控編程及操作。