數控車床在型鋼軋輥孔型加工中的應用

尹寶慧

（秦皇島市國陽鋼鐵有限公司，河北 秦皇島 066000）

在熱軋型鋼的生產過程中，良好的孔型系統及配輥形式對提高產品幾何尺寸精度、表面質量、力學性能以及降低軋輥和電能的消耗具有十分重要的作用。隨著科學技術水平和社會生產力的不斷發展，對產品質量和生產率提出的要求也越來越高。因此，提高軋輥的加工質量和加工效率是生產發展的必然要求[1]。采用傳統的普通軋輥車床已經難以適應現階段型鋼軋輥孔型高質量、高效率的加工要求。近年來我公司對多種軋輥孔型運用高精度數控車床進行加工，在產品質量和生產率方面取得了明顯的成效。

1 普通軋輥車床加工軋輥的流程及存在的問題

1.1 普通軋輥車床加工軋輥的流程

以H 型鋼三輥開坯斜軋孔型為例，其結構特點和裝配形式如圖1 所示。每條軋輥由多個孔型和止推輥環構成，具有截面形狀復雜、局部尺寸小、切入深度大、位置尺寸關聯性強等特點。軋輥在加工完成并按設計輥縫裝配好之后，要求上、中、下三條軋輥的所有孔型全部對齊，并與設計尺寸相符，同時所有相鄰止推輥環端面全部重合，斜度也全部相同，并且相對位置也要準確一致。普通軋輥車床在加工此類型軋輥孔型時，基本上采用的都是成型加工法[2]，主要流程為：首先用電火花線切割機制作好磨刀樣板和驗輥樣板，接著對照各個孔型的磨刀樣板分別磨制出專用成型刀，然后依據軋制工藝配輥圖的數據，借助刻度尺劃線進行軸向定位，接著開始荒車，之后再用各孔成型刀逐個車削中輥孔型，同時利用相應驗輥樣板反復進行對照校驗，在中輥加工完成后再分別對車與之配套使用的上輥和下輥。

圖1 H 型鋼三輥開坯斜軋孔型裝配形式

1.2 普通軋輥車床加工軋輥存在的問題

1）成型刀是對照磨刀樣板手工磨制而成，對操作者的經驗和熟練度依賴性強，并且只能通過肉眼觀察和判斷，無法用數據衡量具體的準確程度，存在尺寸精度低、穩定性差的問題，而且對于一些斷面特殊復雜的孔型，即使是經驗豐富的熟練工人也難以磨出與樣板相符的成型刀。

2）軸向定位不準。采用人工劃線和對輥車削的方法，不能嚴格保證孔型定位與配輥圖的數據相符，人為控制因素太大，具有不確定性，而且不能保證多次加工的一致性，只能配對使用，沒有互換性。另外，在裝配時也難以保證相鄰止推輥環端面全部同時重合，軸向作用力集中，容易發生掰輥環的事故。

3）輥身光潔度差。由于成型刀接觸面積大，切削刀刃粗糙，容易產生震紋，且主軸轉速很低，接刀痕跡明顯，導致軋輥孔型表面較粗糙，加工質量差。

4）加工品種更換不靈活，不能適應產品多變的要求，軋輥加工周期長，嚴重制約新產品的開發和推向市場的時間，且加工效率低，勞動強度大。

2 數控車床加工軋輥的流程及優勢

2.1 數控車床加工軋輥的流程

數控車床在加工軋輥孔型時，采用的是數控程序控制刀具加工的方法[3]，主要流程為：繪制軋輥孔型加工圖紙→計算機軟件自動編程→生成G 代碼并導入數控車床→數控車床操作加工（裝夾→找正→安裝刀具→對刀→調出程序→運行程序→樣板檢驗）。

2.2 數控車床加工軋輥的優勢

1）可以精確地加工各種復雜的孔型，軸向定位準確，加工一致性高，具有很好的互換性，且輥身表面光潔度好。

2）無需對輥車削，配套軋輥可以在多臺數控車床上同時加工，明顯縮短加工周期，更利于新產品開發，對市場需求能做出快速反應。

3）刀具的通用性好，種類和數量少，縮短了加工孔型時頻繁拆裝刀具的時間，同時也節約了刀具的開支，而且車間分類管理也十分簡便。

4）操作方便，更換品種靈活，可實現自動化加工，減少人為控制因素的影響，降低了工人勞動強度，提高了加工效率，并且加工質量穩定性好。

3 數控車床的改造及應用

3.1 數控車床的改造

由于型鋼軋輥孔型具有局部尺寸小、切入深度大等特點，加工時刀桿頭部需要伸出比較長的距離，因而導致刀桿前端剛性不足，加工時只能設定較小的車削進給量，嚴重影響軋輥的加工質量和加工效率。為了改善這種狀況，我公司對原數控車床的裝配式刀架和刀座進行了整體改造。刀架和刀座改造前后的結構形式如圖2 所示。

圖2 刀架和刀座改造前后的結構形式

改造后刀架可安裝的最大刀桿截面尺寸由原來的45 mm×45 mm 變為70 mm×80 mm，且刀桿前端方便安裝支撐桿[4]，使其強度明顯提高，軋輥的加工質量和加工效率得到了明顯改善。

3.2 數控車床在軋輥加工中的應用

3.2.1 制定加工方案

在加工型鋼軋輥孔型時，要兼顧考慮加工精度、加工效率、加工成本、操作方式等因素，經過多次車削試驗，確定采用粗車→半精車→精車→（清根）的工序進行加工。粗車、半精車和精車工序一致使用相同的機夾式刀桿，刀桿一次裝夾到位，減少輔助時間和定位誤差，加工過程中只需進行刀片的調位與更換。粗車采用線性往復切削的方式對軋輥孔型進行高效率地粗加工，半精車采用僅向下的加工方式來修整軋輥輪廓和控制加工余量，精車采用全部精加工的方式用以保證軋輥的尺寸精度、定位精度和表面質量。如果槽底寬度小于刀片直徑或過渡內圓弧半徑小于刀片半徑，再采用清根工序進行最終加工。

3.2.2 選擇合適的加工刀具

綜合考慮孔型深度、槽底寬度、斜面角度、過渡圓弧大小、整體加工效率、刀具通用性等因素，粗車、半精車和精車工序選用頭部加長的中置孔型機夾式刀桿[5]。刀片材質的選擇要根據軋輥材質特性來確定，加工半鋼及球墨鑄鐵軋輥選用立方氮化硼刀片，加工合金鑄鋼或鍛鋼軋輥選用硬質合金涂層刀片。立方氮化硼刀片主要選用Φ15.875 mm 和Φ19.05 mm兩種規格型號，硬質合金涂層刀片主要選用Φ16 mm和Φ20 mm 兩種規格型號。清根工序要根據不同軋輥孔型的具體位置和尺寸等情況來靈活選用合適的清根刀具。

3.2.3 計算機軟件自動編程

在數控車削加工中，一般運用UG NX、Mastercam、CAXA 數控車或其它CAD/CAM 軟件來實現自動化編程[6-7]。其相對于手工編程而言，效率明顯提高，而且簡單、直觀，不易出錯，精確度更高，尤其適用于復雜輪廓的加工編程。以UG NX 12.0 為例，自動編程的步驟為：導入軋輥加工圖并創建加工模型→創建工序→創建刀具→創建幾何體（即加工坐標系、工件幾何體和毛坯幾何體）→創建加工操作→生成刀路軌跡并模擬檢查→后處理生成NC 程序→將程序輸入數控車床。

4 結語

近年來，秦皇島市國陽鋼鐵有限公司通過數控車床在型鋼軋輥孔型加工中的實際應用，完全解決了普通軋輥車床加工軋輥存在的問題，明顯地提高了軋輥的加工質量和加工效率[8]，同時降低了工人的勞動強度和車間的軋輥消耗，減少了軋機的調整和換輥時間，保證了新產品的及時開發和推向市場，在產品質量和生產率方面取得了明顯的成效。