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數控軋輥車床選型

文檔作者：王雙泉胡建軍錢獻人張孝洪文檔來源：杭州鋼鐵集團公司設備制造分公司杭		點擊數：	更新時間： 2021年06月02日
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2014年2月 第一期 冶全
數控軋輥車床選型
王雙泉 胡建軍 錢獻人張孝洪
(杭州鋼鐵集團公司設備制造分公司 杭州 310022)
摘要：對如何有效發(fā)揮數控加工技術的柔性化特點，提高軋鋼廠孔型加工的精度和表面光潔度，縮短新
產品開發(fā)周期提出了解決方案，并就方案實施過程、實施效果、以及存在的問題、應對措施進行了
探討。
關鍵詞：軋輥車床；孔型；數控加工；刀具
U 日IJ吾
隨著杭鋼集團公司新產品開發(fā)力度和對產品
質量的要求不斷提高，對軋鋼廠而言，軋輥的品種
和孔型也不斷增加，特別是型鋼產品，孔型日趨復
雜，加工精度要求更高。在前期開發(fā)過程中，軋輥
的孔型加工，主要采用成型刀加工。操作流程為：
加工孑L型樣板一對照樣板刃磨專用刀具一對比加
工或對輥加工。尺寸精度高度依賴于刀具、樣板的
制作精度，對操作者技能要求高，尺寸精度難以掌
控，質量不穩(wěn)定。軋輥表面較粗糙，接刀痕跡明顯。
刀具磨損后難以補償，尺寸難以控制。一種新產品
上市，由于孔型開發(fā)加工時間過長，成本費用高，嚴
重地制約了新產品的開發(fā)和推向市場的時間。開
發(fā)一種新產品花在刀具上的費用約為2(】～30萬
元，每年用于維持生產的刀具費用達100萬元。
1 數控軋輥機床的優(yōu)勢
1)可以精確加工傳統(tǒng)機床無法加工的復雜曲
面，軋槽定位準確，上下軋槽吻合好，可避免由于
軋輥加工不合格引起的應力集中而造成的斷輥現(xiàn)
象。同時避免軋槽定位不準問題。
2)可以實現(xiàn)加工的自動化，生產效率可大幅
度提高，同時可實現(xiàn)多工序的集中加工，減少被加
工件在機床間的頻繁搬運，并實現(xiàn)單件和小批量生
產實現(xiàn)自動化。
3)擁有自動報警，自動監(jiān)控，自動補償等多種
自率功能。
4)其精確定位可為軋線上新工藝的應用拓寬
道路。
2 數控軋輥機床主要參數確定
2．1 最大可加工規(guī)格
目前杭鋼軋輥規(guī)格最大為$86o×1810，考慮留
有適當余地，確定可加工的最大規(guī)格為~1ooo×
6000。
2．2 主電機功率
參照現(xiàn)有普通重型軋輥車床的功率，確定擬購
車床電機功率為75kW。
2．3 主軸最高、最低轉速
主軸轉速是影響加工件表面質量的重要參數，
轉速越高就越容易實現(xiàn)加工件較好的表面質量，數
控機床主軸轉速按加工件在“計算直徑”時獲得最
佳表面質量所需的線速度確定。根據本機床加工
件的計算直徑+800ram(通常取機床“最大加工直
徑”的80％)，從《現(xiàn)代實用機床設計手冊》中查得最
高主軸轉速為250r／min)。最低轉速主要考慮將來
可能要在該車床上切削其它零件如蝸桿，蝸桿精車
時需要高速鋼刀具配合極低的轉速以獲得滿意的
光潔度，故確定最低轉速為3．0 r／min，通過直流電
機來實現(xiàn)3．Or／min～250r／min之間的無級調速。
2．4 花盤最大扭矩
花盤扭矩是車床驅動工件進行加工的主動力，
花盤扭矩值越大刀具能夠實現(xiàn)的切深和進刀量也
2 ，l}全 2014年2月 第一期
越大，是實現(xiàn)機床加工效率的重要參數，機床花盤
最大扭矩值可按下式計算：
T=9550rP—Po)／n
式中：P為主電動機的額定功率P=75kW
Pn為空運轉功率Po=0．15P
n 為主軸計算轉速n=nmi (n ／n i )。·
將n一=250r／min、n i =3 r／min代人，
則n：3(250／3)o．ss 34
于是得出花盤扭矩
T=9550(75—75 X 0．15)／34 18kNM，取最大
扭矩T=20 kNM
最大切削力F=T／(Df~／2)=20／0．4=50 kN
(D計算=0．8 X 1M)
綜合以上計算，并結合實際需求，確定數控軋
輥車床主要技術參數如下：
主電機功率75kW，最大可加工直徑lm，最大
可加工長度6m，花盤扭矩不小于20kNM，切削力不
小于50kN。
3 軋輥孔型的加工工藝
軋輥的所承受的軋制力大，集中作用于輥身中
部輥身上，承受交變彎曲應力，必須要求軋輥具有
良好的強韌性、耐磨性能和抗沖擊性能及抗裂紋性
能，一般為無限冷硬鑄鐵軋輥、高鉻高鎳鉻軋輥、
特殊合金鑄鋼軋輥或含硼高速鋼軋輥。由于工件
材質偏硬，給車削工序帶來一定困難。
型鋼軋輥孔型具有斷面復雜，軋輥的孑L型位置
尺寸關聯(lián)性強，有的孔型深有100ram，孔型又窄，相
互關聯(lián)的過渡圓弧半徑也小，建議利用普通軋輥車
床進行粗車，數控車床代替普通軋輥車床進行精加
工。
3．1 數控編程
數控編程是指被加工工件按照圖樣尺寸及技
術要求、工藝要求將零件按照數控加工的工藝順序
進行工藝安排，利用刀具相對于工件運行的軌跡進
行合理的編程，從而實現(xiàn)零件的自動化加工。但由
于受到刀具的限制一支軋輥的孔型加工無法實現(xiàn)
一整套完整的全程自動加工。根據孔型的特點和
所留的加工余量，采用分一總一分的加工編程方
法，先分段編程即一個孔型一個加工程序，最后采
用一把精車刀，編一個完整的精加工程序，完成整
個軋輥孔型的精加工，以保證孔型的尺寸位置精
度。
為簡化數控加工編程，使刀具不會產生碰撞與
干涉，用錄入加工方式，手動操作對孔型的直徑尺
寸進行車削，留精加工余量。在對孔型進行編程
時，根據所留的余量，采用粗車循環(huán)CYC95指令，對
每個孔型進行分段編程進行加工。有時為了減小
空行程，采用刀具補償的方式來進行加工，但都統(tǒng)
一留有精車余量(直徑0．5～lmm，兩側面0．2～
0．3mm)。
3．2 車刀的選擇
數控加工主要是柔性化的輕載切削，數控刀具
裝夾定位精度高，誤差小，換刀頭方便。復雜的型
面采用通用刀具利用數控技術就可完成加工，因此
根據孔型的形狀特點，選擇通用的數控車刀就可以
完成弧形履帶板的孔型加工，如下圖所示。
半箱圭
櫧車刀
走月路線
圖1 履帶板的孔型加工示意圖
3．3 刀頭的選用
涂層刀具的斷屑槽與硬質合金夾固式刀片，以
及焊接刃磨的刀具相比，采取了一些利于斷屑的技
術措施，角度變化更多，從而使切屑更易折斷并保
護刀片。涂層刀具綜合性能良好，通用性強，一種
涂層硬質合金刀片是有較寬的使用范圍。在加工
中建議使用山特維克的涂層刀具，牌號有(鋼：
4215，冷硬鑄鐵：3210)，刀片形狀有：35。、55。、80。菱
形刀片，R5、R6圓形刀片。
3．4 定位基準的確立
由于一支軋輥上很多孔型，加工時要用到不同
的刀具，為了保證孔型的加工尺寸精度和相關聯(lián)的
位置，應確立軋輥的一端為定位基準面，車刀的軸
向對刀都以此面為對刀基準，同時也是數控編程的
起始軸向基準。裝夾采用雙頂尖配四爪，四爪松緊
適當，尾座的頂尖壓力要達到規(guī)定數值。
3．5 編程工藝數值的計算
孔型的各個交點和節(jié)點的數值先利用CAD軟
，
2014年2月 第一期 數控軋輥車床選型 3
件，在電腦中完成這些數值的捕捉，當使用的刀具
它的刀尖半徑跟孔型尺寸相沖突時，對所加工的尺
寸進行修改，消除加工時出現(xiàn)由于刀具干涉發(fā)生的
程序報警。
3．6 切削量的合理選用
選用切削量時主要根據加工效率以及斷削的
實際情況來定，精加工時是以質量為原則的，同時
要考慮車刀在加工中的使用壽命和磨損量對加工
精度的影響。在使用山特維克刀具時，切削用量一
般都選在以下范圍內。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)或時間時，一定要進行更換，以防出
現(xiàn)崩刃或x軸Y軸驅動器報警，使自動加工停止。
3．6．1 鋼質牟L輥
半精車切削用量v=80～100mm／min，印=4—
6mm，f=0．4 0．6mm／n。精車的切削用量v=100
— 120mm／min，印=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v=25～35rnm／min，印=4—
5mm，f=0．2～0．4mm／n。精車的切削用量v=40—
50ram／rain，ap 0．2—0．5mm，f=0．3～0．4mm／n。
精加工時，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給量下，它的切削
速度可達到v：100mm／min，從而使加工效率得到
提高。
圖2 開發(fā)新產品孔型精加工剛下線的軋輥
4 結語
目前數控軋輥車床已成功運用于履帶板孑L型
加工，由于轉換了加工方式，減少了孔型加工的準
備輔助時間，并節(jié)約了刀具的消耗。應用數控軋輥
車床可以使孔型尺寸更加精準、輥面光潔度更高，
提高了加工質量和效率，由于采用通用刀具取代整
體成型刀具，大大縮短了開發(fā)和組織生產時間。通
過實踐同時也為不同產品提供不同材質型鋼軋輥
孔型提供了實質性的加工實例。
收稿日期：2013—02—27
審稿：梁 監(jiān)淼
編輯：魏海青
編輯部聲明
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