数控轧辊车床选型及其应用

王双泉 胡建军

摘 要：本文对如何有效发挥数控加工技术优势，提高轧钢厂孔型尺寸精度和光洁度，缩短新产品开发周期提出了解决方案，并就方案实施过程、实施效果、以及存在的问题、应对措施进行了探讨。

关键词：轧辊车床 孔型 数控加工 刀具

0前言

随着杭钢集团公司新产品开发力度和对产品质量的要求不断提高，加工精度要求也越来越高。以往新产品的开发过程中，轧辊的孔型加工主要采用成型刀加工，操作流程为：加工孔型样板→对照样板刃磨专用刀具→对辊加工。尺寸精度高度依赖于刀具、样板的制作精度，对操作技能要求高，质量不稳定，轧辊表面较粗糙，接刀痕迹明显，尺寸难以控制。一种新产品上市，由于孔型开发加工时间过长，成本费用高，严重地制约了新产品的开发和推向市场的时间。因此采用新型加工机械对于新产品的开发显得非常重要。

1.数控轧辊机床的优势

1.1.可实现传统机床无法加工的复杂曲面； 有精度实时监控、自动刀补等多种功能；尺寸精度和表面光洁度高，可有效避免孔型定位不准问题 。

1.2.能实现自动化加工， 生产效率大幅度提高，同时可实现多工序的集中加工、批量自动化生产。

1.3.其精确定位可为轧线上新工艺的应用拓宽道路。

2.数控轧辊机床主要参数确定

2.1.最大可加工规格

目前杭钢轧辊规格最大为￠860×1810，考虑留有适当余地，确定可加工的最大规格为￠1000×6000。

2.2.主电机功率

参照现有普通重型轧辊车床的功率，确定拟购车床电机功率为75Kw。

2.3.主轴最高、最低转速

主轴转速是影响加工件表面质量的重要参数，转速越高就越容易实现加工件较好的表面质量，数控机床主轴转速按加工件在“计算直径”时获得最佳表面质量所需的线速度确定。根据本机床加工件的计算直径φ800mm（通常取机床“最大加工直径”的80%），从《现代实用机床设计手册》中查得最高主轴转速为250r/min）。最低转速主要考虑将来可能要在该车床上切削其它零件如蜗杆，蜗杆精车时需要高速钢刀具配合极低的转速以获得满意的光洁度，故确定最低转速为3.0 r/min，通过直流电机来实现3.0r/min ～250r/min之间的无级调速。

2.4.花盘最大扭矩

花盘扭矩是车床驱动工件进行加工的主动力，花盘扭矩值越大刀具能够实现的切深和进刀量也越大，是实现机床加工效率的重要参数，机床花盘最大扭矩值可按下式计算：

T=9550（P-P0）/n

式中：P为主电动机的额定功率P=75Kw

P0 为空运转功率 P0 =0.15P

n为主轴计算转速 n=nmin（nmax/nmin） 0.55将nmax=250r/min、nmin=3 r/min代入，则n=3（250/3）0.55≈34

于是得出花盘扭矩T=9550（75-75×0.15）/34≈18KNM，取最大扭矩T=20 KNM

最大切削力F=T/（D计算/2）=20/0.4=50 KN （D计算=0.8×1M）

综合以上计算，并结合实际需求，确定数控轧辊车床主要技术参数如下：

主电机功率75Kw，最大可加工直径1米，最大可加工长度6米，花盘扭矩不小于20KNM，切削力不小于50KN。

3.轧辊孔型的加工艺

型钢轧辊孔型具有断面复杂，轧辊的孔型位置尺寸关联性强，有的孔型深有100mm，孔型又窄，相互关联的过渡圆弧半径也小，因此先利用普通轧辊车床进行粗车，再由数控车床进行精加工。

3.1.数控编程

由于受到刀具的限制一支轧辊的孔型加工无法实现一次性全程自动加工，故根据孔型的特点和预留的加工余量，采用分——总——分的加工编程方法，先分段编程即一个孔型一个加工程序，最后采用一把精车刀，编一个完整的精加工程序，实现整支轧辊所有孔型的精加工，确保孔型的尺寸、位置精度。

为简化数控加工编程，避免干涉现象，用录入加工方式，手动操作对孔型的直径尺寸进行车削，留精加工余量。在对孔型进行编程时，根据所留的余量，采用粗车循环CYC95指令，对每个孔型进行分段编程进行加工。有时为了减小空行程，采用刀具补偿的方式来进行加工，但都统一留有精车余量（直径0.5～1mm，两侧面0.2～0.3mm）。

3.2.车刀的选择

根据孔型的形状特点，选择通用的数控车刀来完成弧形履带板的孔型加工，如下图所示。

履带板的孔型加工示意图

3.3.刀头的选用

涂层刀具综合性能良好，使用范围较宽，因此选择涂层刀具，本案选择的牌号有4215、3210（分别适用于钢、冷硬铸铁），刀片形状有35°、55°、80°菱形刀片，R5、R6圆形刀片。

3.4.定位基准的确立

为了保证孔型的加工尺寸精度和相关联的位置，应确立轧辊的一端为定位基准面，车刀的轴向对刀都以此面为对刀基准，同时也是数控编程的起始轴向基准。

3.5.编程工艺数值的计算

孔型的各个交点和节点的数值先利用CAD软件，在电脑中完成这些数值的捕捉，当刀具的刀尖半径跟孔型尺寸相冲突时，对所加工的尺寸进行修改，消除加工时出现由于刀具干涉发生的程序报警。

3.6.切削量的合理选用

选用切削量时主要根据加工效率以及断削的实际情况来定，精加工时是以质量为原则的，同时要考虑车刀在加工中的使用寿命和磨损量对加工精度的影响。为了防止出现非正常消耗，在刀片使用到一定的磨损量（后刀面出现0.6mm以上磨损平面）或达一定周期时，必须进行更换，以防出现崩刃或X轴Y轴驱动器报警，使自动加工停止。

3.6.1.钢质轧辊

半精车切削用量v=80～100mm/min， ap=4～6mm， f=0.4～0.6mm/n。精车的切削用量v=100～120mm/min，ap=0.2～0.5mm，f=0.3～0.4mm/n。

3.6.2.冷硬铸铁轧辊

切削用量半精车v=25～35mm/min， ap=4～5mm， f=0.2～0.4mm/n。精车的切削用量v=40～50mm/min，ap=0.2～0.5mm，f=0.3～0.4mm/n。精加工时，还可以选用整体式陶瓷刀片和立方氮化硼刀片，在相同的切削深度和进给量下，它的切削速度可达到v=100mm/min，从而使加工效率得到提高。

开发新产品用孔型精加工刚下线的轧辊

4.结语：

目前数控轧辊车床已成功运用于履带板孔型加工，由于转换了加工方式，减少了孔型加工的准备辅助时间，并节约了刀具的消耗。应用数控轧辊车床可以使孔型尺寸更加精准、辊面光洁度更高，提高了加工质量和效率，由于采用通用刀具取代整体成型刀具，大大缩短了开发和组织生产时间。通过实践同时也为不同产品提供不同材质型钢轧辊孔型提供了实质性的加工实例。

作者简介：

王双泉（1960.3-）。胡建军（1962-），所学专业：冶金机械专业，目前职称：机械工程师