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雙刀車削在數（shù）控立式車床上的應用

2023-3-21 來源：甘肅酒（jiǔ）鋼（gāng）集團西部重工股份（fèn）有限公司作者：寇建昌毛華

摘要：有效應用雙刀車削，是（shì）數控立式車床的重要選（xuǎn）擇，也是數控立式機（jī）床未來的（de）發展方向。基於此，在數控立式車床中，應探討雙刀車削的優（yōu）勢和（hé）具（jù）體應用，為生產（chǎn）工作的有（yǒu）序進行提供有力支持。本研究針對工件（jiàn）的材質以及性能，結合工件結（jié）構以（yǐ）及立式車床（chuáng）規格提出了雙刀車削的方法，並結合工件形狀和（hé）具體尺寸編製車削（xuē）過程數控加工程序，有效提高了工件車削效率。

關鍵詞：雙刀車削；數控立式車床；應用（yòng）

1、研究意義

裝備製造業反映了一個國家的國防科技實力與國民（mín）經濟實力。隨著現代工業的迅猛發展，一方麵，汽車、船舶、航天航空等上（shàng）遊（yóu）產業有強烈需求；另（lìng）一方麵（miàn），各企業也麵（miàn）臨著產（chǎn）品的升級換代，需提升產品的技術水平並拓寬（kuān）服務領域。在此機（jī）遇（yù）下，應當抓住機會，提升我國裝備製造能力。國內數控（kòng）機床的研究起步較晚（wǎn），特別是智能化、專業化的大型高端數控裝（zhuāng）備與國外的差距更為明顯（xiǎn），多數以立式或臥式數控車床、加（jiā）工中心等單機的形式為主，並普遍存在（zài）加工精度不穩定等技術缺（quē）陷（xiàn）。與此同時（shí），部分技術人員在設計過程中局（jú）限（xiàn）於傳統（tǒng）的經驗，沒有從優化的角度進行充（chōng）分研究，導致設計（jì）出來的產品達不到生產要求（qiú），對機床的精度造（zào）成影響，進而影響使用壽命。

隨著數控機床的發展趨勢朝著高（gāo）速、高精度（dù）以及高柔度等方向迅速發（fā）展，對機（jī）床的要求除了具有良（liáng）好的工藝（yì）性、可靠性外，還對機床的加工性能提出了更高的要求。數控機床（chuáng）對靜剛度和動態特性方麵的要求比普（pǔ）通機床更高，在剛度係數方（fāng）麵有標準規定，數控機床應比類似的普通機床高 50% 左右。因此亟須改進生產工藝，從而提高生產效率。在數控立（lì）式車床（chuáng）上應用雙刀車削，可以在進行大（dà）直徑環形（xíng）零件端麵加工時，有效提高生產效率，提高單位時間金屬去除量。這是由於傳統方式為增加（jiā）背吃刀量（liàng），加大走刀量或提高（gāo）切削速度。但針對難加工材質工件例如奧氏體不鏽鋼、馬氏體不鏽鋼、雙相鋼以及超級雙相（xiàng）鋼，受限於機床剛（gāng）性（xìng）以及加工行業現有（yǒu）切削刀具的限製，傳統的切削工（gōng）藝在實際（jì）應用過程中效果並不理想。

結合現有（yǒu）工件情況，在端麵加（jiā）工過程實施雙刀車削的工藝過程，可以較大地提高生產效（xiào）率，有效地保證刀片使用壽命（mìng）。將雙刀車削應用於數控立式車床（chuáng）上，可以較好地優化立式車床的切削性能（néng）。

2、雙刀車削

2.1 車（chē）削概念

所謂車削，指的是車床（chuáng）加工，通（tōng）過運用車刀對旋轉的工件落實（shí）相應的（de）車削（xuē）加工，而車床加工隸屬於機械加（jiā）工。針對車床開展的加工工作主要依靠鑽頭、擴孔鑽（zuàn）、板牙等實現。車床作為機械製（zhì）造中比較常見的（de）機床加工種類，對於軸、盤、套等工件具有良好的價值體現。所謂工件旋（xuán）轉，指的是在平麵內車刀會采（cǎi）用直線或曲線的運行方（fāng）式，從而實現良好的切削加工（gōng） [1-2]。一般情況下，車削加（jiā）工在車床上完成，從而使加工工件的內外麵得到良好體現。車削內外圓柱麵過程中，車刀的運動方向應該是與（yǔ）工件旋轉軸線相平行的。在（zài）進行車削端麵或者切斷工件工作時，車（chē）刀的（de）運動方向應（yīng）該是與工（gōng）件旋轉軸線相垂直的。當車刀的運動（dòng）軌跡和（hé）工件旋轉軸線形成相（xiàng）應的斜角，即可構成一個完（wán）整的圓錐麵。在進行車削（xuē）時，在機床主軸的帶動（dòng）旋轉下，工件進行主運動。而車刀此時處在刀（dāo）架上，進行進給運動。這時切削速度由旋（xuán）轉工（gōng）件加工表麵與車刀接觸（chù）點處的線速度可以得知，而切削深度（dù）則（zé）體現在每次（cì）的切削行程中，工（gōng）件未加工（gōng）以（yǐ）及已加工的表麵之間具有相應的角度。

而車削主要由兩部分構成：粗車和精車。在車削加（jiā）工過程中，工件同時在旋轉（zhuǎn），車刀會與工件以一定的轉速比（bǐ）進行相同方向的旋轉，由此，車刀和工件的運動軌（guǐ）跡都（dōu）會具有相應的變化，最後呈（chéng）現出多邊形的工件。與此同時，當（dāng）車刀縱向進給時，工件每旋轉一次，刀架就會多一（yī）個周期的徑向往複運動，從而凸輪（lún）以及其他非圓形斷麵表麵就能得到良好的加工。同樣地，將該加工（gōng）原理落實在鏟（chǎn）齒車床上，一些多齒刀具刀齒的後刀麵也能（néng）夠得到良好的加工。

2.2 雙刀車削加工

雙刀車削加工的落實原理為，通過（guò）將原來（lái）單獨的車刀車削量，分（fèn）成兩個車刀開展有效的車削（xuē）工作。由此，原有車削量由一次增加到兩次，同時加工時間得到縮減，極大地提升了（le）加（jiā）工效率。

首先，從車削工序來看，可以從以下（xià）兩個方（fāng）麵落實：外圓內孔類的車（chē）削、端麵台階麵車削。所謂外圓內孔類車削，當加工程度可以實（shí）現一刀車（chē）削時，有效利用並排雙刀的方式進行車刀安裝，指的是在原有刀（dāo）架的基礎之上，在一段距離之外再安設一車刀，從而使兩車刀形成並排的狀態。這時兩車刀（dāo）刀頭之間的距離與總加工長度（dù）相對比，前者要在後者長度的一（yī）半（bàn）以下，從而傳統（tǒng）加工工藝中車床X軸進給的長度也會隨之減少，但是會極大地提升工作效率。在加工餘量很大（dà）的情況（kuàng）下，需要針對表麵落實車削作（zuò）業時（shí），充分利用階梯雙刀安裝手段（duàn）。所謂兩柄車刀安裝，第（dì）一刀去所具有的加工餘量，即在背吃刀量方向兩車刀的高（gāo）度差。而雙刀的車削餘量（liàng）總量，與工（gōng）件加工餘量總（zǒng）量相等 [3-4]。對（duì）刀時，第（dì）二刀和工件表麵會進行相應的對刀，大拖板或者小拖板會被退出來，再進行第一柄車刀的安裝工作，隨之中拖板（bǎn）會進行（háng）進（jìn）刀，之後就（jiù）可以進行車削作業。

科學調整第二柄車刀的角度，能夠極大（dà）地提升加工（gōng）的精確度，優化工件表麵的粗糙度（dù）。從（cóng）端麵台階麵（miàn）車削來看，一般情況下，車削端麵和台階麵所采用的（de）安裝方法為並排雙刀以及並排加階梯雙刀。當車削台階麵時，通過良好（hǎo）落實雙刀並排以及階梯安（ān）裝工藝方法，促使（shǐ）雙刀的背吃刀量得到充分的保障，同時已（yǐ）經完成（chéng）加工的表麵不會出（chū）現二（èr）次加工的情況，即表麵幹涉問題。而當車削端麵時，通過科學使用（yòng）並排雙刀的安裝手段，確保雙刀刀頭之間的（de）距離在端麵半徑的一半以內，從而（ér）不會出現表麵幹涉問題。

其次（cì），配車。通常配車會出現在軸瓦澆鑄之前，其對於軸瓦澆鑄作業良好進（jìn）行具有十分（fèn）重要的作用，確保合金能與鋼體實現充分黏（nián）合[5]。由此，應該在軸瓦的表麵車出相應的環槽，即有規（guī）則的曲線。同時，在澆鑄之前工件表麵很有可能會（huì）出現氧化的問題，從而影響到切削速度。針對這個問題，應該在傳統車（chē）刀配車的基礎（chǔ）之上，有效利用單車刀在工件表麵進行（háng）拉槽，從而實現澆鑄表麵曲線的有效加工。在加工（gōng）表麵寬度相對較大的情況下，通常需（xū）要較長的配（pèi）車時間，導致生產效率降低，且完成加工的工件表麵更容易出現氧（yǎng）化的問題（tí）。而通過雙刀（dāo）結合配車，加工時間會（huì）被極大地縮短，生產效（xiào）率和配車質量得到充分的保障。內孔類配車與雙刀車削內孔基本原（yuán）理是相同的，車刀安裝方式通（tōng）常會采（cǎi）用並排雙刀，在安（ān）裝的過程中，需要明確的是配車時應該對雙刀刀頭之間的距離進行精確計算，從而切實保障雙刀一次安裝能配車全部加工表麵寬度，同時表麵幹涉問題不會出現。端麵、台（tái）階麵配車與雙刀車削端麵台階麵在原理上是一致的。

2.3 加工方（fāng）法

從加工方法實際來看，可以從粗車和精車兩個角度落實。首先，粗車（chē）車削加工對於外（wài）圓粗（cū）加工來說，能夠實（shí）現較高的效益和價（jià）值。粗車的應用價（jià）值體現在，能夠確保毛坯上（shàng）多餘的金屬被充分地清除掉，從而生產率得到相應的提升。粗車基於提升生產力的目的，會有效運用背吃刀量以及進給量。而為了減（jiǎn）少對刀具的傷害，促使刀具得到持（chí）續性利用，應該有效降低切削速度 [6-7]。粗車時，較大（dà）的主偏角對於車刀有更好的效（xiào）用，從而背向力相應地減小，工件的彎曲變形和振動問題得以充分避免（miǎn）。在前角、後角以及負值的刃傾角（jiǎo）比較小的情況下，車刀切削部分（fèn）的強度得（dé）到相應的（de）提升。而精（jīng）車加工的目的更多體現在保障零件的精度以及（jí）維護表麵的質量。精車外圓表麵所使用的背吃（chī）刀量與（yǔ）進給量相對較小，切削速度比較快。針對（duì）一些（xiē）大型軸類零件外圓進行加工時，寬刃車刀低速精車有良好的利（lì）用（yòng）效果。同時精車時車刀所具有的前角、後角以及正值的刃傾角一般比較（jiào）大，從而使加工表麵的質量得到相應（yīng）的提升（shēng）。對於精度比較高的外圓來說，精車能夠很好地應用（yòng）在（zài）其最終加工中以及預加工中。

2.4 車床保養

針對車床落實（shí）的保養工作，可以體現在兩個方麵：裝夾校正以及管理工（gōng）具和車刀。首先，在進行裝夾校正工件時，應該注意以下事項。工件中會攜帶泥沙等雜質，需要對其進行全麵清理，從而避免雜質被帶進拖板滑動麵，使導軌出現損壞。同時針對一些比較大、結構複雜、裝夾比較小的工件，落實裝夾和校（xiào）正（zhèng）工作時，應該提前將相應的木製床蓋板放置在工件下的車床（chuáng）床麵上，並利用壓板或者活絡（luò）頂針，確保工件被完全頂住，避免其掉（diào）落（luò）導致車床被砸（zá）毀 [8-10]。當出現工件位置不良的問題時，應該有（yǒu）效利用夾爪（zhǎo）、壓板以及頂針，將其暫時鬆開再（zài）進行（háng）相應的（de）調整。避免對其強力敲擊，強（qiáng）行扳正，導致車床主軸的精確度受到不良影響。其次（cì），針對工具以及車刀的管理（lǐ）。一般（bān）情況下，車刀和工具不應該被放（fàng）置在床麵上，因為（wéi）容易（yì）導致導軌被損壞。在（zài）有需求的情況，應（yīng）該用床蓋板將床麵和工具（jù）隔離開（kāi），避免二者直接接觸。

3、數控立式車床

所謂數控（kòng）立式車床，指的是 CNC 立式車床，其適用於一些中型、小型、蓋類零件等，優勢為自身結構（gòu）的穩定性和抗震性很高，裝夾工件簡便（biàn），安（ān）放設備需（xū）要的麵積小。其所具有的油水分（fèn）離結構，能夠有效維護冷卻水的清潔環保性，而分離式冷卻水箱，在（zài）清洗一（yī）些高精度、高剛度的彈（dàn）筒式主軸結構時具有良好的（de）表現，同時主軸套筒的維修工作也得到（dào）了（le）良好的保障，極大地避免（miǎn）了加（jiā）工精度受到不良影（yǐng）響的熱變形（xíng）問題。大功率交流主軸電機對於機床有效運用以（yǐ）及穩定性具有良好的（de）體現（xiàn），主軸所使用的潤滑脂，能夠確保機器達（dá）到全封閉、免維（wéi）護的狀態。而床鞍、立柱導軌在超重負荷直線滾動導軌的基礎之上，實現較高的動態響應能力，精度得（dé）到（dào）相應提升。結合良好的（de）立式電動刀架，使得車床具有剛性良好、換刀快速等優勢。

4、雙刀車（chē）削（xuē）在數控（kòng）立式車床上的應用

在加（jiā）工過程中，所采用的數控立（lì）式車床（chuáng）為 6.3 m立式車床，其結構（gòu）為雙刀架，右刀架和左刀架分別為數（shù）控刀架、程控刀架。在充分了解工件材（cái）質、機（jī）械性能、產品結構以及車床（chuáng）使（shǐ）用實（shí）際的基礎之上，通過有效利用雙刀車削，促（cù）使車床得到更為高效的利用，生產效率和質量得到充分保障（zhàng）。在選擇刀片時，應該從刀片的材質、表麵塗層、角度結構（gòu）等（děng）方麵進行考慮，確保刀片為雙刀車削的良好使用奠定（dìng）基礎。在實（shí）際使用過程中，相應調整（zhěng）切削過（guò）程的ap值和fn值。調整不當會（huì）使刀片的使用壽命極大地縮短，進（jìn）而（ér）造成機床橫梁（liáng）的（de）振動，設備的良好使用也會受到一定的影響。因此，通過對 6.3 m 立（lì）式車床進行深（shēn）入分析（xī），在有（yǒu）效應用雙刀車削過程中，對於端麵加工切（qiē）削（xuē）參數進行科學調整，確保車床得以良好運轉（zhuǎn）。

在實際進行（háng）端麵加工過程中，將（jiāng）兩把車刀科學地安設在立車滑枕端刀台兩端處，結（jié）合相應的切（qiē）削參數，有效利用對刀儀確定兩車刀刀尖的高度差，並（bìng）明確（què）兩刀尖之間的距離，同時清晰工（gōng）件端麵的厚度。將左（zuǒ）側（cè）刀尖（jiān）對準明確的坐標點，工作台隨之（zhī）旋轉相應的角度。在切削初始階段，左（zuǒ）側刀會吃刀車（chē）削，而右側刀則不動。作出一定調整之後，右側車刀也需要開（kāi）展相應的車削，這時，左側（cè）刀和右側（cè）刀同時基於工件端麵厚度以及兩刀尖之間的距離進行車削，當左側車刀刀尖超（chāo）出了端麵，明確其中完成加工的區域以及未加工區域，進行雙刀抬刀和退刀，再次進刀，開始下一刀車削加工（gōng）。除此之（zhī）外，基於雙刀車削實（shí）際，將其良好運用在數控立式（shì）車床中（zhōng），結合端麵加工過程，在現（xiàn）有程（chéng）序背吃刀量、進給量基礎上（shàng），有效計（jì）算單刀車削工時，從而明確（què）雙刀（dāo）車削和單刀車削的效率（lǜ）。針對特種材質或者加工難度係數比較高的（de）材質車削，切削參數達（dá）到一定程度之後難以再提升參數，從而生產效率也難（nán）以進一步（bù）提高。而通過科學使用（yòng）雙刀車削技術（shù），相對於單刀加工手段，生產效率得（dé）到極大提（tí）升，生產工作得（dé）以充分保障。

5、結語

綜上所述，通過對數控立式車床的分析可知，在加工過程（chéng）中采取雙刀車削，對保障加工效果具（jù）有重要意義。結合當前數控立式（shì）車床實際，在加工（gōng）過程中，雙（shuāng）刀車（chē）削的應用對提升工件（jiàn）車削效率（lǜ）具有直接影響。因此，應立足於數控立式（shì）車（chē）床實際，深入分析雙刀車削（xuē）落實情況，有效運用雙刀車削，避免傳統單刀加工方式存在的問題，從而保障生產工作（zuò）的高效進行（háng），使生產效（xiào）率和（hé）生產質量要求得到充分滿足。在特種材質或（huò）是難加工材質車削方麵（miàn），切削參數調整到一定數值後很難再通過提高參（cān）數來提高生產效率。而選用雙刀車削（xuē）工藝方式，相（xiàng）較於（yú）單刀（dāo）加工方（fāng）式，將進一步地提高生產效率，在實際生產過程中有重大（dà）意義。

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