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雙刀（dāo）車削在數控立式車床上的應用

2023-3-21 來源：甘肅酒鋼集團（tuán）西部重工股份有（yǒu）限公司作者：寇建昌毛華

摘要：有效應（yīng）用雙刀（dāo）車削，是數控立式（shì）車床的重要選擇，也是數控立式（shì）機床未來的（de）發展方向（xiàng）。基於此，在數（shù）控立式（shì）車床中，應（yīng）探討雙刀車削的優勢和具體應用，為生產工作的有序進行提供有（yǒu）力支持。本（běn）研究針對（duì）工件的（de）材質以及（jí）性能，結合工件結（jié）構以及立式車床規格提（tí）出了雙刀車削的方法，並結（jié）合工件形狀和具體尺寸編製（zhì）車削過程數控加工程序，有效提高（gāo）了工件車削（xuē）效率。

關鍵詞（cí）：雙刀車削；數控立式車床；應用（yòng）

1、研究意義（yì）

裝備製造業反映（yìng）了（le）一個國家的國防科技實（shí）力與國民經濟實（shí）力。隨著現代（dài）工業的迅（xùn）猛發展（zhǎn），一方麵（miàn），汽車、船舶、航天航空等上遊產業（yè）有強烈需求；另一方麵，各企業也麵臨著（zhe）產品的升級（jí）換代，需提（tí）升產品的技術水平並拓寬服務領域。在此機遇下，應（yīng）當抓住機會，提升我國裝備製造能力。國內數控機床的研究（jiū）起步較晚，特別是智能化、專業化的大型高端數（shù）控裝備與國外的差距（jù）更為明顯，多數以立式或臥式數控車床、加工中心等單機的形式為主，並普遍存在加工精度不穩定等技術缺陷。與此同時，部分技術人員在設計過程中局（jú）限於傳統的（de）經驗，沒有（yǒu）從優化的角（jiǎo）度進行（háng）充分研究，導致設（shè）計出來的產品達不到生（shēng）產要求，對機床的精度造成影響，進而影響使用壽命。

隨著數控機床的發展趨（qū）勢朝著高速、高精度以及（jí）高柔（róu）度等（děng）方（fāng）向迅速發（fā）展，對機床的（de）要求（qiú）除了具有良好的工藝性、可靠性外，還對機床的加工性能提出了更高的要求。數控機床對靜剛度和動態特性方麵的要（yào）求比普通機床更高（gāo），在剛度係數方麵有標準規定（dìng），數（shù）控機床應（yīng）比類似的普通機床高 50% 左右（yòu）。因此亟須（xū）改進生產（chǎn）工藝，從而提高生產（chǎn）效（xiào）率。在數控立式車床上應用雙（shuāng）刀車削，可以（yǐ）在進行大直徑環形零件端麵（miàn）加工時（shí），有效提高生產（chǎn）效率，提高單（dān）位（wèi）時（shí）間金屬去（qù）除量。這是由於傳統方式為增加背（bèi）吃刀量，加大走刀量或提高切削速度。但針對難加工材質工件例如奧氏體（tǐ）不鏽鋼、馬氏體不鏽鋼、雙相鋼以及超級雙相（xiàng）鋼，受限於機床剛性以及加工行業現有切削刀具的限製，傳統的切削工（gōng）藝在實際應用過程（chéng）中效果並不理（lǐ）想。

結合現有工件情況（kuàng），在端麵加工過程實施雙（shuāng）刀車削的工藝過程（chéng），可以較大地提高生產效率，有效地（dì）保證刀片使用壽命（mìng）。將雙刀車削應用於數控立（lì）式車床上，可以較好地優化立式車床的切（qiē）削性能。

2、雙刀車削

2.1 車削概念

所謂（wèi）車削（xuē），指的是車床加工，通過運用車刀對旋轉的工件（jiàn）落實相應的車削加工，而車床加工隸屬於機械加工（gōng）。針對（duì）車床開展的加工工作主要依靠（kào）鑽頭（tóu）、擴孔鑽、板牙等實現。車床作為機械（xiè）製（zhì）造中比較常見（jiàn）的機床加工種類，對於軸、盤、套等工件具有良好的價值體現。所謂工件旋轉，指的是在平麵內車刀會采用直（zhí）線或曲線的運行方式，從而實現良好的切削加工 [1-2]。一般情（qíng）況下，車（chē）削加工在車（chē）床上（shàng）完成，從而使加工工件（jiàn）的內外麵得到良（liáng）好體現。車削內外圓柱麵過程中，車刀的運動方向應該是（shì）與工件旋轉軸線相平行的。在進行（háng）車削端麵或者切（qiē）斷工件（jiàn）工作時，車（chē）刀的運動方向應該是與工件旋轉軸線（xiàn）相垂直的。當車刀（dāo）的運（yùn）動（dòng）軌跡和工件旋轉（zhuǎn）軸線形成相（xiàng）應（yīng）的斜角，即可構（gòu）成一個完整的圓錐麵。在進行車（chē）削時，在機床主軸的帶動旋轉下，工件進行主（zhǔ）運動。而車刀此時處在刀（dāo）架上，進行進給運（yùn）動。這時切削速度由旋轉工件加工表麵與車刀接觸點處的（de）線速度（dù）可以得知，而切削深度則體現在每次的切削行程中，工件未加工以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（xuē）加工過程（chéng）中（zhōng），工件同時在旋轉，車（chē）刀會與工件以一定的轉速比進行相同方向的旋（xuán）轉（zhuǎn），由此，車刀和（hé）工件的運動軌跡都會具有相應的變化，最後呈現出多邊形的工件。與此（cǐ）同時，當（dāng）車刀縱（zòng）向進給時，工件每旋轉一次，刀架就會多一個周期的徑向往複運動，從而凸（tū）輪以（yǐ）及其（qí）他非圓形斷麵表麵就能得到良好的加工。同樣地，將該加工原理（lǐ）落實在（zài）鏟齒車床上，一些多（duō）齒刀具刀齒的後刀麵也能夠得到良好的加工。

2.2 雙刀車削加（jiā）工

雙刀車削加工的落實原理為，通過將原來單獨的（de）車刀車削量，分成（chéng）兩個車刀開展有效的車削工作。由此，原（yuán）有車削量由一次增加到兩次，同時加工時間得到縮減，極大地提升了加工效率。

首先，從車（chē）削工序來看，可以從以下兩個方麵落實：外圓內孔類的車削、端麵台階麵車削。所謂外圓內孔類車削，當加工程度可以實現（xiàn）一刀車削時，有效（xiào）利用並（bìng）排雙刀（dāo）的方式進行車刀安裝，指（zhǐ）的是在原有刀架的基礎之上，在一段距離之（zhī）外再安設一車刀，從而使兩車刀形成並排的狀態（tài）。這時兩車刀刀頭之間的距離與（yǔ）總加（jiā）工長度相對比，前者要在後者長度的一半（bàn）以下，從而傳統加工工藝中車床X軸進給的長度也會隨之（zhī）減（jiǎn）少，但是會極大地提升工作效率。在加工餘量很大的情況下，需（xū）要針對（duì）表麵落實車削（xuē）作業時，充分利用（yòng）階梯雙刀安裝手段（duàn）。所謂兩柄車刀安裝，第一（yī）刀去所具有（yǒu）的加工餘量（liàng），即在背吃刀量方（fāng）向兩車刀的高度差。而雙刀的車削餘（yú）量總量，與工件加工餘（yú）量總量相等 [3-4]。對刀時，第二刀和工（gōng）件表麵會進行相應的對刀，大拖板或者小拖板會被（bèi）退（tuì）出（chū）來，再進（jìn）行第一柄（bǐng）車刀的安裝（zhuāng）工作，隨之中拖板會進行進刀，之後就可以進行車削作業。

科學調整第二柄車刀的角（jiǎo）度，能夠極大地提升加（jiā）工的精確度，優化工件表（biǎo）麵的粗糙度。從端麵台階麵車削來看，一般情況下，車削端麵和台階麵所采用的安裝方法（fǎ）為並排雙刀以及並（bìng）排加（jiā）階梯雙刀。當車削台階麵時，通過良好落實雙刀並排以及階梯安（ān）裝工藝方法，促使雙刀的（de）背吃刀量得到充分的保障，同時已經完成加工的表麵不會出現二次加工的情況，即表麵幹（gàn）涉問題（tí）。而當車削端麵（miàn）時，通過科學使（shǐ）用並排雙刀的安裝手段，確保雙刀刀頭之間的距（jù）離在端麵半徑的（de）一半以內，從而不會出現（xiàn）表麵幹涉問題。

其次，配車。通常配車會出現在軸瓦澆鑄之前，其對（duì）於軸瓦澆鑄作業良好進行具有十（shí）分重（chóng）要的作用（yòng），確保合金能與鋼體實現充分黏合[5]。由此，應該在軸瓦的表麵車出相應的環槽，即（jí）有規則的曲線。同時，在澆鑄之前工件表（biǎo）麵很有可能會（huì）出現氧化的問題，從而影響到切（qiē）削（xuē）速度。針對這個問題，應該在傳（chuán）統車（chē）刀配車的基礎之上，有效利用單（dān）車刀在工（gōng）件表麵進行拉槽，從而（ér）實現澆鑄表麵曲線的有效加工。在（zài）加工表麵寬度相對較大的情況下，通常（cháng）需要較長的配車時間，導致生產效率降低，且完成加工的工件表麵更容易（yì）出現氧化的問題。而通過雙刀結合配車，加工時間會被極大地縮短，生產效率和配車質量得到充分的保障。內孔（kǒng）類配（pèi）車與雙刀車削內孔基本原理是相同的，車刀（dāo）安裝方式（shì）通常（cháng）會采用並排雙刀，在安（ān）裝的過程中（zhōng），需要明確的是配車時應該對雙刀刀頭之間的距離進行精（jīng）確計算，從而切實保障雙刀一（yī）次安（ān）裝能配車全（quán）部加工表麵寬度，同時表麵幹（gàn）涉問題（tí）不會出現。端麵、台階麵配車與雙刀車削（xuē）端麵台階麵在原理上是一致的。

2.3 加工方法

從加工方法實際來（lái）看，可以從粗車和精車（chē）兩個角度（dù）落實。首先，粗（cū）車車削加工對於外（wài）圓粗加工來說，能夠實現（xiàn）較高的效益和價（jià）值。粗車的應用價值體現在，能夠確保毛坯上多餘的金屬被充分地清（qīng）除掉，從（cóng）而生產率得到相應的（de）提升。粗車（chē）基於提升生產力的目的，會有效運用背吃刀量以及進給量。而為了減少（shǎo）對刀具的傷害，促（cù）使刀具得到持續（xù）性利用，應該有效降低切削速度 [6-7]。粗車時，較大的主偏角對於車刀有更好（hǎo）的效（xiào）用，從而背向力相（xiàng）應地減小，工件的彎曲變形和（hé）振動問題得以充分避免。在前角、後角以及負值的（de）刃傾（qīng）角比較小的情況下，車（chē）刀切削部（bù）分的強度得到相應（yīng）的提升。而精車加工的目的更多體現在保（bǎo）障零件的精度以及維護表麵的質（zhì）量。精車（chē）外圓表麵（miàn）所使用的背吃刀量與進給量相對較小，切削速度比較（jiào）快。針對一（yī）些大型軸類零件外圓進行加工時，寬刃車（chē）刀低速精車有良好的利用效果。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（bǐ）較大，從而（ér）使加工表麵的質量得到相應的提升。對於精度比較高的外圓來說，精車能夠很好地（dì）應用在其最終加工中以（yǐ）及預加工中。

2.4 車床保（bǎo）養

針對車床落實的保養工作，可以（yǐ）體現在兩（liǎng）個方麵（miàn）：裝夾（jiá）校正以及管理工具和車（chē）刀。首先，在進行（háng）裝夾（jiá）校正工件時，應該注意以下（xià）事項。工件中會攜帶泥（ní）沙（shā）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（jiá）和校正工作時，應該提前將相應的木製床蓋板放置在工件下的車床床麵上，並利（lì）用壓板或者活絡頂針，確保（bǎo）工件被完全頂住，避免其（qí）掉落導致車床被砸毀 [8-10]。當出現工件位置不良的問題時，應該有效利（lì）用夾爪、壓（yā）板以及頂針，將其（qí）暫時鬆開再進行相應的調整。避免對其強力敲擊，強行扳（bān）正，導致車床（chuáng）主軸的精確度受到不良影響。其（qí）次（cì），針對工具以及車刀的管理（lǐ）。一般情況（kuàng）下（xià），車刀和工具不應該被放置在床麵上，因為容（róng）易導致導軌（guǐ）被損壞。在有需求的情況，應該用床蓋板將床麵和工具（jù）隔離開，避免二者直接接觸。

3、數控立（lì）式車床

所謂數控立式車床，指的是 CNC 立（lì）式車床（chuáng），其適用於一些中型、小型（xíng）、蓋類零件等，優勢為自身結構的穩定（dìng）性和抗震性很高（gāo），裝夾工（gōng）件簡便，安放設備需要的麵積小。其所具有的油（yóu）水分離結構，能夠（gòu）有效維護冷卻水的清潔環保性，而分（fèn）離式冷卻水箱，在清洗一些高精度、高剛度的彈筒式主軸結構時具有良好的表現，同時主軸套筒的（de）維修工作也得到了良好的保障，極大地避免了加工精度受到不良（liáng）影（yǐng）響的熱變形（xíng）問（wèn）題。大功率交流主軸電機對於機床有效運用以及穩定性具有良好的體現，主軸所使用的潤滑脂，能夠確保機器達到全（quán）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（jiào）高的動態響應（yīng）能力，精度得到相應提升。結（jié）合良好（hǎo）的立式電動（dòng）刀架，使得車床（chuáng）具有剛性良好、換刀快速等優勢。

4、雙刀車削在數控立式車床上（shàng）的應用

在加工過程中，所采用（yòng）的數（shù）控立式車床為 6.3 m立式（shì）車床，其結構為雙刀架，右（yòu）刀架和左刀架分（fèn）別為數控刀架、程控刀架。在充分了解工件（jiàn）材質、機械（xiè）性能、產品結構以及車床使用實際的（de）基（jī）礎之上，通過有（yǒu）效（xiào）利用雙刀車削，促使車床得到更為（wéi）高效的（de）利用，生產（chǎn）效率和質量（liàng）得到充分（fèn）保障。在選擇刀片時，應該從刀片的材質、表麵（miàn）塗層、角度結構等方麵進行考慮，確保刀片為雙刀車削的良好使用奠定基礎。在實際使用過程中，相應調整切削過程的ap值和fn值。調整不當（dāng）會使刀片的使用壽命極大地縮短，進而造成機床橫梁的振動，設備的良好（hǎo）使用也會受到一定（dìng）的影響。因此，通過對 6.3 m 立式車床進（jìn）行深入分析，在有效應用雙刀車（chē）削過程中，對於端麵加工切削參數進（jìn）行科學（xué）調整，確保車床得以良（liáng）好運轉（zhuǎn）。

在實際進行端麵加工（gōng）過程中，將兩把車刀科學地安設在立車滑枕端刀台（tái）兩端處，結合相應（yīng）的（de）切削參數，有效（xiào）利用對刀儀確定兩車刀刀（dāo）尖（jiān）的高度差，並明確兩刀尖之間的（de）距（jù）離，同時清晰工件端麵的厚度。將（jiāng）左側刀尖對準明確的坐標點，工作台隨之旋轉相應的角度。在切削初始階（jiē）段，左（zuǒ）側刀會吃刀（dāo）車削，而右側刀則不動。作出一定調整之後，右側車刀也需要開展相應的車削，這時，左側刀和右（yòu）側刀同時基於工件（jiàn）端麵厚度以及兩刀（dāo）尖之間的（de）距（jù）離進行（háng）車削，當左側車刀刀尖超出（chū）了端麵，明確其中完成加工的區域以及未加（jiā）工區域，進行雙刀（dāo）抬刀和退刀，再次進刀，開始下一刀車（chē）削（xuē）加工。除此之外，基於雙刀車削（xuē）實際，將其（qí）良好運用在（zài）數控立式車床中，結合端麵加工過程，在現有程序背吃刀量、進給量基礎上，有效計算單刀車削工時，從而明（míng）確雙刀車削和單刀車削的效率。針對特種材質或（huò）者加工難度係數比較高（gāo）的材質車削，切削參數達（dá）到一定程度之後難以（yǐ）再提升參數（shù），從而生產效率也難以（yǐ）進一步提高。而通過科學使用雙刀（dāo）車削技術，相對於單刀加工手（shǒu）段，生產效率得到極大提升，生產工作得（dé）以充分保障。

5、結語

綜上所述，通過對（duì）數控立式車床的分析可知，在加工過（guò）程中采取（qǔ）雙（shuāng）刀（dāo）車削，對保障加工效果具有（yǒu）重要意義。結合當前數控（kòng）立式車床（chuáng）實際，在加工過程中，雙刀車削的（de）應用對提升工件車削（xuē）效（xiào）率（lǜ）具有直接影響（xiǎng）。因此，應立足於數控立式車（chē）床實際，深入分析雙刀車削落實情況，有效運用雙刀車削，避免（miǎn）傳統單刀加工方（fāng）式存在的問題，從而保障生（shēng）產工作的高效進（jìn）行，使（shǐ）生產效率和（hé）生產（chǎn）質量（liàng）要求得到充分滿足。在特種（zhǒng）材質或是難加工材質車（chē）削方麵，切削參數調整到一定數值後很難再通過提高參數來提高生產效率。而選（xuǎn）用雙刀（dāo）車削工藝方式，相較於單刀加工方式，將進一步地提高生產效率（lǜ），在實際生產過程中有重大意義。

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