双刀车削在数控立式车床上的应用
2023-3-21 来源： 甘肃酒钢集团西部重工股份有限公司 作者：寇建昌 毛华
摘要：有效应用双刀车削，是数控立式车床的重要选择，也是数控立式机床未来的发展方向。基于此，在数控立式车床中，应探讨双刀车削的优势和具体应用，为生产工作的有序进行提供有力支持。本研究针对工件的材质以及性能，结合工件结构以及立式车床规格提出了双刀车削的方法，并结合工件形状和具体尺寸编制车削过程数控加工程序，有效提高了工件车削效率。
关键词：双刀车削；数控立式车床；应用
1、研究意义
装备制造业反映了一个国家的国防科技实力与国民经济实力。随着现代工业的迅猛发展，一方面，汽车、船舶、航天航空等上游产业有强烈需求；另一方面，各企业也面临着产品的升级换代，需提升产品的技术水平并拓宽服务领域。在此机遇下，应当抓住机会，提升我国装备制造能力。国内数控机床的研究起步较晚，特别是智能化、专业化的大型高端数控装备与国外的差距更为明显，多数以立式或卧式数控车床、加工中心等单机的形式为主，并普遍存在加工精度不稳定等技术缺陷。与此同时，部分技术人员在设计过程中局限于传统的经验，没有从优化的角度进行充分研究，导致设计出来的产品达不到生产要求，对机床的精度造成影响，进而影响使用寿命。
随着数控机床的发展趋势朝着高速、高精度以及高柔度等方向迅速发展，对机床的要求除了具有良好的工艺性、可靠性外，还对机床的加工性能提出了更高的要求。数控机床对静刚度和动态特性方面的要求比普通机床更高，在刚度系数方面有标准规定，数控机床应比类似的普通机床高 50% 左右。因此亟须改进生产工艺，从而提高生产效率。在数控立式车床上应用双刀车削，可以在进行大直径环形零件端面加工时，有效提高生产效率，提高单位时间金属去除量。这是由于传统方式为增加背吃刀量，加大走刀量或提高切削速度。但针对难加工材质工件例如奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、双相钢以及超级双相钢，受限于机床刚性以及加工行业现有切削刀具的限制，传统的切削工艺在实际应用过程中效果并不理想。
结合现有工件情况，在端面加工过程实施双刀车削的工艺过程，可以较大地提高生产效率，有效地保证刀片使用寿命。将双刀车削应用于数控立式车床上，可以较好地优化立式车床的切削性能。
2、双刀车削
2.1 车削概念
所谓车削，指的是车床加工，通过运用车刀对旋转的工件落实相应的车削加工，而车床加工隶属于机械加工。针对车床开展的加工工作主要依靠钻头、扩孔钻、板牙等实现。车床作为机械制造中比较常见的机床加工种类，对于轴、盘、套等工件具有良好的价值体现。所谓工件旋转，指的是在平面内车刀会采用直线或曲线的运行方式，从而实现良好的切削加工 [1-2]。一般情况下，车削加工在车床上完成，从而使加工工件的内外面得到良好体现。车削内外圆柱面过程中，车刀的运动方向应该是与工件旋转轴线相平行的。在进行车削端面或者切断工件工作时，车刀的运动方向应该是与工件旋转轴线相垂直的。当车刀的运动轨迹和工件旋转轴线形成相应的斜角，即可构成一个完整的圆锥面。在进行车削时，在机床主轴的带动旋转下，工件进行主运动。而车刀此时处在刀架上，进行进给运动。这时切削速度由旋转工件加工表面与车刀接触点处的线速度可以得知，而切削深度则体现在每次的切削行程中，工件未加工以及已加工的表面之间具有相应的角度。
而车削主要由两部分构成：粗车和精车。在车削加工过程中，工件同时在旋转，车刀会与工件以一定的转速比进行相同方向的旋转，由此，车刀和工件的运动轨迹都会具有相应的变化，最后呈现出多边形的工件。与此同时，当车刀纵向进给时，工件每旋转一次，刀架就会多一个周期的径向往复运动，从而凸轮以及其他非圆形断面表面就能得到良好的加工。同样地，将该加工原理落实在铲齿车床上，一些多齿刀具刀齿的后刀面也能够得到良好的加工。
2.2 双刀车削加工
双刀车削加工的落实原理为，通过将原来单独的车刀车削量，分成两个车刀开展有效的车削工作。由此，原有车削量由一次增加到两次，同时加工时间得到缩减，极大地提升了加工效率。
首先，从车削工序来看，可以从以下两个方面落实：外圆内孔类的车削、端面台阶面车削。所谓外圆内孔类车削，当加工程度可以实现一刀车削时，有效利用并排双刀的方式进行车刀安装，指的是在原有刀架的基础之上，在一段距离之外再安设一车刀，从而使两车刀形成并排的状态。这时两车刀刀头之间的距离与总加工长度相对比，前者要在后者长度的一半以下，从而传统加工工艺中车床X轴进给的长度也会随之减少，但是会极大地提升工作效率。在加工余量很大的情况下，需要针对表面落实车削作业时，充分利用阶梯双刀安装手段。所谓两柄车刀安装，第一刀去所具有的加工余量，即在背吃刀量方向两车刀的高度差。而双刀的车削余量总量，与工件加工余量总量相等 [3-4]。对刀时，第二刀和工件表面会进行相应的对刀，大拖板或者小拖板会被退出来，再进行第一柄车刀的安装工作，随之中拖板会进行进刀，之后就可以进行车削作业。
科学调整第二柄车刀的角度，能够极大地提升加工的精确度，优化工件表面的粗糙度。从端面台阶面车削来看，一般情况下，车削端面和台阶面所采用的安装方法为并排双刀以及并排加阶梯双刀。当车削台阶面时，通过良好落实双刀并排以及阶梯安装工艺方法，促使双刀的背吃刀量得到充分的保障，同时已经完成加工的表面不会出现二次加工的情况，即表面干涉问题。而当车削端面时，通过科学使用并排双刀的安装手段，确保双刀刀头之间的距离在端面半径的一半以内，从而不会出现表面干涉问题。
其次，配车。通常配车会出现在轴瓦浇铸之前，其对于轴瓦浇铸作业良好进行具有十分重要的作用，确保合金能与钢体实现充分黏合[5]。由此，应该在轴瓦的表面车出相应的环槽，即有规则的曲线。同时，在浇铸之前工件表面很有可能会出现氧化的问题，从而影响到切削速度。针对这个问题，应该在传统车刀配车的基础之上，有效利用单车刀在工件表面进行拉槽，从而实现浇铸表面曲线的有效加工。在加工表面宽度相对较大的情况下，通常需要较长的配车时间，导致生产效率降低，且完成加工的工件表面更容易出现氧化的问题。而通过双刀结合配车，加工时间会被极大地缩短，生产效率和配车质量得到充分的保障。内孔类配车与双刀车削内孔基本原理是相同的，车刀安装方式通常会采用并排双刀，在安装的过程中，需要明确的是配车时应该对双刀刀头之间的距离进行精确计算，从而切实保障双刀一次安装能配车全部加工表面宽度，同时表面干涉问题不会出现。端面、台阶面配车与双刀车削端面台阶面在原理上是一致的。
2.3 加工方法
从加工方法实际来看，可以从粗车和精车两个角度落实。首先，粗车车削加工对于外圆粗加工来说，能够实现较高的效益和价值。粗车的应用价值体现在，能够确保毛坯上多余的金属被充分地清除掉，从而生产率得到相应的提升。粗车基于提升生产力的目的，会有效运用背吃刀量以及进给量。而为了减少对刀具的伤害，促使刀具得到持续性利用，应该有效降低切削速度 [6-7]。粗车时，较大的主偏角对于车刀有更好的效用，从而背向力相应地减小，工件的弯曲变形和振动问题得以充分避免。在前角、后角以及负值的刃倾角比较小的情况下，车刀切削部分的强度得到相应的提升。而精车加工的目的更多体现在保障零件的精度以及维护表面的质量。精车外圆表面所使用的背吃刀量与进给量相对较小，切削速度比较快。针对一些大型轴类零件外圆进行加工时，宽刃车刀低速精车有良好的利用效果。同时精车时车刀所具有的前角、后角以及正值的刃倾角一般比较大，从而使加工表面的质量得到相应的提升。对于精度比较高的外圆来说，精车能够很好地应用在其最终加工中以及预加工中。
2.4 车床保养
针对车床落实的保养工作，可以体现在两个方面：装夹校正以及管理工具和车刀。首先，在进行装夹校正工件时，应该注意以下事项。工件中会携带泥沙等杂质，需要对其进行全面清理，从而避免杂质被带进拖板滑动面，使导轨出现损坏。同时针对一些比较大、结构复杂、装夹比较小的工件，落实装夹和校正工作时，应该提前将相应的木制床盖板放置在工件下的车床床面上，并利用压板或者活络顶针，确保工件被完全顶住，避免其掉落导致车床被砸毁 [8-10]。当出现工件位置不良的问题时，应该有效利用夹爪、压板以及顶针，将其暂时松开再进行相应的调整。避免对其强力敲击，强行扳正，导致车床主轴的精确度受到不良影响。其次，针对工具以及车刀的管理。一般情况下，车刀和工具不应该被放置在床面上，因为容易导致导轨被损坏。在有需求的情况，应该用床盖板将床面和工具隔离开，避免二者直接接触。
3、数控立式车床
所谓数控立式车床，指的是 CNC 立式车床，其适用于一些中型、小型、盖类零件等，优势为自身结构的稳定性和抗震性很高，装夹工件简便，安放设备需要的面积小。其所具有的油水分离结构，能够有效维护冷却水的清洁环保性，而分离式冷却水箱，在清洗一些高精度、高刚度的弹筒式主轴结构时具有良好的表现，同时主轴套筒的维修工作也得到了良好的保障，极大地避免了加工精度受到不良影响的热变形问题。大功率交流主轴电机对于机床有效运用以及稳定性具有良好的体现，主轴所使用的润滑脂，能够确保机器达到全封闭、免维护的状态。而床鞍、立柱导轨在超重负荷直线滚动导轨的基础之上，实现较高的动态响应能力，精度得到相应提升。结合良好的立式电动刀架，使得车床具有刚性良好、换刀快速等优势。
4、双刀车削在数控立式车床上的应用
在加工过程中，所采用的数控立式车床为 6.3 m立式车床，其结构为双刀架，右刀架和左刀架分别为数控刀架、程控刀架。在充分了解工件材质、机械性能、产品结构以及车床使用实际的基础之上，通过有效利用双刀车削，促使车床得到更为高效的利用，生产效率和质量得到充分保障。在选择刀片时，应该从刀片的材质、表面涂层、角度结构等方面进行考虑，确保刀片为双刀车削的良好使用奠定基础。在实际使用过程中，相应调整切削过程的ap值和fn值。调整不当会使刀片的使用寿命极大地缩短，进而造成机床横梁的振动，设备的良好使用也会受到一定的影响。因此，通过对 6.3 m 立式车床进行深入分析，在有效应用双刀车削过程中，对于端面加工切削参数进行科学调整，确保车床得以良好运转。
在实际进行端面加工过程中，将两把车刀科学地安设在立车滑枕端刀台两端处，结合相应的切削参数，有效利用对刀仪确定两车刀刀尖的高度差，并明确两刀尖之间的距离，同时清晰工件端面的厚度。将左侧刀尖对准明确的坐标点，工作台随之旋转相应的角度。在切削初始阶段，左侧刀会吃刀车削，而右侧刀则不动。作出一定调整之后，右侧车刀也需要开展相应的车削，这时，左侧刀和右侧刀同时基于工件端面厚度以及两刀尖之间的距离进行车削，当左侧车刀刀尖超出了端面，明确其中完成加工的区域以及未加工区域，进行双刀抬刀和退刀，再次进刀，开始下一刀车削加工。除此之外，基于双刀车削实际，将其良好运用在数控立式车床中，结合端面加工过程，在现有程序背吃刀量、进给量基础上，有效计算单刀车削工时，从而明确双刀车削和单刀车削的效率。针对特种材质或者加工难度系数比较高的材质车削，切削参数达到一定程度之后难以再提升参数，从而生产效率也难以进一步提高。而通过科学使用双刀车削技术，相对于单刀加工手段，生产效率得到极大提升，生产工作得以充分保障。
5、结语
综上所述，通过对数控立式车床的分析可知，在加工过程中采取双刀车削，对保障加工效果具有重要意义。结合当前数控立式车床实际，在加工过程中，双刀车削的应用对提升工件车削效率具有直接影响。因此，应立足于数控立式车床实际，深入分析双刀车削落实情况，有效运用双刀车削，避免传统单刀加工方式存在的问题，从而保障生产工作的高效进行，使生产效率和生产质量要求得到充分满足。在特种材质或是难加工材质车削方面，切削参数调整到一定数值后很难再通过提高参数来提高生产效率。而选用双刀车削工艺方式，相较于单刀加工方式，将进一步地提高生产效率，在实际生产过程中有重大意义。
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