数控加工技术在型钢轧辊加工中的研究与应用

405数控加工技术在型钢轧辊加工中的研究与应用【摘要】本文通过对型钢轧辊数控加工中刀具选择、装夹辅助工具设计和数控程序简化编制等方面技术进行研究与应用，缩短了轧辊加工辅助时间，充分发挥了数控加工技术的优点，实现了型钢轧辊加工质量和效率的显著提高，开创了行业技术的领先水平。【关键词】型钢轧辊数控加工技术程序刀具1.引言近几年，随着中国机械制造业的不断壮大，数控加工技术在机制加工中应用非常广泛。由于受型钢轧辊孔型断面复杂、重量大、装卡难等方面的影响，成型刀加工仍占绝大部分，数控加工技术目前仍处于探索阶段。随着轧机设备的升级换代，轧辊加工难度和质量要求也越来越高，型钢轧辊数控加工技术也得到了不断发展。攀钢轨梁厂型钢轧辊数控加工技术通过近年来的研究与应用，不论其质量和效率在国内同行业中均处于领先水平。2.型钢轧辊加工工艺介绍目前，国内几个主要型钢厂的轧辊加工仍采用成型刀进行加工，随着轧辊材质的不断升级，这种加工方式的不足则越来越明显。一方面成型刀加工后轧辊孔型精度和表面粗糙度均较差，另一方面受刀具制作工艺影响，成型刀难以满足高硬度轧辊加工。数控加工技术的发展则成功解决了成型刀具加工存在的这两个问题，但随之而来的问题是刀具制作成本高、轧辊加工效率低。型钢轧辊孔型具有断面复杂、局部尺寸小、位置尺寸关联性强等特点，攀钢的重轨轧辊孔型就是型钢轧辊孔型较为复杂的一种，其数控加工难度较大，经分析制约其数控加工技术应用主要体现在三个方面：一是孔型切入深度大，刀具选择困难；二是加工效率低，难以满足生产需要；三是数控编程技术难度大，职工不易掌握。3.型钢轧辊数控加工技术研究与应用为了充分发挥数控加工技术精度高，以提高轧辊加工质量。本文从轧辊数控加工技术的刀具优化选择、加工效率的提高、数控编程技术的简化等方面进行研究，成功实现了数控加工技术在型钢轧辊中的应用。3.1刀具的设计与选择数控机床刀具除数控磨床和数控电加工机床外，其他的数控机床都必须采用数控刀具。随着数控机床结构、功能的的发展，现在数控机床的刀具已不是普通车床所采用的“一机一刀”的模式，而是多种不同类型的刀具同时在数控机床轮换使用，因此“刀具”的含义应理解为“数控工具系统”。在数控轧辊的车削加工中，刀具的选择和刀具的运动轨迹安排都非常重要，因为不同的刀具，它所完成的切削任务不相同，尤其是对于断面相对复杂的重轨和型钢孔型，选择不同的刀具来共同完成孔型加工就显得更为重要。数控轧辊车床所选用的刀具大都是60×80方刀杆，这种刀具使用效率较低，因为在轧辊数控加工过程中，每更换一种类型的方刀杆就必须进行重新对刀，轧辊加工的辅助时间较多。对此，我们对数控轧辊车床的刀排结构进行改进，选用瑞典SANDIVK公司新开发的Capto快速装卡夹持单元。通过比较，采用Capto快速装卡夹持单元40秒就可实现刀具的更换，而采用方刀杆则需要20～30分钟左右才能实现刀具更换。并且Capto快速装卡夹持单元的装卡精度高，刀具之间的重复定位误差较小。3.2装夹辅助工具的设计与应用轧辊在开始加工前，首先必须使轧辊在数控机床上或夹具中占有某一正确的位置，为了使定位好的轧辊不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，还需将轧辊压紧夹牢。轧辊的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率、加工成本及操作安全都有直接影响。我们根据攀钢轨梁厂万能线各轧机轧辊传动侧的尺寸设计了一种辅助装卡定位装置。它包括车床主轴、主轴卡盘、主轴顶尖、尾座顶尖，其特征是在车床主轴上装有定位环，装卡工件的夹套经定位环定位406后固定于主轴卡盘上，夹套内孔装有锁固工件传动端头的滑板；工件车削时，只需将工件的传动端头插入夹套内孔滑板中，再利用车床主轴顶尖和尾座顶尖配合即可完成工件的装卡和定位。通过加装工件定位夹套，可大幅度减少轧辊车削时的装卡和调整找正时间，提高车削动力传递可靠性。3.3数控编程技术的简化应用数控编程是指根据被加工零件的图纸和技术要求、工艺要求，将零件加工的工艺顺序、工序内的工步安排、刀具相对于工件运动的轨迹与方向、工艺参数及辅助动作等，用数控系统所规定的规则、代码和格式编制成文件，并将程序单的信息制作成控制介质的整个过程。如果要将一支轧辊的孔型加工程序编制成为一套完整的数控程序，实现轧辊加工的全自动化，则不仅数控加工程序复杂，难以理解，而且在使用过程中对异常情况的处理难度较大。根据型钢轧辊孔型的加工特点，我们采取了分段式程序编程，即将轧辊上每一个孔型“视”为一个完整的工件进行独立编程，一支轧辊有几个孔型就由几个独立的程序组成。在调用程序过程中，可以根据不同部位孔型选择相应的加工程序，有效避免了程序间的相互干扰而出错。另外，为提高刀具的强度，减少非标准刀具的选择，在数控程序的编制过程中，对同一孔型的程序也需根据刀具的外观尺寸，对程序进行相应的分割，通过提高换刀次数（Capto快速装卡夹持单元的刀具换刀时间极少）来满足孔型的加工需要。为简化数控加工程序，在轧辊孔型数控程序编制过程中，按刀具的运行轨迹编制孔型的精加工程序。操作人员使用程序时，只需不断更改刀具补偿参数，使刀具运行轨迹不断接近孔型最终尺寸即可实现对孔型的加工。在加工过程中，为消除换刀后造成的误差，可以辅助孔型样板进行质量检查，对局部尺寸有差异时，仍可通常修改刀具补偿值对其局部加工，以满足质量要求。4.结论数控加工技术在型钢轧辊加工中的应用，不仅提高了轧辊加工质量，而且还为轧辊材料的不断升级创造了条件，有效降低了型钢厂的轧辊消耗。通过对数控加工中刀具的优化选择、装夹辅助工具设计和数控加工程序的简化，减少了轧辊加工辅助时间，提高了轧辊加工效率，满足了型钢厂的轧辊需求。