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雙刀車削在數控立式車床上的應用（yòng）

2023-3-21 來源：甘肅酒鋼集團西（xī）部重工（gōng）股份有限公司作（zuò）者：寇建（jiàn）昌（chāng）毛華

摘要：有效應（yīng）用雙（shuāng）刀車削，是數控立式車床的重要選擇，也是數控立式機床未來的發展方向。基於此，在數控立式車（chē）床（chuáng）中，應探（tàn）討雙（shuāng）刀車削的優勢和具體應用，為生產工作的有序進行提供有力支持（chí）。本研究針對工件的材質以及性能，結（jié）合工件結構以及立式車床規（guī）格提出了雙刀車削的方法，並結合工件形（xíng）狀和（hé）具體尺寸編製車削過程（chéng）數控加工程（chéng）序，有效提高了工件車削效率。

關鍵詞：雙刀車削；數控立式車（chē）床；應用

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經濟實力。隨著現（xiàn）代工業（yè）的迅猛發展（zhǎn），一方麵，汽車、船舶、航天航（háng）空等上遊產業有強烈需求；另一方麵，各企業也麵臨著（zhe）產（chǎn）品的升級（jí）換代，需提升產品的技術水平並拓寬服務領域。在此機遇下，應當抓住機會，提升我國（guó）裝備製造能力。國內數控機床的研究起步較晚，特別是（shì）智能（néng）化、專業（yè）化的大型高端（duān）數控裝備與國（guó）外的差距（jù）更為明顯（xiǎn），多數以立式或臥式（shì）數控車床、加工中心等單機的形式為主，並普遍（biàn）存在加（jiā）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（guò）程中局限於傳統的經驗，沒有（yǒu）從優化的（de）角度進行充分研究，導致設計出來的產品達不到生產要求，對機床的精度造成影響，進（jìn）而影響使用壽命。

隨著數控機床的發展趨勢朝著高速（sù）、高精度以及高柔度等（děng）方向迅（xùn）速發展（zhǎn），對機床的（de）要求除了具有良好的工藝性、可靠性外（wài），還對機床的加工性能提出了更高的要求（qiú）。數控機床對靜剛度和動態特性方麵的要求比普通機床更高（gāo），在（zài）剛度係數方麵有標準規定，數控機床應比類似的普通（tōng）機床（chuáng）高 50% 左右。因此亟須改進（jìn）生產工藝，從（cóng）而（ér）提高生產效率。在數控立式車床上應用雙刀車（chē）削，可以在進行大直徑環形零件端麵加工（gōng）時，有效提高生產效率，提高單位時（shí）間金屬去除（chú）量（liàng）。這（zhè）是（shì）由於傳統方式為增加背吃刀量，加大走刀量或提高切削速度。但針對難加工材質工件（jiàn）例如奧氏體不鏽鋼、馬氏體不鏽鋼、雙相鋼以及超級雙相鋼，受限於機床剛性以及加工行業現有切削刀具的限（xiàn）製，傳統的切削工藝（yì）在實際應用過程（chéng）中效果並不理想。

結（jié）合（hé）現（xiàn）有工件情況，在端麵加工過程實施雙刀車削的工藝過程（chéng），可以較大地提高生產效率，有效地保證（zhèng）刀片（piàn）使用（yòng）壽命。將雙刀車削應用於數控立式車床（chuáng）上，可（kě）以較好地優化立式（shì）車床的切削性能。

2、雙刀車削

2.1 車削概念

所謂車削，指的是車（chē）床加工，通過運（yùn）用車刀對（duì）旋（xuán）轉的工件落實相應的車削加工，而車床加工隸屬於機械加工。針對車床開（kāi）展的加工工作主要依靠鑽頭、擴孔鑽、板牙等實現。車床作（zuò）為機械製造（zào）中比較常見（jiàn）的機床（chuáng）加工種類，對於（yú）軸、盤、套等工件具（jù）有良好（hǎo）的價（jià）值體現。所謂工件旋轉，指的是在平麵內車刀（dāo）會采用直（zhí）線或曲線的運行（háng）方式，從而實（shí）現良好的切削加工 [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（wài）麵（miàn）得到良好體現。車削內外圓柱麵（miàn）過程中，車刀的運動方向應該是與工件旋轉軸線相平行的。在進行車削（xuē）端麵或者切斷工件工作時，車刀（dāo）的運動方向應該（gāi）是與工件旋轉（zhuǎn）軸線相垂直的。當車刀的運動軌跡和工件旋轉軸線形成相應的斜角，即可（kě）構成（chéng）一個完整的圓錐麵。在進行車削時，在機床主軸的帶動旋轉下，工件（jiàn）進行主運動。而車刀此時處在刀架（jià）上（shàng），進行進給運動（dòng）。這（zhè）時切削速度由（yóu）旋轉工件加工表麵與車刀接觸點處的線速度可（kě）以得知，而切削深度則體現在每次的切削行程中，工（gōng）件未加（jiā）工以及已加工的表麵（miàn）之間具有相應的角度。

而車削主要由兩部（bù）分構成：粗車和精車。在車削加工過程中，工件（jiàn）同時在旋轉，車刀會與工件以一定的轉速比進行相同方向的旋轉，由此，車刀和工件的運動軌跡都會具有相應的變化，最後呈現出多邊形（xíng）的工件。與此（cǐ）同時，當車刀縱向進給時，工件每旋轉一次，刀架就會多一個周（zhōu）期的徑向往複（fù）運動，從而凸輪以及其他非圓形斷（duàn）麵表（biǎo）麵就能得到良好的加工。同（tóng）樣地，將該加工原理落實在鏟齒車床上，一（yī）些多齒刀具刀齒的後刀麵也能（néng）夠得到良（liáng）好的加工。

2.2 雙刀車削加工

雙刀車削加工的（de）落實原理為，通過將原來單獨（dú）的車刀車削量，分成兩個車刀開展有效的車削工作。由此，原有車削量由（yóu）一次增加到兩次，同時加工（gōng）時間得到縮減，極大地提升了加工效率。

首先（xiān），從車削工序來看，可以（yǐ）從以下兩個方麵落實：外圓內孔類的車削（xuē）、端麵台階麵車削。所（suǒ）謂（wèi）外圓內孔類車削，當加工程度可（kě）以實（shí）現（xiàn）一刀車（chē）削時，有效利用（yòng）並排雙刀（dāo）的（de）方式進行車刀（dāo）安裝，指的是在原有刀架的基礎之上，在（zài）一段距離之外再安設一（yī）車刀，從而使兩車刀形成並排（pái）的狀態。這時（shí）兩車刀刀頭（tóu）之間的（de）距離與總（zǒng）加工長度相對比，前者要在後者長（zhǎng）度的一半以下，從而傳統加工（gōng）工藝中車床X軸進給的長度也會（huì）隨之減少，但（dàn）是會極大地提升工作（zuò）效率。在（zài）加工餘量很大的情況下（xià），需要針對表麵（miàn）落實車削作業時，充分利用（yòng）階梯雙刀安裝手段。所謂兩柄（bǐng）車刀安裝，第一（yī）刀去所（suǒ）具有的加工餘量，即在背吃刀（dāo）量方向兩（liǎng）車刀的（de）高度差。而雙刀的車（chē）削餘量（liàng）總量，與工件加工餘量總量相等 [3-4]。對刀時，第二刀和工件表麵會進行相應的對刀，大（dà）拖板或者（zhě）小拖板會被退出來，再進行第一柄車刀的安裝工作，隨之中拖板會進行進刀，之後就可以進行車削作業。

科學調整（zhěng）第二柄車刀的角度，能夠極大地提升加工（gōng）的精確度，優化工件表麵的粗糙度。從端麵台（tái）階麵車削來看，一般（bān）情況下，車（chē）削端麵和台階麵（miàn）所采（cǎi）用的安裝方法（fǎ）為並排雙刀以及（jí）並排加（jiā）階梯（tī）雙（shuāng）刀。當車削台（tái）階麵（miàn）時，通過（guò）良好落實雙刀並（bìng）排以及階梯安裝工藝方法，促（cù）使雙刀（dāo）的背吃刀量得（dé）到（dào）充（chōng）分的保（bǎo）障（zhàng），同時已（yǐ）經完成加工的表麵不會出（chū）現二次加工的情況，即表麵幹涉問題。而當（dāng）車削（xuē）端麵時，通過科學使用並排雙刀（dāo）的（de）安裝手（shǒu）段，確保雙刀刀頭之間的距離（lí）在端麵半徑的一（yī）半以內（nèi），從而（ér）不會（huì）出（chū）現表麵幹涉問題。

其次，配車。通常配車會出（chū）現在軸瓦澆鑄之前，其對於（yú）軸瓦澆鑄作業良好進行（háng）具（jù）有十分重要（yào）的作用，確保合金能（néng）與鋼體（tǐ）實現充分黏（nián）合[5]。由此，應該在（zài）軸瓦的表（biǎo）麵車出相應的環槽，即有規則的曲線（xiàn）。同（tóng）時（shí），在澆鑄之前工件表麵很有可能會出現氧化（huà）的（de）問題（tí），從而影響到切削速度。針（zhēn）對這個問題，應該在傳統車刀配車的基（jī）礎之上，有（yǒu）效利用（yòng）單車刀在工件表麵進行拉槽，從而實（shí）現澆鑄表麵曲線的有效加（jiā）工。在加工表（biǎo）麵寬度相對較大的情況下，通常需要較（jiào）長的配車時間，導致生產效率降低，且完成加工的工（gōng）件表（biǎo）麵更容易出現氧化（huà）的（de）問題。而通過雙刀結（jié）合（hé）配車，加工時間會被極大地縮短，生（shēng）產效率和配車質（zhì）量得到充分的保障。內孔類配車與雙刀車削（xuē）內（nèi）孔基本原理是相同的（de），車（chē）刀安裝方式通常會采用並（bìng）排（pái）雙刀，在安裝的過程中，需要明確的是配車時應（yīng）該對雙刀刀頭之間的距離進行精（jīng）確計算，從而切實保障（zhàng）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（duān）麵台階麵在原理上是（shì）一（yī）致的（de）。

2.3 加工方法（fǎ）

從（cóng）加工方（fāng）法（fǎ）實際來（lái）看，可以從粗車和精車兩個角度落實。首（shǒu）先，粗車車削加工對於外圓粗加工來說，能夠實現較高的（de）效益和價值。粗車的應用價值體（tǐ）現（xiàn）在，能（néng）夠確保毛坯上多餘的金屬被充分地清除掉，從而生產率得到相應（yīng）的提升。粗車（chē）基於提升生產力的目的，會有效運用背吃刀（dāo）量以及進給量。而為了減少（shǎo）對刀具的（de）傷害，促使刀具得到持（chí）續性利用，應該有效降低切（qiē）削速度 [6-7]。粗車時，較大（dà）的主（zhǔ）偏角對於（yú）車（chē）刀有更好的效用，從而背（bèi）向力（lì）相應地減小，工（gōng）件的彎曲變形和振動問題得以充（chōng）分避（bì）免。在前（qián）角、後角以及負值（zhí）的刃傾角比較小的情況下，車刀切削部分的強度得到（dào）相應的提升。而精車加工的目的更多體現在（zài）保障零件的精度以及維護（hù）表麵的（de）質量。精車外圓表麵所使用的（de）背吃刀量與進給量相對較小，切削速度比較快。針對一（yī）些大型軸類零件外圓進行加工時，寬刃車刀低速精（jīng）車（chē）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，從而使加工表麵的質量得到（dào）相應的提升。對於精度比較高的外圓來說，精車能夠很好地應用在其（qí）最終（zhōng）加工（gōng）中以及預加工中。

2.4 車（chē）床保養

針對車床落實的保養（yǎng）工作，可以體現在兩個方麵：裝夾校（xiào）正以及管理工具和車刀。首先，在進行裝夾（jiá）校正工件時（shí），應該（gāi）注意以下事項。工件中會攜帶泥沙等雜（zá）質，需要對其進行全（quán）麵（miàn）清理，從而避免（miǎn）雜質被帶進拖（tuō）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，落實裝夾和校正工作時，應該提前將相（xiàng）應（yīng）的木製床蓋板放置在（zài）工件下的（de）車（chē）床床麵上，並利用（yòng）壓板或者活絡（luò）頂（dǐng）針，確保工件被完全（quán）頂住，避免其掉落導致車床被砸毀（huǐ） [8-10]。當出現工件位置不良的問題時，應（yīng）該有效利用夾爪、壓板以及頂針，將其暫時鬆開再進行相應的調整。避免對（duì）其強力敲擊，強行扳正，導致車床主軸的精確度受到不良影響。其次，針對工具以及車（chē）刀的管（guǎn）理（lǐ）。一般情況下，車刀和工具不應該被放置在床麵上（shàng），因為（wéi）容易（yì）導致導（dǎo）軌被損壞。在有需求的情況，應該用床蓋板將床麵和工具隔離開（kāi），避免二者（zhě）直接接觸。

3、數控立式車床

所謂數控立（lì）式車床，指的是 CNC 立式車床（chuáng），其適用於一些中型、小型（xíng）、蓋類（lèi）零件等，優勢為自身結構的穩定性和（hé）抗震性很高，裝（zhuāng）夾工件簡便，安放設（shè）備需（xū）要（yào）的麵積小。其所具有的油水（shuǐ）分離結構，能夠有效維護冷卻水（shuǐ）的清（qīng）潔環保（bǎo）性（xìng），而分離式（shì）冷卻水箱（xiāng），在清洗一些（xiē）高精度、高剛度的彈筒式主軸結構時具有良好的表現（xiàn），同時主軸套筒的維修工作也得到了（le）良好（hǎo）的保障（zhàng），極大地避免了加工精度（dù）受到不良影響的熱變形問題。大功率交流主軸電機（jī）對於機床有效運用以及穩定性具有良好的體現，主軸所（suǒ）使用的潤滑（huá）脂，能夠確保機器達到全封閉、免維護的狀態。而床鞍、立（lì）柱導軌在超重負荷直線（xiàn）滾動導軌的基礎之上，實現較（jiào）高（gāo）的動態響應能力，精度得到相應提升。結（jié）合良好的立式電動刀架，使得車床具有剛性良好、換刀快速等優勢。

4、雙刀車削在（zài）數控立式車床上的應用

在加工過程中，所采用的數控立式車床為（wéi） 6.3 m立式（shì）車（chē）床，其結構為雙刀架，右刀架和左刀架分別為數控刀架、程控刀架。在充分了解工件材質、機械性能、產品（pǐn）結構以及（jí）車床使用實際的基礎之上，通過（guò）有效利用雙刀車削，促使車床得到更為高效的利用，生產（chǎn）效率和質量得到充（chōng）分保障。在選擇刀片時，應該從刀片的材質、表麵塗層、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。調整不當會使刀片的（de）使用（yòng）壽命極（jí）大地（dì）縮短，進而造成機床橫梁的振動，設備（bèi）的良好使用也會受到一定的影響。因此，通過對 6.3 m 立式車床進行深入分析，在（zài）有（yǒu）效應用雙刀（dāo）車削過程中，對於端麵加（jiā）工切削參數進行（háng）科學調整，確保車（chē）床得（dé）以良好運（yùn）轉。

在實際進行端麵加工過程中，將兩把車刀（dāo）科學地安（ān）設在（zài）立車（chē）滑枕端刀台兩端處，結（jié）合相應的切削參數，有效利用對刀儀確定兩車刀刀尖的高度差，並明確（què）兩（liǎng）刀尖之間的距離，同時清（qīng）晰工件端麵的厚度。將左側刀尖對準明（míng）確的坐標點，工作台隨之旋轉相應的角度。在切削初始階段，左側刀會吃（chī）刀（dāo）車削，而右側刀則不（bú）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）側刀同時基於工件端麵厚度以及兩（liǎng）刀尖之間的距離進行車（chē）削，當（dāng）左側車（chē）刀刀尖超出了端麵，明確其中完成加工的區域以及未加工區域，進（jìn）行雙刀抬刀和退刀，再次進刀，開始下一（yī）刀車削加工。除此之外，基於雙刀（dāo）車削實際，將其（qí）良好運用在數控立式車床中，結合端（duān）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，從而明確雙刀車削（xuē）和單（dān）刀車削的效率。針對（duì）特種材質或者加工難度係數比較高（gāo）的材質車削，切削參數達到一定程度之後難以再提升參（cān）數，從而生產效率也難以進一步提高。而通過科學使用雙刀車削技術，相（xiàng）對於單刀加工手段，生產效率得到極大提升，生產工作得以充分保障。

5、結語

綜上所述，通過對（duì）數控（kòng）立式車床的分（fèn）析可知，在加工過程中采取雙刀車削（xuē），對保障加工效果（guǒ）具（jù）有重要意義。結合當前數控（kòng）立式車床實際（jì），在加工過（guò）程中，雙刀車削（xuē）的應用對提升工件車削效率具有直接影響。因此（cǐ），應立足於數控立式車床實際，深入分析雙刀車削落實情況，有效運用雙刀車削（xuē），避免傳（chuán）統單刀（dāo）加工方式存在（zài）的問（wèn）題（tí），從而保（bǎo）障生產工作的高效進行，使生產效率和生產質量要求得到充分滿足。在特種（zhǒng）材質或（huò）是難加工材質車削（xuē）方麵，切削（xuē）參數調整到一（yī）定（dìng）數值後很難再（zài）通過提高（gāo）參數來提高生產效率。而選用雙刀車削工藝方式，相較於單刀加工方式，將進（jìn）一步地提高生產效率，在實際生產過程中有重大意義。

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