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雙刀車削在數控立式車床上的應（yīng）用

2023-3-21 來源：甘肅酒鋼集團西部重工股份有限公司作者：寇建昌毛華

摘（zhāi）要：有效應用（yòng）雙刀車（chē）削，是數控立式車床的重要選擇，也是（shì）數控立式機床未來的發展方向。基於此，在數控立式車床中，應探討雙刀車（chē）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。本研究針對工件的材質以及性（xìng）能，結合工件結構以及立式（shì）車（chē）床規格提出了雙刀車削的（de）方法，並結合工件形狀和（hé）具體尺寸編製車削過程數控加工程序，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

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。隨著現代工業的迅猛發展，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）品的升級換（huàn）代，需提升產（chǎn）品（pǐn）的技術水平並（bìng）拓寬服（fú）務領域。在此機遇下（xià），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起步較晚（wǎn），特別是（shì）智能化、專業化的大型高端數控裝備與國外的差距更為明顯，多數以立式或臥式數控（kòng）車床、加工中心等單機的形（xíng）式為主（zhǔ），並普（pǔ）遍（biàn）存在加工精度不穩定等技術（shù）缺陷。與此同（tóng）時，部分技術人員在設計（jì）過（guò）程中局限於傳統的（de）經驗，沒有從優化的角度進行充分研究，導致設計出來的（de）產品達不到生產要求，對機床的精度造成影響，進而影響使用壽命。

隨著數控機床（chuáng）的發展趨勢朝著高速、高精度以及（jí）高（gāo）柔度等方（fāng）向迅速發（fā）展，對機床的要求除了具有良好的工藝性、可靠（kào）性外，還（hái）對機（jī）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（tè）性方麵的要求比普通機床更高，在剛度係數方麵有標準規定，數控機床應比類似的普通機床（chuáng）高 50% 左右。因此亟須改進（jìn）生產工藝，從而提高（gāo）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（miàn）加工時（shí），有效提高生產（chǎn）效率，提高單位時間金屬去（qù）除量。這是由（yóu）於傳（chuán）統（tǒng）方式為增加背吃刀量，加大走刀量（liàng）或提高切削速度（dù）。但針對難加工材質工件例如奧（ào）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（jù）的限製，傳統的切削工藝在（zài）實際應用過程中效（xiào）果並不理想。

結合現有工件情況，在端麵加工過程實（shí）施雙刀車削（xuē）的工藝（yì）過程，可以較大（dà）地提高（gāo）生產效（xiào）率，有效地保證刀片使用壽命。將雙刀車削（xuē）應用於數控立式車床上，可以較好地優化立式車床的切削性能。

2、雙刀（dāo）車削（xuē）

2.1 車削概念

所謂車削，指的是車床（chuáng）加工，通過（guò）運用車刀對旋轉的工件落實相應的車（chē）削加工，而車（chē）床加工隸屬於機械（xiè）加工。針對車床開展的加工工（gōng）作主要依靠（kào）鑽頭、擴孔鑽、板（bǎn）牙等實現（xiàn）。車床作為機械製造中比較常見的機床加工（gōng）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（miàn）內車刀會采用（yòng）直線或曲線的運行方式，從而實現良好的切削加工 [1-2]。一般情況下，車削（xuē）加工在車床上完成，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（chéng）中，車刀的運動方向（xiàng）應該是與工件旋轉軸線相平行的。在進行車削端（duān）麵或者（zhě）切斷工件工（gōng）作時，車（chē）刀的運動方向應該（gāi）是與工件旋轉軸線相垂直的。當車刀的運動軌跡和工件旋（xuán）轉軸線形成相應的斜角，即可構成一個完整的圓錐麵。在進行車削時，在機床主軸的帶動旋轉下，工件進行主運動。而車刀此時（shí）處（chù）在刀架上（shàng），進行進給運動。這時切削速度由旋轉（zhuǎn）工件加工表麵與車刀接觸點（diǎn）處的線速度可以得知，而（ér）切削深度則體現在每（měi）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（jiǎo）度。

而車削主要（yào）由兩部分構成：粗（cū）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（jiàn）以一定（dìng）的轉速比進行相同方向的旋轉，由（yóu）此，車刀和工件的運動軌跡都會具（jù）有（yǒu）相應的變化，最後呈現出多邊形的工件。與此同時，當（dāng）車刀縱向進給時，工（gōng）件每旋轉一次，刀架就會多一個周期的徑向往（wǎng）複運動，從而凸輪以及其他非圓形斷麵表麵就能得到良好（hǎo）的加工。同樣地，將該加工原理落實（shí）在鏟齒車床上，一些多齒刀具刀齒的後刀麵也（yě）能夠得到良好的加工。

2.2 雙刀車削加工

雙刀車削加工的（de）落實（shí）原理為，通（tōng）過將原來（lái）單獨（dú）的車（chē）刀（dāo）車削量（liàng），分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（tóng）時加工時間得到縮減，極大地（dì）提升了加工（gōng）效率。

首先，從車削工序來看，可以（yǐ）從以下兩個方麵落實：外圓（yuán）內孔類的車削、端麵台階麵車削。所謂外圓內孔類車削，當加（jiā）工程度可以實現一刀車削時（shí），有效（xiào）利用並排雙刀的方（fāng）式進行車刀安裝，指的是在原（yuán）有刀架的基礎（chǔ）之上，在一段距離（lí）之外再安設一車刀，從而使兩車刀（dāo）形成並排的狀（zhuàng）態。這（zhè）時兩車刀刀頭之間的距離與總加工長（zhǎng）度相對比（bǐ），前者要在後者長度的一半以下，從（cóng）而傳統加（jiā）工工藝中車床X軸進給的（de）長度也會隨之減少，但是會極大地提升工作效率。在（zài）加工餘量（liàng）很大的情況下，需要針對表麵落實車削（xuē）作業時，充分利用階梯雙刀安裝手段。所謂兩（liǎng）柄車刀安（ān）裝，第一刀去所具（jù）有的加工餘量，即在背吃刀量方向兩車刀的高度（dù）差。而雙刀的車削餘量總量，與工件加工餘量總量相等 [3-4]。對刀（dāo）時，第二刀和工件表麵（miàn）會進行相應的對刀，大拖板或者小拖板會（huì）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（kě）以進行車削作業（yè）。

科學調整第二柄車刀的角度，能夠極大地提升加工的精確度，優（yōu）化工（gōng）件表麵的（de）粗糙度。從端（duān）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為並排雙刀以及並（bìng）排加階梯雙刀。當車削台階麵時，通過良好落實雙刀並排以及階梯安裝工藝方法，促使雙刀的背吃刀量（liàng）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，即表麵幹涉問題。而當車削端（duān）麵時（shí），通過科學使用並排雙（shuāng）刀的安（ān）裝手段，確保雙刀刀頭之間的距離在端麵半徑的一半以內，從而不會出現表麵幹涉問題。

其（qí）次，配車。通常配車（chē）會出現（xiàn）在軸瓦澆鑄之（zhī）前，其對（duì）於軸瓦澆鑄作業良好進行具有十（shí）分重要的作用，確保（bǎo）合金能與鋼體實現充分（fèn）黏合[5]。由此，應該在軸瓦的表（biǎo）麵車出相應的環槽，即有規則的曲線。同時，在澆（jiāo）鑄之前工件表麵很有可（kě）能會出現氧化的問題，從而影響到（dào）切削速度。針對這個問題，應該在傳統車刀配車的（de）基礎（chǔ）之上，有效利用單車刀在工件表麵進行拉（lā）槽，從而實現澆（jiāo）鑄表麵曲線的有效加工。在加工表麵寬度相（xiàng）對較大的情況下，通常需要較長的配車時間，導致生產效率降低，且完成加工（gōng）的工件（jiàn）表麵更容易出現氧化的（de）問題。而通過雙刀結合配車，加（jiā）工時間會被極（jí）大地縮短，生產效率和配車質量得到充分（fèn）的保障。內孔類配車與雙刀車削內孔基本原理是相同的，車刀安裝方式通（tōng）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該對雙（shuāng）刀刀頭之間的距離進行精確（què）計算，從而切實（shí）保障雙刀一次安裝能配（pèi）車全部加（jiā）工（gōng）表麵寬度，同時（shí）表麵幹涉問題不會出現。端麵、台階麵配車與（yǔ）雙刀車削端麵台階麵在原理上是一致的（de）。

2.3 加工方法

從加（jiā）工方（fāng）法實際（jì）來看，可以從粗車和（hé）精車兩個角（jiǎo）度落實。首先，粗車車削加工對於外圓粗加工來說，能夠實現較高的效益和價值。粗車的應用價值體現（xiàn）在，能夠確保（bǎo）毛坯上多（duō）餘的金屬被充分地清除掉，從而生（shēng）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（chī）刀量以及（jí）進給量。而（ér）為了減（jiǎn）少對刀（dāo）具的傷害，促使刀（dāo）具得到持續性利用，應（yīng）該有效降低切削速度（dù） [6-7]。粗車時，較（jiào）大（dà）的主（zhǔ）偏角對於車刀有更好的效用，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。在前角、後角以及負值的刃傾角（jiǎo）比較小的情況下，車刀切削部分的強度得到相應的提（tí）升。而精（jīng）車（chē）加工的目的更多體現在保障零件的精度以及維護（hù）表麵的質（zhì）量。精車外圓表麵所使用的背吃刀量與進給量相對（duì）較小（xiǎo），切（qiē）削速度比（bǐ）較快。針對一些（xiē）大型軸類零件外圓進行加工時，寬（kuān）刃車刀低速（sù）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較大，從而使加工表麵的質量得到相應的提升。對於精度比較高（gāo）的外圓（yuán）來說，精車能夠很好地應用（yòng）在（zài）其（qí）最終加工中以及預加工中。

2.4 車床保（bǎo）養

針對車床落實的保養工作，可以體現在兩個方麵（miàn）：裝夾校正以及管（guǎn）理工具和車刀。首先，在進行裝夾校（xiào）正工件時，應該注意以下（xià）事項。工件中會（huì）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（miàn），使導軌出現損壞。同時針對一（yī）些比較大、結構複雜、裝夾比較小（xiǎo）的工件，落實裝夾和校正工作時（shí），應該提（tí）前將相應的（de）木製床蓋（gài）板放置在工件下的車床（chuáng）床（chuáng）麵上，並利用壓板或（huò）者活絡頂（dǐng）針，確保（bǎo）工件被完全頂住（zhù），避免其掉落（luò）導致車床被砸毀 [8-10]。當出現（xiàn）工件位置不良的問題時，應該有效利用夾爪、壓板（bǎn）以及頂針，將其暫時（shí）鬆開再進行相應的調整。避免對其強力敲擊，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（gōng）具以及車刀的管理。一般情況（kuàng）下，車刀和工具不應該被放（fàng）置在床麵上，因為容易導致導軌被損（sǔn）壞。在有需（xū）求（qiú）的情況（kuàng），應該用床蓋（gài）板將床麵和工具隔離開，避免（miǎn）二者直接接觸。

3、數控立式車（chē）床

所謂數（shù）控立式車床（chuáng），指的是 CNC 立式車床（chuáng），其（qí）適用於一些中型、小型、蓋類零件等，優勢（shì）為自身（shēn）結構的穩定性和抗震性很高，裝夾工件簡便，安放設備需要的（de）麵積小。其所（suǒ）具（jù）有的（de）油水分離結構，能夠（gòu）有（yǒu）效維護冷卻水（shuǐ）的清潔環（huán）保性，而分離式冷卻水箱，在清洗一些高精度、高剛度的彈筒（tǒng）式主軸結構時具有良（liáng）好的表現，同時主軸（zhóu）套筒的維修工作也得到（dào）了（le）良好的保障（zhàng），極大地避免了加工精度受到不良影響的熱（rè）變形問題。大（dà）功率交流主軸（zhóu）電機（jī）對於機床有效運用以及穩（wěn）定（dìng）性具有良好（hǎo）的體現，主軸所使用的潤滑脂，能夠確保機器達（dá）到全封閉、免維護的狀（zhuàng）態。而床鞍、立柱導軌在超（chāo）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）到相應提升。結合良好的立式電動刀架，使得車床具有剛性良好、換刀（dāo）快速等優（yōu）勢。

4、雙刀車削在數控立式車床（chuáng）上的應用（yòng）

在加工過程中，所（suǒ）采用（yòng）的（de）數控立式車床為 6.3 m立式車床，其（qí）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（fèn）了解工件材質、機械性能、產（chǎn）品結構以及車床使用實際的基礎之上，通過有（yǒu）效利（lì）用雙刀車削，促（cù）使車床得到更為高效的（de）利用，生產效率和質量得到充分保障。在（zài）選擇刀（dāo）片時，應該從刀（dāo）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（jī）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使（shǐ）用壽命極大地縮（suō）短，進（jìn）而造成機床橫梁的振動，設備的良好使用也會受到一定的影響（xiǎng）。因此，通過對 6.3 m 立式車床進行深入分析，在有效應（yīng）用雙刀車削過程中（zhōng），對於端麵加工切削參數進行科學調整，確保車床得以良好運轉。

在實際進行端麵加工過程中，將兩把車刀科學地安設在（zài）立車滑枕端刀台（tái）兩端處，結合相應的切（qiē）削參數，有效利用（yòng）對刀儀確定兩車刀刀尖的高度差，並明確兩刀尖之間的距離，同時清晰工件端麵的厚度。將左側刀（dāo）尖對準明確的坐標點，工作台隨之旋轉相應（yīng）的角度。在切削初始階（jiē）段，左側刀會吃刀車削，而右側（cè）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，左側刀和右側刀同時基於工件端麵厚度以及兩刀尖之間（jiān）的（de）距離進行車削，當（dāng）左側車刀刀尖超出了端（duān）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（dāo），再（zài）次進刀，開始下一刀車削加工。除此之外，基於雙刀車削實際，將其良好運用在數控立式車床中，結合端麵（miàn）加工（gōng）過程，在現有程序背吃刀量、進給量基礎上，有效計算（suàn）單刀（dāo）車削工（gōng）時，從而明確雙刀車削和（hé）單刀車削的效（xiào）率。針對（duì）特種材質（zhì）或（huò）者加工難度係數比（bǐ）較高的材質車削（xuē），切削參數達到（dào）一定程度之後難以再提升參數，從而生產效率也難以進一步提（tí）高。而通過科學使用雙刀車削技術，相對於單刀加工手段（duàn），生產效率得到極大提升，生（shēng）產工作得以充分保障。

5、結語（yǔ）

綜上所述，通過對數控立式車床的分析可知（zhī），在加工過程中采取雙刀車削，對保障加工效果具有重要意義。結合當前數控立式車（chē）床實際，在加工過程中，雙（shuāng）刀車削的應用對提升工件車削效（xiào）率具有直接（jiē）影響。因此，應立足於數控立式（shì）車床實際，深入分析雙（shuāng）刀車削落（luò）實情況，有效運用雙（shuāng）刀車削，避免傳統單刀加工方式存在的問題，從而（ér）保障生產工（gōng）作的高效進（jìn）行，使生產效率和生產質量要求得到（dào）充分滿足。在特種材質（zhì）或（huò）是難加工材質車削（xuē）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。而選用雙刀車削工（gōng）藝（yì）方式，相較於單刀加工方式，將進一（yī）步地提高生產效率（lǜ），在實際生產過（guò）程中有重大意義。

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