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数控轧辊车床选型

文档作者：王双泉胡建军钱献人张孝洪文档来源：杭州钢铁集团公司设备制造分公司杭		点击数：	更新时间： 2021年06月02日
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2014年2月 第一期 冶全
数控轧辊车床选型
王双泉 胡建军 钱献人张孝洪
(杭州钢铁集团公司设备制造分公司 杭州 310022)
摘要：对如何有效发挥数控加工技术的柔性化特点，提高轧钢厂孔型加工的精度和表面光洁度，缩短新
产品开发周期提出了解决方案，并就方案实施过程、实施效果、以及存在的问题、应对措施进行了
探讨。
关键词：轧辊车床；孔型；数控加工；刀具
U 日IJ吾
随着杭钢集团公司新产品开发力度和对产品
质量的要求不断提高，对轧钢厂而言，轧辊的品种
和孔型也不断增加，特别是型钢产品，孔型日趋复
杂，加工精度要求更高。在前期开发过程中，轧辊
的孔型加工，主要采用成型刀加工。操作流程为：
加工孑L型样板一对照样板刃磨专用刀具一对比加
工或对辊加工。尺寸精度高度依赖于刀具、样板的
制作精度，对操作者技能要求高，尺寸精度难以掌
控，质量不稳定。轧辊表面较粗糙，接刀痕迹明显。
刀具磨损后难以补偿，尺寸难以控制。一种新产品
上市，由于孔型开发加工时间过长，成本费用高，严
重地制约了新产品的开发和推向市场的时间。开
发一种新产品花在刀具上的费用约为2(】～30万
元，每年用于维持生产的刀具费用达100万元。
1 数控轧辊机床的优势
1)可以精确加工传统机床无法加工的复杂曲
面，轧槽定位准确，上下轧槽吻合好，可避免由于
轧辊加工不合格引起的应力集中而造成的断辊现
象。同时避免轧槽定位不准问题。
2)可以实现加工的自动化，生产效率可大幅
度提高，同时可实现多工序的集中加工，减少被加
工件在机床间的频繁搬运，并实现单件和小批量生
产实现自动化。
3)拥有自动报警，自动监控，自动补偿等多种
自率功能。
4)其精确定位可为轧线上新工艺的应用拓宽
道路。
2 数控轧辊机床主要参数确定
2．1 最大可加工规格
目前杭钢轧辊规格最大为$86o×1810，考虑留
有适当余地，确定可加工的最大规格为~1ooo×
6000。
2．2 主电机功率
参照现有普通重型轧辊车床的功率，确定拟购
车床电机功率为75kW。
2．3 主轴最高、最低转速
主轴转速是影响加工件表面质量的重要参数，
转速越高就越容易实现加工件较好的表面质量，数
控机床主轴转速按加工件在“计算直径”时获得最
佳表面质量所需的线速度确定。根据本机床加工
件的计算直径+800ram(通常取机床“最大加工直
径”的80％)，从《现代实用机床设计手册》中查得最
高主轴转速为250r／min)。最低转速主要考虑将来
可能要在该车床上切削其它零件如蜗杆，蜗杆精车
时需要高速钢刀具配合极低的转速以获得满意的
光洁度，故确定最低转速为3．0 r／min，通过直流电
机来实现3．Or／min～250r／min之间的无级调速。
2．4 花盘最大扭矩
花盘扭矩是车床驱动工件进行加工的主动力，
花盘扭矩值越大刀具能够实现的切深和进刀量也
2 ，l}全 2014年2月 第一期
越大，是实现机床加工效率的重要参数，机床花盘
最大扭矩值可按下式计算：
T=9550rP—Po)／n
式中：P为主电动机的额定功率P=75kW
Pn为空运转功率Po=0．15P
n 为主轴计算转速n=nmi (n ／n i )。·
将n一=250r／min、n i =3 r／min代人，
则n：3(250／3)o．ss 34
于是得出花盘扭矩
T=9550(75—75 X 0．15)／34 18kNM，取最大
扭矩T=20 kNM
最大切削力F=T／(Df~／2)=20／0．4=50 kN
(D计算=0．8 X 1M)
综合以上计算，并结合实际需求，确定数控轧
辊车床主要技术参数如下：
主电机功率75kW，最大可加工直径lm，最大
可加工长度6m，花盘扭矩不小于20kNM，切削力不
小于50kN。
3 轧辊孔型的加工工艺
轧辊的所承受的轧制力大，集中作用于辊身中
部辊身上，承受交变弯曲应力，必须要求轧辊具有
良好的强韧性、耐磨性能和抗冲击性能及抗裂纹性
能，一般为无限冷硬铸铁轧辊、高铬高镍铬轧辊、
特殊合金铸钢轧辊或含硼高速钢轧辊。由于工件
材质偏硬，给车削工序带来一定困难。
型钢轧辊孔型具有断面复杂，轧辊的孑L型位置
尺寸关联性强，有的孔型深有100ram，孔型又窄，相
互关联的过渡圆弧半径也小，建议利用普通轧辊车
床进行粗车，数控车床代替普通轧辊车床进行精加
工。
3．1 数控编程
数控编程是指被加工工件按照图样尺寸及技
术要求、工艺要求将零件按照数控加工的工艺顺序
进行工艺安排，利用刀具相对于工件运行的轨迹进
行合理的编程，从而实现零件的自动化加工。但由
于受到刀具的限制一支轧辊的孔型加工无法实现
一整套完整的全程自动加工。根据孔型的特点和
所留的加工余量，采用分一总一分的加工编程方
法，先分段编程即一个孔型一个加工程序，最后采
用一把精车刀，编一个完整的精加工程序，完成整
个轧辊孔型的精加工，以保证孔型的尺寸位置精
度。
为简化数控加工编程，使刀具不会产生碰撞与
干涉，用录入加工方式，手动操作对孔型的直径尺
寸进行车削，留精加工余量。在对孔型进行编程
时，根据所留的余量，采用粗车循环CYC95指令，对
每个孔型进行分段编程进行加工。有时为了减小
空行程，采用刀具补偿的方式来进行加工，但都统
一留有精车余量(直径0．5～lmm，两侧面0．2～
0．3mm)。
3．2 车刀的选择
数控加工主要是柔性化的轻载切削，数控刀具
装夹定位精度高，误差小，换刀头方便。复杂的型
面采用通用刀具利用数控技术就可完成加工，因此
根据孔型的形状特点，选择通用的数控车刀就可以
完成弧形履带板的孔型加工，如下图所示。
半箱圭
槠车刀
走月路线
图1 履带板的孔型加工示意图
3．3 刀头的选用
涂层刀具的断屑槽与硬质合金夹固式刀片，以
及焊接刃磨的刀具相比，采取了一些利于断屑的技
术措施，角度变化更多，从而使切屑更易折断并保
护刀片。涂层刀具综合性能良好，通用性强，一种
涂层硬质合金刀片是有较宽的使用范围。在加工
中建议使用山特维克的涂层刀具，牌号有(钢：
4215，冷硬铸铁：3210)，刀片形状有：35。、55。、80。菱
形刀片，R5、R6圆形刀片。
3．4 定位基准的确立
由于一支轧辊上很多孔型，加工时要用到不同
的刀具，为了保证孔型的加工尺寸精度和相关联的
位置，应确立轧辊的一端为定位基准面，车刀的轴
向对刀都以此面为对刀基准，同时也是数控编程的
起始轴向基准。装夹采用双顶尖配四爪，四爪松紧
适当，尾座的顶尖压力要达到规定数值。
3．5 编程工艺数值的计算
孔型的各个交点和节点的数值先利用CAD软
，
2014年2月 第一期 数控轧辊车床选型 3
件，在电脑中完成这些数值的捕捉，当使用的刀具
它的刀尖半径跟孔型尺寸相冲突时，对所加工的尺
寸进行修改，消除加工时出现由于刀具干涉发生的
程序报警。
3．6 切削量的合理选用
选用切削量时主要根据加工效率以及断削的
实际情况来定，精加工时是以质量为原则的，同时
要考虑车刀在加工中的使用寿命和磨损量对加工
精度的影响。在使用山特维克刀具时，切削用量一
般都选在以下范围内。为了防止出现非正常消耗，
在刀片使用到一定的磨损量(后刀面出现0．6mm
以上磨损平面)或时间时，一定要进行更换，以防出
现崩刃或x轴Y轴驱动器报警，使自动加工停止。
3．6．1 钢质牟L辊
半精车切削用量v=80～100mm／min，印=4—
6mm，f=0．4 0．6mm／n。精车的切削用量v=100
— 120mm／min，印=0．2～0．5mm，f=0．3～0．4mm／n。
3．6．2 冷硬铸铁轧辊
切削用量半精车v=25～35rnm／min，印=4—
5mm，f=0．2～0．4mm／n。精车的切削用量v=40—
50ram／rain，ap 0．2—0．5mm，f=0．3～0．4mm／n。
精加工时，还可以选用整体式陶瓷刀片和立方氮化
硼刀片，在相同的切削深度和进给量下，它的切削
速度可达到v：100mm／min，从而使加工效率得到
提高。
图2 开发新产品孔型精加工刚下线的轧辊
4 结语
目前数控轧辊车床已成功运用于履带板孑L型
加工，由于转换了加工方式，减少了孔型加工的准
备辅助时间，并节约了刀具的消耗。应用数控轧辊
车床可以使孔型尺寸更加精准、辊面光洁度更高，
提高了加工质量和效率，由于采用通用刀具取代整
体成型刀具，大大缩短了开发和组织生产时间。通
过实践同时也为不同产品提供不同材质型钢轧辊
孔型提供了实质性的加工实例。
收稿日期：2013—02—27
审稿：梁 监淼
编辑：魏海青
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