寇建昌 ，毛 華

（甘肅酒鋼集團(tuán)西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 研究意義

裝備制造業(yè)反映了一個(gè)國(guó)家的國(guó)防科技實(shí)力與國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，一方面，汽車(chē)、船舶、航天航空等上游產(chǎn)業(yè)有強(qiáng)烈需求；另一方面，各企業(yè)也面臨著產(chǎn)品的升級(jí)換代，需提升產(chǎn)品的技術(shù)水平并拓寬服務(wù)領(lǐng)域。在此機(jī)遇下，應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)會(huì)，提升我國(guó)裝備制造能力。國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的研究起步較晚，特別是智能化、專(zhuān)業(yè)化的大型高端數(shù)控裝備與國(guó)外的差距更為明顯，多數(shù)以立式或臥式數(shù)控車(chē)床、加工中心等單機(jī)的形式為主，并普遍存在加工精度不穩(wěn)定等技術(shù)缺陷。與此同時(shí)，部分技術(shù)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中局限于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有從優(yōu)化的角度進(jìn)行充分研究，導(dǎo)致設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品達(dá)不到生產(chǎn)要求，對(duì)機(jī)床的精度造成影響，進(jìn)而影響使用壽命。

隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)朝著高速、高精度以及高柔度等方向迅速發(fā)展，對(duì)機(jī)床的要求除了具有良好的工藝性、可靠性外，還對(duì)機(jī)床的加工性能提出了更高的要求。數(shù)控機(jī)床對(duì)靜剛度和動(dòng)態(tài)特性方面的要求比普通機(jī)床更高，在剛度系數(shù)方面有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，數(shù)控機(jī)床應(yīng)比類(lèi)似的普通機(jī)床高50%左右。因此亟須改進(jìn)生產(chǎn)工藝，從而提高生產(chǎn)效率。在數(shù)控立式車(chē)床上應(yīng)用雙刀車(chē)削，可以在進(jìn)行大直徑環(huán)形零件端面加工時(shí)，有效提高生產(chǎn)效率，提高單位時(shí)間金屬去除量。這是由于傳統(tǒng)方式為增加背吃刀量，加大走刀量或提高切削速度。但針對(duì)難加工材質(zhì)工件例如奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙相鋼以及超級(jí)雙相鋼，受限于機(jī)床剛性以及加工行業(yè)現(xiàn)有切削刀具的限制，傳統(tǒng)的切削工藝在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中效果并不理想。結(jié)合現(xiàn)有工件情況，在端面加工過(guò)程實(shí)施雙刀車(chē)削的工藝過(guò)程，可以較大地提高生產(chǎn)效率，有效地保證刀片使用壽命。將雙刀車(chē)削應(yīng)用于數(shù)控立式車(chē)床上，可以較好地優(yōu)化立式車(chē)床的切削性能。

2 雙刀車(chē)削

2.1 車(chē)削概念

所謂車(chē)削，指的是車(chē)床加工，通過(guò)運(yùn)用車(chē)刀對(duì)旋轉(zhuǎn)的工件落實(shí)相應(yīng)的車(chē)削加工，而車(chē)床加工隸屬于機(jī)械加工。針對(duì)車(chē)床開(kāi)展的加工工作主要依靠鉆頭、擴(kuò)孔鉆、板牙等實(shí)現(xiàn)。車(chē)床作為機(jī)械制造中比較常見(jiàn)的機(jī)床加工種類(lèi)，對(duì)于軸、盤(pán)、套等工件具有良好的價(jià)值體現(xiàn)。所謂工件旋轉(zhuǎn)，指的是在平面內(nèi)車(chē)刀會(huì)采用直線(xiàn)或曲線(xiàn)的運(yùn)行方式，從而實(shí)現(xiàn)良好的切削加工[1-2]。一般情況下，車(chē)削加工在車(chē)床上完成，從而使加工工件的內(nèi)外面得到良好體現(xiàn)。車(chē)削內(nèi)外圓柱面過(guò)程中，車(chē)刀的運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)該是與工件旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)相平行的。在進(jìn)行車(chē)削端面或者切斷工件工作時(shí)，車(chē)刀的運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)該是與工件旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)相垂直的。當(dāng)車(chē)刀的運(yùn)動(dòng)軌跡和工件旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)形成相應(yīng)的斜角，即可構(gòu)成一個(gè)完整的圓錐面。在進(jìn)行車(chē)削時(shí)，在機(jī)床主軸的帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)下，工件進(jìn)行主運(yùn)動(dòng)。而車(chē)刀此時(shí)處在刀架上，進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。這時(shí)切削速度由旋轉(zhuǎn)工件加工表面與車(chē)刀接觸點(diǎn)處的線(xiàn)速度可以得知，而切削深度則體現(xiàn)在每次的切削行程中，工件未加工以及已加工的表面之間具有相應(yīng)的角度。

而車(chē)削主要由兩部分構(gòu)成：粗車(chē)和精車(chē)。在車(chē)削加工過(guò)程中，工件同時(shí)在旋轉(zhuǎn)，車(chē)刀會(huì)與工件以一定的轉(zhuǎn)速比進(jìn)行相同方向的旋轉(zhuǎn)，由此，車(chē)刀和工件的運(yùn)動(dòng)軌跡都會(huì)具有相應(yīng)的變化，最后呈現(xiàn)出多邊形的工件。與此同時(shí)，當(dāng)車(chē)刀縱向進(jìn)給時(shí)，工件每旋轉(zhuǎn)一次，刀架就會(huì)多一個(gè)周期的徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而凸輪以及其他非圓形斷面表面就能得到良好的加工。同樣地，將該加工原理落實(shí)在鏟齒車(chē)床上，一些多齒刀具刀齒的后刀面也能夠得到良好的加工。

2.2 雙刀車(chē)削加工

雙刀車(chē)削加工的落實(shí)原理為，通過(guò)將原來(lái)單獨(dú)的車(chē)刀車(chē)削量，分成兩個(gè)車(chē)刀開(kāi)展有效的車(chē)削工作。由此，原有車(chē)削量由一次增加到兩次，同時(shí)加工時(shí)間得到縮減，極大地提升了加工效率。

首先，從車(chē)削工序來(lái)看，可以從以下兩個(gè)方面落實(shí)：外圓內(nèi)孔類(lèi)的車(chē)削、端面臺(tái)階面車(chē)削。所謂外圓內(nèi)孔類(lèi)車(chē)削，當(dāng)加工程度可以實(shí)現(xiàn)一刀車(chē)削時(shí)，有效利用并排雙刀的方式進(jìn)行車(chē)刀安裝，指的是在原有刀架的基礎(chǔ)之上，在一段距離之外再安設(shè)一車(chē)刀，從而使兩車(chē)刀形成并排的狀態(tài)。這時(shí)兩車(chē)刀刀頭之間的距離與總加工長(zhǎng)度相對(duì)比，前者要在后者長(zhǎng)度的一半以下，從而傳統(tǒng)加工工藝中車(chē)床X軸進(jìn)給的長(zhǎng)度也會(huì)隨之減少，但是會(huì)極大地提升工作效率。在加工余量很大的情況下，需要針對(duì)表面落實(shí)車(chē)削作業(yè)時(shí)，充分利用階梯雙刀安裝手段。所謂兩柄車(chē)刀安裝，第一刀去所具有的加工余量，即在背吃刀量方向兩車(chē)刀的高度差。而雙刀的車(chē)削余量總量，與工件加工余量總量相等[3-4]。對(duì)刀時(shí)，第二刀和工件表面會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)刀，大拖板或者小拖板會(huì)被退出來(lái)，再進(jìn)行第一柄車(chē)刀的安裝工作，隨之中拖板會(huì)進(jìn)行進(jìn)刀，之后就可以進(jìn)行車(chē)削作業(yè)。

科學(xué)調(diào)整第二柄車(chē)刀的角度，能夠極大地提升加工的精確度，優(yōu)化工件表面的粗糙度。從端面臺(tái)階面車(chē)削來(lái)看，一般情況下，車(chē)削端面和臺(tái)階面所采用的安裝方法為并排雙刀以及并排加階梯雙刀。當(dāng)車(chē)削臺(tái)階面時(shí)，通過(guò)良好落實(shí)雙刀并排以及階梯安裝工藝方法，促使雙刀的背吃刀量得到充分的保障，同時(shí)已經(jīng)完成加工的表面不會(huì)出現(xiàn)二次加工的情況，即表面干涉問(wèn)題。而當(dāng)車(chē)削端面時(shí)，通過(guò)科學(xué)使用并排雙刀的安裝手段，確保雙刀刀頭之間的距離在端面半徑的一半以?xún)?nèi)，從而不會(huì)出現(xiàn)表面干涉問(wèn)題。

其次，配車(chē)。通常配車(chē)會(huì)出現(xiàn)在軸瓦澆鑄之前，其對(duì)于軸瓦澆鑄作業(yè)良好進(jìn)行具有十分重要的作用，確保合金能與鋼體實(shí)現(xiàn)充分黏合[5]。由此，應(yīng)該在軸瓦的表面車(chē)出相應(yīng)的環(huán)槽，即有規(guī)則的曲線(xiàn)。同時(shí)，在澆鑄之前工件表面很有可能會(huì)出現(xiàn)氧化的問(wèn)題，從而影響到切削速度。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)該在傳統(tǒng)車(chē)刀配車(chē)的基礎(chǔ)之上，有效利用單車(chē)刀在工件表面進(jìn)行拉槽，從而實(shí)現(xiàn)澆鑄表面曲線(xiàn)的有效加工。在加工表面寬度相對(duì)較大的情況下，通常需要較長(zhǎng)的配車(chē)時(shí)間，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低，且完成加工的工件表面更容易出現(xiàn)氧化的問(wèn)題。而通過(guò)雙刀結(jié)合配車(chē)，加工時(shí)間會(huì)被極大地縮短，生產(chǎn)效率和配車(chē)質(zhì)量得到充分的保障。內(nèi)孔類(lèi)配車(chē)與雙刀車(chē)削內(nèi)孔基本原理是相同的，車(chē)刀安裝方式通常會(huì)采用并排雙刀，在安裝的過(guò)程中，需要明確的是配車(chē)時(shí)應(yīng)該對(duì)雙刀刀頭之間的距離進(jìn)行精確計(jì)算，從而切實(shí)保障雙刀一次安裝能配車(chē)全部加工表面寬度，同時(shí)表面干涉問(wèn)題不會(huì)出現(xiàn)。端面、臺(tái)階面配車(chē)與雙刀車(chē)削端面臺(tái)階面在原理上是一致的。

2.3 加工方法

從加工方法實(shí)際來(lái)看，可以從粗車(chē)和精車(chē)兩個(gè)角度落實(shí)。首先，粗車(chē)車(chē)削加工對(duì)于外圓粗加工來(lái)說(shuō)，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的效益和價(jià)值。粗車(chē)的應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在，能夠確保毛坯上多余的金屬被充分地清除掉，從而生產(chǎn)率得到相應(yīng)的提升。粗車(chē)基于提升生產(chǎn)力的目的，會(huì)有效運(yùn)用背吃刀量以及進(jìn)給量。而為了減少對(duì)刀具的傷害，促使刀具得到持續(xù)性利用，應(yīng)該有效降低切削速度[6-7]。粗車(chē)時(shí)，較大的主偏角對(duì)于車(chē)刀具有更好的效用，從而背向力相應(yīng)地減小，工件的彎曲變形和振動(dòng)問(wèn)題得以充分避免。在前角、后角以及負(fù)值的刃傾角比較小的情況下，車(chē)刀切削部分的強(qiáng)度得到相應(yīng)的提升。而精車(chē)加工的目的更多體現(xiàn)在保障零件的精度以及維護(hù)表面的質(zhì)量。精車(chē)外圓表面所使用的背吃刀量與進(jìn)給量相對(duì)較小，切削速度比較快。針對(duì)一些大型軸類(lèi)零件外圓進(jìn)行加工時(shí)，寬刃車(chē)刀低速精車(chē)有良好的利用效果。同時(shí)精車(chē)時(shí)車(chē)刀所具有的前角、后角以及正值的刃傾角一般比較大，從而使加工表面的質(zhì)量得到相應(yīng)的提升。對(duì)于精度比較高的外圓來(lái)說(shuō)，精車(chē)能夠很好地應(yīng)用在其最終加工中以及預(yù)加工中。

2.4 車(chē)床保養(yǎng)

針對(duì)車(chē)床落實(shí)的保養(yǎng)工作，可以體現(xiàn)在兩個(gè)方面：裝夾校正以及管理工具和車(chē)刀。首先，在進(jìn)行裝夾校正工件時(shí)，應(yīng)該注意以下事項(xiàng)。工件中會(huì)攜帶泥沙等雜質(zhì)，需要對(duì)其進(jìn)行全面清理，從而避免雜質(zhì)被帶進(jìn)拖板滑動(dòng)面，使導(dǎo)軌出現(xiàn)損壞。同時(shí)針對(duì)一些比較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝夾比較小的工件，落實(shí)裝夾和校正工作時(shí)，應(yīng)該提前將相應(yīng)的木制床蓋板放置在工件下的車(chē)床床面上，并利用壓板或者活絡(luò)頂針，確保工件被完全頂住，避免其掉落導(dǎo)致車(chē)床被砸毀[8-10]。當(dāng)出現(xiàn)工件位置不良的問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該有效利用夾爪、壓板以及頂針，將其暫時(shí)松開(kāi)再進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。避免對(duì)其強(qiáng)力敲擊，強(qiáng)行扳正，導(dǎo)致車(chē)床主軸的精確度受到不良影響。其次，針對(duì)工具以及車(chē)刀的管理。一般情況下，車(chē)刀和工具不應(yīng)該被放置在床面上，因?yàn)槿菀讓?dǎo)致導(dǎo)軌被損壞。在有需求的情況，應(yīng)該用床蓋板將床面和工具隔離開(kāi)，避免二者直接接觸。

3 數(shù)控立式車(chē)床

所謂數(shù)控立式車(chē)床，指的是CNC立式車(chē)床，其適用于一些中型、小型、蓋類(lèi)零件等，優(yōu)勢(shì)為自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性很高，裝夾工件簡(jiǎn)便，安放設(shè)備需要的面積小。其所具有的油水分離結(jié)構(gòu)，能夠有效維護(hù)冷卻水的清潔環(huán)保性，而分離式冷卻水箱，在清洗一些高精度、高剛度的彈筒式主軸結(jié)構(gòu)時(shí)具有良好的表現(xiàn)，同時(shí)主軸套筒的維修工作也得到了良好的保障，極大地避免了加工精度受到不良影響的熱變形問(wèn)題。大功率交流主軸電機(jī)對(duì)于機(jī)床有效運(yùn)用以及穩(wěn)定性具有良好的體現(xiàn)，主軸所使用的潤(rùn)滑脂，能夠確保機(jī)器達(dá)到全封閉、免維護(hù)的狀態(tài)。而床鞍、立柱導(dǎo)軌在超重負(fù)荷直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，精度得到相應(yīng)提升。結(jié)合良好的立式電動(dòng)刀架，使得車(chē)床具有剛性良好、換刀快速等優(yōu)勢(shì)。

4 雙刀車(chē)削在數(shù)控立式車(chē)床上的應(yīng)用

在加工過(guò)程中，所采用的數(shù)控立式車(chē)床為6.3 m立式車(chē)床，其結(jié)構(gòu)為雙刀架，右刀架和左刀架分別為數(shù)控刀架、程控刀架。在充分了解工件材質(zhì)、機(jī)械性能、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及車(chē)床使用實(shí)際的基礎(chǔ)之上，通過(guò)有效利用雙刀車(chē)削，促使車(chē)床得到更為高效的利用，生產(chǎn)效率和質(zhì)量得到充分保障。在選擇刀片時(shí)，應(yīng)該從刀片的材質(zhì)、表面涂層、角度結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行考慮，確保刀片為雙刀車(chē)削的良好使用奠定基礎(chǔ)。在實(shí)際使用過(guò)程中，相應(yīng)調(diào)整切削過(guò)程的ap值和fn值。調(diào)整不當(dāng)會(huì)使刀片的使用壽命極大地縮短，進(jìn)而造成機(jī)床橫梁的振動(dòng)，設(shè)備的良好使用也會(huì)受到一定的影響。因此，通過(guò)對(duì)6.3 m立式車(chē)床進(jìn)行深入分析，在有效應(yīng)用雙刀車(chē)削過(guò)程中，對(duì)于端面加工切削參數(shù)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，確保車(chē)床得以良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

在實(shí)際進(jìn)行端面加工過(guò)程中，將兩把車(chē)刀科學(xué)地安設(shè)在立車(chē)滑枕端刀臺(tái)兩端處，結(jié)合相應(yīng)的切削參數(shù)，有效利用對(duì)刀儀確定兩車(chē)刀刀尖的高度差，并明確兩刀尖之間的距離，同時(shí)清晰工件端面的厚度。將左側(cè)刀尖對(duì)準(zhǔn)明確的坐標(biāo)點(diǎn)，工作臺(tái)隨之旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。在切削初始階段，左側(cè)刀會(huì)吃刀車(chē)削，而右側(cè)刀則不動(dòng)。作出一定調(diào)整之后，右側(cè)車(chē)刀也需要開(kāi)展相應(yīng)的車(chē)削，這時(shí)，左側(cè)刀和右側(cè)刀同時(shí)基于工件端面厚度以及兩刀尖之間的距離進(jìn)行車(chē)削，當(dāng)左側(cè)車(chē)刀刀尖超出了端面，明確其中完成加工的區(qū)域以及未加工區(qū)域，進(jìn)行雙刀抬刀和退刀，再次進(jìn)刀，開(kāi)始下一刀車(chē)削加工。除此之外，基于雙刀車(chē)削實(shí)際，將其良好運(yùn)用在數(shù)控立式車(chē)床中，結(jié)合端面加工過(guò)程，在現(xiàn)有程序背吃刀量、進(jìn)給量基礎(chǔ)上，有效計(jì)算單刀車(chē)削工時(shí)，從而明確雙刀車(chē)削和單刀車(chē)削的效率。針對(duì)特種材質(zhì)或者加工難度系數(shù)比較高的材質(zhì)車(chē)削，切削參數(shù)達(dá)到一定程度之后難以再提升參數(shù)，從而生產(chǎn)效率也難以進(jìn)一步提高。而通過(guò)科學(xué)使用雙刀車(chē)削技術(shù)，相對(duì)于單刀加工手段，生產(chǎn)效率得到極大提升，生產(chǎn)工作得以充分保障。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)數(shù)控立式車(chē)床的分析可知，在加工過(guò)程中采取雙刀車(chē)削，對(duì)保障加工效果具有重要意義。結(jié)合當(dāng)前數(shù)控立式車(chē)床實(shí)際，在加工過(guò)程中，雙刀車(chē)削的應(yīng)用對(duì)提升工件車(chē)削效率具有直接影響。因此，應(yīng)立足于數(shù)控立式車(chē)床實(shí)際，深入分析雙刀車(chē)削落實(shí)情況，有效運(yùn)用雙刀車(chē)削，避免傳統(tǒng)單刀加工方式存在的問(wèn)題，從而保障生產(chǎn)工作的高效進(jìn)行，使生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量要求得到充分滿(mǎn)足。在特種材質(zhì)或是難加工材質(zhì)車(chē)削方面，切削參數(shù)調(diào)整到一定數(shù)值后很難再通過(guò)提高參數(shù)來(lái)提高生產(chǎn)效率。而選用雙刀車(chē)削工藝方式，相較于單刀加工方式，將進(jìn)一步地提高生產(chǎn)效率，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中有重大意義。