和文云

（昆明工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 云南安寧 650302）

1 引言

昆鋼 HRB帶肋鋼筋軋制采用離心復(fù)合鑄造的高速鋼軋輥，軋輥具有芯部韌性高，工作層強度高，工作面耐磨性好等特點，在螺紋鋼軋制中得到廣泛的應(yīng)用。而高速鋼軋輥輥身硬度達 HSD75～80，輥身硬度高，切削加工難度大，特別是高速鋼軋輥橫肋槽加工數(shù)量多，加工方式單一，刀具結(jié)構(gòu)受限等影響，軋輥橫肋槽加工是軋輥生產(chǎn)的瓶頸，很多成品輥需要外購。本文以加工數(shù)量較多的 Φ380×780-Φ16帶肋鋼高速鋼軋輥單頭橫肋槽為例，通過數(shù)控程序調(diào)整不同加工深度的進給量，提高刀具系統(tǒng)剛性，改進切削刀具，減少輔助時間等措施提高了高速鋼軋輥橫肋槽的加工效率，減少公司外購軋輥數(shù)量，降低生產(chǎn)成本，保證帶肋鋼筋的生產(chǎn)。

2 XK8450HD數(shù)控銑床加工橫肋槽方法

2.1 Φ16帶肋鋼軋輥橫肋槽加工基本參數(shù)確定

為了輔助軋輥橫肋槽數(shù)控編程，根據(jù) GB/T 1499.2-2018及帶肋鋼產(chǎn)品要求確定橫肋槽加工參數(shù)。橫肋槽的幾何尺寸如圖1。

圖1 橫肋槽加工幾何尺寸

圖1中：R為孔型半徑；b為橫肋頂寬；h為橫肋高；L為橫肋間距；β為橫肋與軸線夾角；α為橫肋斜角；ρ為月牙槽圓弧角；ψ為刀具空程角；η為軋輥分度角；θ為軋輥工作角；δ為軋輥空程角；λ為橫肋螺旋升角。

2.1.1 確定橫肋槽數(shù)

橫肋槽數(shù)計算公式：

式中：D輥徑，取D=380mm；L1為橫肋間距，取產(chǎn)品圖紙要求尺寸；S為輥縫寬，根據(jù)調(diào)整要求S=1.8mm，代入數(shù)值計算得：

2.1.2 驗算間距

間距計算公式：

代入數(shù)值計算得：

結(jié)論：確定Φ380軋輥橫肋槽數(shù)n=111；橫肋間距L=10.36，橫肋間距符合要求。當軋制產(chǎn)品橫肋參數(shù)、軋輥外徑、輥縫尺寸改變，同樣應(yīng)用式（1）、式（2）計算橫肋數(shù)和橫肋間距。Φ16帶肋鋼高速鋼軋輥橫肋槽加工基本參數(shù)見表1。

表1 Φ16帶肋鋼高速鋼軋輥橫肋槽參數(shù)表

其中：橫肋頂寬b和橫肋斜角α由成型刀具直接決定。

2.1.3 確定軋輥和刀具運動關(guān)系

橫肋槽加工有兩種常用的方式，一是用成型指狀銑刀加銑頭擺動單個完成橫肋槽加工，二是采用軋輥分度旋轉(zhuǎn)加飛刀數(shù)控插補連續(xù)加工橫肋槽[1]，兩種方法各有優(yōu)劣，但第二種方法可實現(xiàn)連續(xù)加工，加工效率高，刀具結(jié)構(gòu)簡單，是目前加工軋輥橫肋槽最常用的方法。云南昆鋼重型裝備制造集團使用XK8450HD數(shù)控銑床采用第二種加工方法。根據(jù)橫肋槽加工參數(shù)，確定軋輥每旋轉(zhuǎn) 1個分度角η，切削刀具旋轉(zhuǎn)1周，完成一次切削加工。軋輥分度角η=θ+δ；刀具旋轉(zhuǎn)1周=ρ+ψ，確定了軋輥和刀具運動關(guān)系如圖2所示。由此可以計算軋輥橫肋槽加工的切削速度、軋輥和刀具運動關(guān)系，切削速度計算結(jié)果是數(shù)控編程主要依據(jù)。

圖2 軋輥和刀具運動關(guān)系

3 數(shù)控加工編程及改進措施

XK8450HD數(shù)控銑床是飛刀切橫肋槽機構(gòu)與銑頭擺動刻字一體化軋輥橫肋槽加工機床，可實現(xiàn)橫肋槽和商標、文字、圖案加工[2]。XK8450HD數(shù)控銑床采用西門子SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)，可通過調(diào)用子程序編程加工橫肋槽，同時系統(tǒng)也提供了加工橫肋槽宏程序。宏程序加工編程只要在主程序輸入軋輥橫肋槽參數(shù)，數(shù)控機床通過內(nèi)部宏程序自動計算和配比切削速度，實現(xiàn)軋輥橫肋槽加工，大大節(jié)約了編程時間，宏程序加工軋輥橫肋槽是目前主要的編程方法。

在使用SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)宏程序過程中，原程序N100 R131=(0.07) N1120 R141=(23)，切削深度一直采用一個固定值ap=0.07，總共要 23次進給，存在加工起始階段沒有發(fā)揮機床效率，成型加工階段切削刀具三面吃刀，吃刀深度大而刀具磨損快的問題，成型加工階段換刀頻次增加，加工效率低。經(jīng)過對程序改進，在開始加工階段采用較大切削深度和成型加工階段較小的切削深度來提高加工效率[2]，以Φ380X780-Φ16帶肋鋼軋輥橫肋槽加工為例，程序修改后，只需21次進給可完成一個孔橫肋槽加工，加工較修改前時間節(jié)約了40分鐘，整個軋輥全部孔橫肋槽加工節(jié)約時間8小時以上，改進程序后加工效率提高效果明顯。具體編程和修改程序如下所示：

帶肋鋼筋軋制需一對橫肋槽旋向相反的軋輥軋制，以上程序加工的是不跳槽不刻字的橫肋槽軋輥，需要刻字及商標的軋輥橫肋槽加工程序 R206賦值為 1，改變橫肋槽旋向，根據(jù)產(chǎn)品圖紙要求，給R211-R230賦值進行跳槽，預(yù)留刻字和商標的位置，其它尺寸軋輥編程加工方法類似。

4 刀具的改進

4.1 刀桿的改進

軋輥橫肋槽刀具有焊接整體式飛刀和分體式安裝兩種，整體式剛性好，但無法更換刀頭，無法重磨刀頭，造成刀桿和刀頭的浪費。Φ8以上帶肋鋼軋輥橫肋槽加工都采用分體式刀具，便于更換刀頭，實現(xiàn)刀頭重磨和刀桿重復(fù)使用，有效降低刀具成本。加工橫肋槽刀具裝配如圖3所示。

圖3 橫肋槽刀具裝配圖

在軋輥橫肋槽加工中，徑向切削力Fp不消耗功率，但Fp是校驗刀桿剛度的必要依據(jù)，是刀桿直徑設(shè)計重要依據(jù)。在刀桿材料、支撐等不變和無干涉的條件下，要盡量增加刀桿直徑來提高刀具的剛性。通過改進設(shè)計，加工Φ16帶肋鋼筋軋輥橫肋槽刀桿直徑從Φ10改至Φ12，原調(diào)整刀具徑向尺寸孔改進設(shè)計為螺紋孔，刀頭尾部直接用螺栓頂住，在刀具磨損重磨后，不再使用銅皮等墊在安裝孔內(nèi)，提高了刀具系統(tǒng)的剛性。刀桿通過三維軟件SolidWorks建模后，再用Simulation軟件輸入刀桿材料、刀桿尺寸，加載了徑向切削力負載等參數(shù)，對刀桿剛性進行分析對比，改進后的刀桿剛性有所提高，為高效加工提供了條件，結(jié)果如圖4所示。

圖4 改進后刀桿

4.2 切削刀具選型優(yōu)化

本次加工的高速鋼軋輥表面硬度達 HSD75以上，加工難度大，云南昆鋼重型裝備集團軋輥橫肋槽刀具一直采用零前角的硬質(zhì)合金刀頭，刀具磨損快，需要頻繁換刀和重磨。通過對軋輥切削加工及刀具研究，結(jié)合機床使用手冊，在切削參數(shù)和刀具尺寸沒有變化的情況下，通過改變刀具材料改變加工條件（見表2），通過大量的實驗，統(tǒng)計了更換刀具材料加工軋輥效率對比表，結(jié)果如表3所示。

表2 Φ16mm帶肋鋼筋軋輥橫肋槽銑削參數(shù)

表3 更換刀具材料加工對比表

軋輥橫肋槽加工最終選用硬質(zhì)合金刀體加焊接PCD刀片，型號為CDW302，PCD刀頭如5所示。PCD單件刀具價格較硬質(zhì)合金刀具高，但PCD刀具加工橫肋槽數(shù)量較硬質(zhì)合金多得多，刀具成本反而降低，刀具耐用度增加，輔助時間減少，提高了加工效率。

圖5 PCD刀頭

5 輔助時間優(yōu)化

云南重型裝備制造集團加工軋輥橫肋槽加工換刀采用手工臨時重磨更換調(diào)整的方式，刀頭前刀面相對于刀桿軸線角度靠壓刀桿前端角度保證，刀頭旋轉(zhuǎn)角度和回轉(zhuǎn)半徑均通過目測的方式確定，導(dǎo)致角度尺寸和線性尺寸測量不準確，換刀效率低下，刀片空間位置精度無法保證，每次換刀后加工橫肋槽糟型不一致，影響到帶肋鋼產(chǎn)品外觀質(zhì)量，甚至出現(xiàn)撞刀或者空行程過長等情況。通過對操作人員指導(dǎo)，采用在數(shù)控機床加工期間，使用偏擺儀和固定尺寸的專用百分表表座，通過刀桿裝刀孔后螺釘，調(diào)整刀頭尺寸，每次安裝刀頭的回轉(zhuǎn)半徑相同，保證了橫肋槽加工尺寸一致性，換刀時直接把已準備好的刀具換上使用，節(jié)約重磨、對刀、修改程序等輔助時間，避免撞刀或空行程長的問題，保證了橫肋槽加工精度和穩(wěn)定性，刀頭安裝示意如圖6所示。在安裝刀頭壓緊前，通過萬能角度尺，檢驗刀頭前刀面與刀桿軸線等于橫肋槽螺旋升角，保證加工中刀頭切削刃始終和待切面垂直，避免啃刀，保證加工槽型質(zhì)量和安全。

圖6 刀頭安裝示意圖

5 結(jié)語

經(jīng)過對高速鋼軋輥橫肋槽參數(shù)計算和加工原理分析，優(yōu)化了數(shù)控加工程序，增加刀桿直徑提高了刀具系統(tǒng)剛性，減少換刀、對刀等輔助時間，數(shù)控機床停機時間減少，加工效率大幅提升；人工、電耗、刀具等各類消耗相應(yīng)降低，實現(xiàn)了帶橫肋槽軋輥高效穩(wěn)定生產(chǎn)，昆鋼成品輥對外依賴度降低，促進了效益提升。