[摘 要]针对型钢轧辊加工的现状，重点阐述数控刀具系统对轧辊加工效率及生产成本的影响，提出了如何合理优化及应用数控刀具系统。
[关键词]型钢轧辊；刀具系统；轧辊孔型；工艺
中图分类号：J62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0154-01
在数控轧辊车床上车削型钢轧辊孔型时，为提高效率，尽量采用较大直径刀片来加工，受编程时刀具半径补偿作用的影响，轧辊孔型部分尖角尺寸及小R圆弧（中型型钢中指
公司型钢产品规格大，轧辊孔型较深，加工时刀杆伸出长度较长（100～150mm），刀具刚性不足，加工时只能选择较小的切削用量，严重影响加工效率，产品的加工质量也无法保证。为改善这种情况，设计刀杆支承工装（见图1）：在刀架前面用螺栓把合焊接而成的支承板，支承板上设计有导向键，螺杆通过导向键调整前后支承位置，通过螺旋支承调整支承高度。这样，前后支承位置及高度均可根据实际生产需要调节，有效避免了刀具前端悬空，增强了刀具刚性。此工装使用后效果良好，单边切削深度由2mm提高到5mm，同时降低了孔型表面振纹，有效确保产品质量，改善加工效率。
2数控机夹刀具系统的优化组合
公司型材产品共13个品种，30多种规格，数控轧辊机床厂家推荐了11种标准刀片、35种标准刀杆用于车削型钢孔型。这些刀片、刀杆品种多，通用性差，库存费用高，严重超出车间的库存费用，同时对操作人员正确选用数控刀具要求较高。因此，应对所有型钢轧辊孔型进行对比和分类，同一类型或尺寸相近的孔型采用相同规格刀具；同时，在满足使用要求的前提下，尽量减少刀片品种，通常3～5种刀片就能满足数控加工使用要求。选用刀具时，应遵循以下原则。（1）根据轧辊材质合理选择刀片材质。公司轧辊粗轧轧辊为合金半钢（AD160I）及铸钢材质，精轧轧辊材质为合金珠光体球铁I、II。根据轧辊材质特性及反复车削试验，选用立方氮化硼（PCBN）刀片加工合金半钢及珠光体材质轧辊，用涂层刀片加工铸钢材质轧辊。（2）根据加工工艺路线合理选择刀片。粗车时，选用耐磨性、抗冲击性强的刀片，去除加工余量，选用φ20/φ18/φ15等大直径圆弧刀片，刀片切削刃选择15°倒棱、倒角约R1，保证刀片的抗冲击性能。精车时，选用高红硬性、高耐磨性的刀片，选用φ12、φ9.525、φ5等小直径圆弧刀片，刀片倒角选择R0.3左右，刀刃锋利、吃刀阻力小。
（3）根据轧辊孔型特点选择刀杆种类。型钢轧辊孔型复杂且形状各异，孔型斜面及圆弧面类型多样，刀杆选择难度较大。根据孔型深度、斜面角度、过渡圆弧大小对孔型进行分类整合，同一类型或相近孔型用同种刀具来加工，有效减少刀杆种类（见图2）。通过多次车削试验，对原有刀具系统进行优化组合，重新设计了型钢轧辊专用刀具系统，如图3所示。目前，只需5种刀片（φ9.525、φ12、φ15、φ18PCBN刀片、φ16涂层刀片）、11种刀杆（中置刀杆、中置4.5°刀杆、中置6.5°刀杆等）之间灵活搭配，就能满足型材轧辊孔型加工需求，刀片与刀杆之间通用性、互换性较好。原厂家设计机夹刀杆为整体结构，存在较多问题。一是刀头定位孔受热变形，刀头刀杆之间产生间隙，刀头无法有效定位，加工精度无法保证；二是车削过程中承受切削热，定位锥孔体处开裂，刀头摆动，瞬时切削量过大，导致刀杆、刀头损坏，整体结构刀杆只能报废。因此，对刀杆结构进行优化，在刀片下部增加了定位合金刀垫（见图4），受力过大时，只损坏刀垫，一般只需更换刀垫即可，费用只有10元左右，刀杆整体寿命提高了两倍以上。
3清根刀具的制作
（1）焊（粘）接式清根刀。根据成型车刀的制作方法，我们首先制作了整体式清根成型刀具。在使用过程中发现，存在以下问题：刀杆外形尺寸50mm×50mm×350mm，因重量大，刀片磨钝后修磨困难；一旦刀片损坏，只能整体报废，制作成本高；硬质合金刀片焊接后硬度降低、崩刃及开裂现象严重。针对这种现状，我们对该刀具制作工艺进一步优化。首先，将由整体式刀具改为分体式刀具。该刀具由支撑刀杆、可换小刀杆两部组成，支撑刀杆上可以安装任意尺寸的小刀杆。在不同孔型需要清根时，只需更换对应尺寸的小刀杆即可。其次，针对焊接后合金刀片不耐用的现状，采用粘接方式，将合金刀片用特殊胶水粘在小刀杆上，同时用螺钉固定。采用这种方式，刀具寿命提高3倍以上。（2）机夹式清根刀。标准数控机夹刀具，通用性强，更换刀片简单、方便。因此，我们又逐步制作出非标机夹式清根刀。首先，按照相同类型或尺寸相近的清根孔型制作出机夹式刀杆，要求清根刀杆上具有相同的定位槽，以满足不同尺寸的清根刀片。其次，优化设计清根刀片，其切削尺寸按孔型制作，定位尺寸按刀杆定位槽制定统一尺寸，以减少配对清根刀杆的数量；同时，刀片上打上待加工孔型及配用刀杆标识。使用时，首先根据孔型选用刀片及刀杆，两者装配后，用找正樣板找正，便可进行清根切削工作。
4解决方案
针对这种现状，我们成立攻关小组，经过多次试验，成功解决了这一难题。我们采取分步加工的方法：利用数控轧辊车床加工出孔型基本轮廓尺寸，然后借鉴成型车刀加工法，制作专门的清根刀来加工尖角或小R圆弧部位。为保证清根时加工精度，成型刀具由线切割机床割出，同时制作出刀具对中样板。加工时，将样板卡在轧辊基准面上，移动机床刀架，将清根刀靠在找正样板上，随后撤走样板，根据机床上数显刻度值，沿机床X轴慢慢移动清根刀进行切削。在清根刀具接近轧辊理论尺寸位置时，注意观察表面是否平滑，否则应轻轻微移动Z轴，减小加工台阶现象的出现，同时防止清根刀划伤已加工表面。通常，2～5min便可完成一处尖角或R弧的清根工作。
参考文献
[1]吴天培.金属切削原理与刀具[M].北京：机械工业出版社，1996：42.
[2]魏光兵.数控车床在型钢生产线的应用与维护[C].2008年全国轧钢生产技术会议文集，2008.