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轧辊数控加工工艺的编制及其仿真

摘要：轧辊是轧机上最主要的零件之一，轧机通过转动的轧辊产生塑性变形，轧制出符合要求的形状和尺寸精度的产品^[1]。轧辊由辊身、辊颈和轴头组成。而就轧辊的加工在常州宝钢轧辊厂还是以传统的车床加工。轧辊作为轧机的主要工作部分，其加工工艺的编制是轧辊加工的重要工作，是使得轧辊刚度、粗糙度等得到保障的重要部分。针对现有的传统机床轧辊的加工，结合目前新进的数控机床，编制出基于数控车床的加工工艺流程。本文介绍了轧辊数控加工工艺编制包括毛坯的制备、准备工序、热处理工序和数控加工工序，通过计算，合理选择工艺参数、刀具量具等，并根据数控工序卡片，利用Mastercam软件，辅助设计该轧辊的数控加工程序，并导入仿真系统仿真。

关键词：轧辊；数控；自动编程；

1.1研究的目的和意义

轧棍是轧机的重要部件。在轧制生产中，轧辊要与所轧金属直接接触，使金属产生塑性变形，因此，轧棍是轧机的主要变形工具。轧辊是由各类轴承支撑的，轧棍与轧混轴承的质量和使用寿命直接关系轧机的生产效率、产品的质量及生产成本。轧辊钢铁生产过程中有一个非常重要的环节。我国作为钢铁强国，只有对轧制产品质量进行严格把控，才能在国际市场上占据重要地位。为了适应社会发展的需要,提高轧辊的生产率应推进机械制造自动化,全面提升机械制造的工作效率和生产质量。实践证明,数控技术基于计算机网络信息技术对各项机械产品进行加工制造,可以提高机械制造的效率和精度,促进我国机械制造行业的可持续发展。^[2-4]

运用数控技术,采用新的数控程序控制加工的思维模式,将改造后的数控车床应用于轧辊的加工中,完全打破传统的借助划线和样板在普通轧辐车床上用手工操作的加工模式。并应用计算机辅助设计工具和机床数控装置的强大功能,对轧辊加工程序的编制方法和数控车床操作。刘枫在西门子S120驱动在数控轧辐磨床上的应用指出S120的优点在于高性能单机和多机传动的矢量/伺服控制；通用性强，可自由组合生成量身定制的方案；功率范围较宽：控制功能强大。曾帅在国内数控机床与技术的发展及趋势研究一文中，数控技术以及机床是一个国家从事高端制造的技术以及装备支撑，国内的很多尖端行业都需要以数控技术作为基础技术，同时以数控机床作为生产精密零部件的基本装备，数控技术是推动一个国家的制造水平以及制造装备迈上新台阶的重要技术推动力量。 ^[5-6]

随着中国计算机技术的不断发展，我国的数控技术也得到了广泛的应用。随着制造业的发展，数控加工逐步向超高速加工迈进。在CNC加工行业和所有加工中心，采用的是最常用的自动化加工工艺。自动编程成为数控编程的主要编程模式。保证数控程序的有效性和优化是自动化的基础杨宁在CAXA数控车在轧辊加工的应用一文中指出手动编程的一过程为 ，根据图纸确定工件坐标原点， 通过一系列计算出来的坐标与机床指令结合成为加工程序。其具有弊端许多的弊端如，手动编程在遇到复杂轮廓的活件时会进行大量计算，不仅工作量大且错误率高，而且无法编制非常规曲线的程序。李爱花基于Mastercam的螺纹数控加工自动编程研究现有数控加工原理及成熟技术,针对螺纹铣削加工困难的问题,对螺纹数控铣削加工原理及特性进行分析,基于Mastercam对螺纹数控加工进行自动编程,并将编制好的程序应用于螺纹数控铣削加工中,自动加工成形为目标螺纹工件。^[7-11]

在郭瑞平等人的计算机数控技术在轧辊加工领域的应用一文中指出车床有以下缺点①定位不准确, 不能严格保证符合配辊图的定位, 必须对车才能基本保证上下轧槽相互吻合, 这样的加工过程繁琐, 降低了工作效率。②采用成型刀来加工轧槽。手工参照磨刀样板刃磨刀具, 只是一个模拟的方法, 无法用数字衡量它的准确程度, 而且一个孔型分为轧槽、侧壁、过渡圆弧三个部分分别加工, 更降低了轧辊加工的准确程度。③加工效率低。车床转速一般在 3 ～ 18 转, 与现代车床几百转甚至上千转相比, 严重制约了加工效率的提高。④加工品种不灵活, 换型周期长, 不能适应产品多变的要求。而相应的计算机数控轧辊机床的优势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, 避免了由于轧辊加工不规范给轧线造成的生产事故( 如 :加工不合格引起的应力集中而造成的断辊) 和诸多操作的不便( 如:轧槽定位不准, 上下轧槽不找正等) 。可以实现加工的自动化, 从而效率可比传统机床提高37 倍。计算机有记忆和存储能力, 可以记住和存储输入的程序, 然后按规定的顺序自动执行, 实现加工过程自动化。只要重新运行程序, 就可实现另一件加工的自动化, 从而使单件和小批量生产实现自动化。^[12]

1.2国内外的研究现状

轧辊的品种和制造工艺随冶金技术的进步和轧钢设备的演变而不断发展。中世纪轧制软的有色金属时使用强度低的灰铸铁轧辊。18世纪中叶英国掌握了轧制钢板用的冷硬铸铁轧辊的生产技术。19世纪下半叶欧洲炼钢技术的进步要求轧制更大吨位的钢锭，无论是灰铸铁或冷硬铸铁轧辊的强度均已不能满足要求。含碳量为0.4%~0.6%普通铸钢轧辊相应诞生。重型锻压设备的出现更使这种成分的锻造轧辊的强韧性得到进一步提高。20世纪初期合金元素的使用和热处理的引入显著改善铸钢和锻钢热轧辊和冷轧辊的耐磨性和强韧性。热轧板带用的铸铁轧辊中加入钼后改善了轧材的表面质量。冲洗法复合浇注明显提高了铸造轧辊的芯部强度。