纯镍的数控车削加工工艺优化
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１ 背景介绍 CSP 是薄板坯连铸连轧技术之一，是当今冶金界的一项 前沿技术，具有流程紧凑、投资少、能耗低等优势。某厂 CSP 是国家“十一五”重点项目，主要生产硅钢、优碳钢、 耐候结构钢、汽车结构钢和集装箱等“双高”产品。它与 常规热轧线产品合理分工，互相补充
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（1）传感器 传感器是进行在线监测的基础。传感器直接获取被测 物体的运动参数，包括位移、速度、加速度。通过转化器， 可将它们转换成便于传送的物理量。为便于传输方便，一 般转换为电信号。 （2）信号处理单元 信号处理单元是在线监测的桥梁。由于信号传输过程 中会有损耗和失真，需要用信号处理单元对传感器采集来 的信号进行放大、整形、A ／ D 转换等操作，使得信号在传 输过程中不失真。 （3）计算机 计算机是在线监测的核心。传输来的信号通过计算机 进行运算、处理，完成最后结果的显示和打印功能。 图 2 是在线监测系统传感器贴片示意图。
１ 纯镍材料的性能 金属加工技术是数控车削加工工艺的重要内容。在确 定加工方案前，要充分了解金属的性能，结合金属的特性 制定可行的加工工艺方案。 纯镍是一种耐腐蚀性强、 机械强度大、 塑性良好的金属， 用于机械制造等多个方面。其中，工业上应用最广泛的是 耐碱性、耐腐蚀性、机械性能好的 N6 材料。纯镍 N6 的机 械性能，如表 1 所示。
表 １ 纯镍 Ｎ６ 的机械性能
性能 抗拉强度 σb/（kg/mm） 伸长率 δ/% 布氏硬度 HB/（kg/mm） 冲击韧性 αk/（kg·m/cm） 数值 50 ～ 90 2 ～ 20 120 ～ 240 31
大回转半径等，都是挑选机床时需要考虑的因素。 ２．２ 车削刀具的选择及切削用量 刀具是对工件切削的重要工具。选择刀具时，要综合 考虑工件、刀具以及机床三方面的因素。只有这三个方面 相互适应、相互协调，才能实现对工件的加工。对于刀具 的挑选，要重点考虑以下两个因素。 刀具的材质和性能。刀具的性能直接影响加工精度， 而刀具的材质制约着刀具的性能。一般情况下，刀具的材 质越好，性能也相对越好。选择刀具时，不但要考虑刀具 的强度、导热性、硬度等物理特性，还要考虑经济适用性， 做到刀具的材质、性能以及经济适用性三者平衡。 刀具的形状和尺寸。刀具的外形需要根据要加工的工 件进行具体选择，最优的选择是能满足更多的工件完成加 工工作。同时，在各种条件都允许的情况下，可以适当选 择直径较大的刀具， 这有利于提高切削效率， 延长使用寿命。 切削用量控制着各个工序的运行，每道工序的参数指 标都和切削用量息息相关。编程过程中，要重点考虑切削 用量。切削用量会对切削深度、进给速度、切削速度产生 影响，因此合理确定的切削用量可以加快工作效率，保证 加工工艺快速高效完成。 ３ 纯镍的数控车削加工工艺优化 ３．１ 纯镍的数控车削加工工艺存在的问题 经多次试验验证，在对纯镍材料进行加工的过程中， 存在刀具磨损严重、使用寿命短、生产效率低下的问题。 切削过程中，纯镍材料与刀具的摩擦会产生强烈的震动和 高噪声（经检测已超过 100dB）。由于刀具的磨损非常严重， 在切削一个工件时就要更换十余次刀具。频繁更换刀片造 成工件的表面光度不够，只能在加工后期使用锉刀纱布对 工件继续打光磨平，浪费了大量人力物力。此外，每次更 换刀具都要经历编程、对刀、关闭启动计算机等工序，容 易造成计算机故障。事实上，经此工艺加工的工件，不能 很好地保障质量，且生产效率低下。如果造成一件工件成 为废品，将会产生较大的经济损失。可见，这样进行批量 生产时，产品效率和质量均不能保证。因此，探寻优化纯 镍的车削加工工艺迫在眉睫。此外，选择采用耐磨性能较 好的刀具进行切削时，上述问题仍然存在。因此，还需要 寻找新的途径解决上述问题。 （下转第 131 页）
由表 1 可知，纯镍材料的机械强度大，加工性能较差， 被列为难加工的材料之一。在对纯镍材料进行车削时，刀 具会因纯镍的机械性能等原因产生较大的磨损。车削时， 切削热主要集中在刀刃附近，后刀面易出现沟槽，影响纯 镍材料的车削加工。因此，深入探讨解决上述问题的方法， 对优化纯镍材料的数控车削加工工艺十分重要。 ２ 数控车削加工工艺简介 数控车削加工的主要目的是对工件进行精密加工，主 要方法是通过操纵控制系统控制数控机床刀具的轨迹，以 完成工件的车削过程。进行加工前，确定刀具和工件处于 同一个坐标系中是极为关键的一点。随着技术的不断发展， 编程语言的规范化、控制系统的智能化使得数控机床的加 工工艺逐渐标准化、成熟化。数控车削加工工艺主要包括八 个过程：加工工艺分析；程序的编程；加工过程中的装刀； 装刀组；加工前的对刀；粗加工工艺；半精加工工艺；精加 工。这八个主要的加工过程能够保证加工过程的顺利进行。 同时，加工技术和加工方法的协调合作，才能实现对工件 的精密加工。下面简单介绍数控车削的主要加工工艺。 ２．１ 加工机床的选择 选择加工机床时，要考虑工件的因素和数控机床参数 等因素。因为数控机床都有一定的使用范围，因而在选择 时要做出相应判断。选择机床时，要根据工件的尺寸、形 状、结构、加工要求等进行挑选。同时，机床自身的性能、 参数等也会对工件的加工产生一定限制，如主轴转速、最
工 艺 与 装 备
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在线诊断系统在 CSP 减速机上的应用
邱碧涛 1,2 董 江 3 刘德军 3 张堂正 2
（1. 冶金装备及其控制教育部重点实验室（武汉科技大学），武汉 430081；2. 武钢研究院，武汉 430080； 3. 武汉钢铁公司条材总厂 CSP 分厂，武汉 430080）
摘 要：CSP 产线由于品种规格跨度大，对设备的状态提出了更高要求。为了提高设备的投入率，降低设备 运行故障， 有必要对设备的运行状态进行监控， 并对发生的故障进行预测。 通过监测 CSP 精轧机组减速箱运动状态， 发现减速箱啮合齿轮出现周向破损缺陷，并对设备的运行负荷进行调整，降低了减速箱的负荷。在设备年修时， 拆开故障减速箱外壳发现，减速箱啮合齿轮确实发生了明显的周向疲劳剥落缺陷。 关键词：CSP 故障诊断 减速箱
１２８
现代制造技术与装备
２０１数控车削加工工艺优化
唐永亮
（中国电子科技集团公司第十二研究所，北京 100016）
摘 要：本文将结合纯镍材料的性能，探究纯镍的车削加工工艺优化技术，进而推动数控车削加工工艺的创 新和发展。 关键词：机械加工 纯镍 数控车削 加工工艺
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（1）传感器 传感器是进行在线监测的基础。传感器直接获取被测 物体的运动参数，包括位移、速度、加速度。通过转化器， 可将它们转换成便于传送的物理量。为便于传输方便，一 般转换为电信号。 （2）信号处理单元 信号处理单元是在线监测的桥梁。由于信号传输过程 中会有损耗和失真，需要用信号处理单元对传感器采集来 的信号进行放大、整形、A ／ D 转换等操作，使得信号在传 输过程中不失真。 （3）计算机 计算机是在线监测的核心。传输来的信号通过计算机 进行运算、处理，完成最后结果的显示和打印功能。 图 2 是在线监测系统传感器贴片示意图。
１ 纯镍材料的性能 金属加工技术是数控车削加工工艺的重要内容。在确 定加工方案前，要充分了解金属的性能，结合金属的特性 制定可行的加工工艺方案。 纯镍是一种耐腐蚀性强、 机械强度大、 塑性良好的金属， 用于机械制造等多个方面。其中，工业上应用最广泛的是 耐碱性、耐腐蚀性、机械性能好的 N6 材料。纯镍 N6 的机 械性能，如表 1 所示。
表 １ 纯镍 Ｎ６ 的机械性能
性能 抗拉强度 σb/（kg/mm） 伸长率 δ/% 布氏硬度 HB/（kg/mm） 冲击韧性 αk/（kg·m/cm） 数值 50 ～ 90 2 ～ 20 120 ～ 240 31
大回转半径等，都是挑选机床时需要考虑的因素。 ２．２ 车削刀具的选择及切削用量 刀具是对工件切削的重要工具。选择刀具时，要综合 考虑工件、刀具以及机床三方面的因素。只有这三个方面 相互适应、相互协调，才能实现对工件的加工。对于刀具 的挑选，要重点考虑以下两个因素。 刀具的材质和性能。刀具的性能直接影响加工精度， 而刀具的材质制约着刀具的性能。一般情况下，刀具的材 质越好，性能也相对越好。选择刀具时，不但要考虑刀具 的强度、导热性、硬度等物理特性，还要考虑经济适用性， 做到刀具的材质、性能以及经济适用性三者平衡。 刀具的形状和尺寸。刀具的外形需要根据要加工的工 件进行具体选择，最优的选择是能满足更多的工件完成加 工工作。同时，在各种条件都允许的情况下，可以适当选 择直径较大的刀具， 这有利于提高切削效率， 延长使用寿命。 切削用量控制着各个工序的运行，每道工序的参数指 标都和切削用量息息相关。编程过程中，要重点考虑切削 用量。切削用量会对切削深度、进给速度、切削速度产生 影响，因此合理确定的切削用量可以加快工作效率，保证 加工工艺快速高效完成。 ３ 纯镍的数控车削加工工艺优化 ３．１ 纯镍的数控车削加工工艺存在的问题 经多次试验验证，在对纯镍材料进行加工的过程中， 存在刀具磨损严重、使用寿命短、生产效率低下的问题。 切削过程中，纯镍材料与刀具的摩擦会产生强烈的震动和 高噪声（经检测已超过 100dB）。由于刀具的磨损非常严重， 在切削一个工件时就要更换十余次刀具。频繁更换刀片造 成工件的表面光度不够，只能在加工后期使用锉刀纱布对 工件继续打光磨平，浪费了大量人力物力。此外，每次更 换刀具都要经历编程、对刀、关闭启动计算机等工序，容 易造成计算机故障。事实上，经此工艺加工的工件，不能 很好地保障质量，且生产效率低下。如果造成一件工件成 为废品，将会产生较大的经济损失。可见，这样进行批量 生产时，产品效率和质量均不能保证。因此，探寻优化纯 镍的车削加工工艺迫在眉睫。此外，选择采用耐磨性能较 好的刀具进行切削时，上述问题仍然存在。因此，还需要 寻找新的途径解决上述问题。 （下转第 131 页）
由表 1 可知，纯镍材料的机械强度大，加工性能较差， 被列为难加工的材料之一。在对纯镍材料进行车削时，刀 具会因纯镍的机械性能等原因产生较大的磨损。车削时， 切削热主要集中在刀刃附近，后刀面易出现沟槽，影响纯 镍材料的车削加工。因此，深入探讨解决上述问题的方法， 对优化纯镍材料的数控车削加工工艺十分重要。 ２ 数控车削加工工艺简介 数控车削加工的主要目的是对工件进行精密加工，主 要方法是通过操纵控制系统控制数控机床刀具的轨迹，以 完成工件的车削过程。进行加工前，确定刀具和工件处于 同一个坐标系中是极为关键的一点。随着技术的不断发展， 编程语言的规范化、控制系统的智能化使得数控机床的加 工工艺逐渐标准化、成熟化。数控车削加工工艺主要包括八 个过程：加工工艺分析；程序的编程；加工过程中的装刀； 装刀组；加工前的对刀；粗加工工艺；半精加工工艺；精加 工。这八个主要的加工过程能够保证加工过程的顺利进行。 同时，加工技术和加工方法的协调合作，才能实现对工件 的精密加工。下面简单介绍数控车削的主要加工工艺。 ２．１ 加工机床的选择 选择加工机床时，要考虑工件的因素和数控机床参数 等因素。因为数控机床都有一定的使用范围，因而在选择 时要做出相应判断。选择机床时，要根据工件的尺寸、形 状、结构、加工要求等进行挑选。同时，机床自身的性能、 参数等也会对工件的加工产生一定限制，如主轴转速、最
工 艺 与 装 备
１２９
在线诊断系统在 CSP 减速机上的应用
邱碧涛 1,2 董 江 3 刘德军 3 张堂正 2
（1. 冶金装备及其控制教育部重点实验室（武汉科技大学），武汉 430081；2. 武钢研究院，武汉 430080； 3. 武汉钢铁公司条材总厂 CSP 分厂，武汉 430080）
摘 要：CSP 产线由于品种规格跨度大，对设备的状态提出了更高要求。为了提高设备的投入率，降低设备 运行故障， 有必要对设备的运行状态进行监控， 并对发生的故障进行预测。 通过监测 CSP 精轧机组减速箱运动状态， 发现减速箱啮合齿轮出现周向破损缺陷，并对设备的运行负荷进行调整，降低了减速箱的负荷。在设备年修时， 拆开故障减速箱外壳发现，减速箱啮合齿轮确实发生了明显的周向疲劳剥落缺陷。 关键词：CSP 故障诊断 减速箱
１２８
现代制造技术与装备
２０１数控车削加工工艺优化
唐永亮
（中国电子科技集团公司第十二研究所，北京 100016）
摘 要：本文将结合纯镍材料的性能，探究纯镍的车削加工工艺优化技术，进而推动数控车削加工工艺的创 新和发展。 关键词：机械加工 纯镍 数控车削 加工工艺