摘要：通过分析汽车密封条辊压辊轮的加工特点，提出采用PCBN 刀具以车带磨实现辊轮复杂型面数控加工的工艺方案，介绍了辊轮数控加工的程序编制及加工模拟。

1 问题的提出

汽车车窗密封条的加工方式通常是在辊压生产线上由多对辊轮连续辊压成型。辊压生产线一般由四部分构成：供料系统将卷料松开，并连续不断地向成型主机供给带钢；成型主机对辊压件的断面形状进行成型加工，通过多对辊轮的连续辊压(每对辊轮由装在水平辊轴上的上、下两个辊轮组成)，最终形成辊压件断面形状；随动切断系统将辊压件按给定尺寸切断；收集系统在生产线不停机情况下将切断的成型密封条及时、完好地送入储件器。成型主机是辊压生产线的核心部分，辊轮则是密封条的成型模具，其形状和尺寸精度是影响密封条成型质量的关键因素。

某型号轿车的中车窗密封条材料为宽155.5mm、厚0.7mm的SPCC钢带，在由36对辊轮组成的引进辊压生产线上进行连续辊压成型加工(部分辊压工序的半成品及成品形状)。由于辊轮磨损后需要从国外购买，而进口配件价格昂贵，因此增加了生产成本。为实现辊轮的国产化制造与修复，我们在缺少零配件图纸资料的情况下，通过对辊轮的测绘和反求计算，完成了辊轮产品设计。由于辊轮型面形状复杂(由多段直线和圆弧组成)，且72个辊轮形状各不相同(均为单件生产)，形状和尺寸精度要求很高，加之辊轮必须采用高硬度的模具材料制造，因此辊轮的切削加工难度很大。

2 辊轮加工方案设计

辊轮为高精度、高硬度的复杂型面回转体零件。复杂型面回转体通常可采用仿形加工、数控加工、成型磨削等加工工艺。仿形加工通常适用于大批量零件的加工。成型磨削加工则需要预先制备与零件型面一致的金刚石电镀成型修整砂轮，这对于单件小批量加工而言成本太高。因此，复杂型面辊轮的单件加工采用数控加工方式较为合理。

切削加工高硬度辊轮的最大难题是普通硬质合金刀具磨损极快，无法保证加工质量。为此需要使用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具。PCBN材料是在高温高压下人工合成的二元超硬材料，其硬度仅次于金刚石，热稳定性则优于金刚石。PCBN刀具对铁族金属具有较大化学惰性，特别适合加工HRC45以上的耐热、耐磨、耐蚀难加工材料(如淬硬高速钢、淬硬合金工具钢、模具钢等)、HRC35以上的耐热合金、HRC30以下但用其它刀片很难加工的珠光体灰口铸铁等。采用PCBN刀具以车(镗、铣)代磨进行硬态切削，具有效率高、柔性好、投资少、工艺简单等优点。

通过综合分析加工要求以及辊轮零件、PCBN刀具和数控加工的特点，确定辊轮型面加工方案为：辊轮外圆柱面和孔采用常规工艺加工；辊轮型面部分在热处理之前用普通硬质合金刀具在数控车床上进行粗加工和半精加工，预留一定加工余量；淬火热处理后用PCBN刀具在数控车床上进行型面精加工。

3 辊轮的数控加工编程

数控加工编程是在对被加工零件进行工艺分析的基础上，确定零件加工时的安装位置、与刀具相对运动的尺寸参数、加工工艺路线(或加工顺序)、工艺参数以及辅助操作等加工信息，并用标准数控代码按规定方法和格式编写成加工程序单，然后将加工程序输入数控装置，控制机床进行自动加工。数控加工编程可采用手工编程、自动编程或图象编程。由于辊轮型面复杂，且为单件加工，因此我们采用美国UG软件进行自动图象编程。数控加工刀具、加工路径规划、切削用量等以人机交互方式输入。编程内容主要包括：

工艺方案
在数控车床上用普通硬质合金刀具粗加工和半精加工辊轮型面(预留精加工余量)→淬火热处理→在数控车床上用PCBN刀具精加工辊轮型面。
刀具
辊轮的粗加工和半精加工(热处理前)选用VHB2525硬质合金刀具；精加工(热处理后的硬态切削)选用ISO标号为VBMW160402、VBMW160404的PCBN刀片，基本刀具型号为可同时左偏和右偏的PVVB2525，特殊部位的加工采用左偏或右偏的PVHBR/L2525M-16。数控编程时，刀具主偏角、副偏角的选择应保证数控加工时不发生干涉，加工时还可在机床上对刀具进行调整。编程时选择的刀具参数虽然不一定是最优参数，但应保证刀具的通用性和加工精度要求。
切削参数
用硬质合金刀具粗加工和半精加工时，选用切削参数为：切削深度a_p=1mm，切削速度v=150m/min，进给速度120mm/min。用PCBN刀具精加工时，选用切削参数为：切削深度a_p=0.2～0.3mm，切削速度v=110m/min，进给量f=0.1mm/r，进给速度50mm/min，干切削。精加工时PCBN刀具的磨损标准为VB=0.3mm，刀具重磨后必须重新确定刀具位置和参数，并据此重新编制加工程序。
刀具加工轨迹
工艺参数确定后，需要规划刀具的数控加工轨迹。由于全套辊轮共有36对72件，型面形状十分复杂，部分部位刀具甚至很难到达，因此为便于制造，可将辊轮型面分解为几个部分的组合，并按此规划刀具轨迹。以第27对辊轮为例，其密封条加工设计曲线和上、下轮辊压状态模拟。它的上、下辊轮型面可分别分解为两部分。由于辊轮形状复杂，很难用一种加工轨迹完全表达，因此可根据不同辊轮形状分别或综合采用不同的加工轨迹。第27对辊轮的上轮右边部分型面可采用的三种加工轨迹。根据最终轮廓等距偏置的加工轨迹，这种刀轨加工平稳，精度较高；ZIG-ZAG平行加工轨迹，特点是加工程序较短；插入加工轨迹(类似于切断加工)，较适合各种槽型的加工，但刀具加工刚性较差。根据具体零件形状，可分别或综合应用不同的加工轨迹。对于第27对辊轮上轮右边部分型面，最终确定粗加工采用加工轨迹，精加工则采用轮廓加工轨迹。

4 辊轮的数控加工模拟

为验证数控加工程序的可行性，避免加工过程中发生机床碰撞或刀具干涉，在数控加工程序编制完成后必须进行数控加工模拟。加工模拟方式可采用编程时模拟或编程结束后在数控机床上模拟。在数控机床上进行加工模拟时可利用模拟显示功能或空运行功能。采用显示模拟时，输入加工程序，然后调用图形模拟显示功能仔细观察刀具运动轨迹，检查刀具与工件(或夹具)是否会发生碰撞。采用空运行模拟时，输入加工程序，安装上刀具(或工件)，然后按下“空运行”按钮(DRY键)，此时主轴不转动，工作台按加工程序轨迹自动运行，此时即可验证刀具加工轨迹的正确性以及检查是否会发生碰撞。但应注意，刀具和工件不能同时安装，否则会发生碰撞。编程结束后在数控机床上进行加工模拟需要占用机床加工时间，采用编程时模拟则无此问题。

加工实践表明，选用高性能PCBN刀具对汽车车窗密封条辊压辊轮进行数控加工，可保证加工质量，降低加工成本，显著缩短辊轮开发周期，有效实现辊轮的国产化制造与修复。

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