汽車車窗密封條輥壓輥輪的數控加工

汽車車窗密封條的加工方式通常是在輥壓生產線上由多對輥輪連續輥壓成型。輥壓生產線一般由四部分構成：供料系統將卷料鬆開，並連續不斷地向成型主機供給帶鋼；成型主機對輥壓件的斷面形狀進行成型加工，通過多對輥輪的連續輥壓(每對輥輪由裝在水平輥軸上的上、下兩個輥輪組成)，最終形成輥壓件斷面形狀；隨動切斷系統將輥壓件按給定尺寸切斷；收集系統在生產線不停機情況下將切斷的成型密封條及時、完好地送入儲件器。成型主機是輥壓生產線的核心部分，輥輪則是密封條的成型模具，其形狀和尺寸精度是影響密封條成型質量的關鍵因素。

某型號轎車的中車窗密封條材料為寬155.5mm、厚0.7mm的SPCC鋼帶，在由36對輥輪組成的引進輥壓生產線上進行連續輥壓成型加工(部分輥壓工序的半成品及成品形狀)。由於輥輪磨損后需要從國外購買，而進口配件價格昂貴，因此增加了生產成本。為實現輥輪的國產化製造與修復，我們在缺少零配件圖紙資料的情況下，通過對輥輪的測繪和反求計算，完成了輥輪產品設計。由於輥輪型面形狀複雜(由多段直線和圓弧組成)，且72個輥輪形狀各不相同(均為單件生產)，形狀和尺寸精度要求很高，加之輥輪必須採用高硬度的模具材料製造，因此輥輪的切削加工難度很大。

2 輥輪加工方案設計

輥輪為高精度、高硬度的複雜型面迴轉體零件。複雜型面迴轉體通常可採用仿形加工、數控加工、成型磨削等加工工藝。仿形加工通常適用於大批量零件的加工。成型磨削加工則需要預先製備與零件型面一致的金剛石電鍍成型修整砂輪，這對於單件小批量加工而言成本太高。因此，複雜型面輥輪的單件加工採用數控加工方式較為合理。

切削加工高硬度輥輪的最大難題是普通硬質合金刀具磨損極快，無法保證加工質量。為此需要使用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具。 PCBN材料是在高溫高壓下人工合成的二元超硬材料，其硬度僅次於金剛石，熱穩定性則優於金剛石。PCBN刀具對鐵族金屬具有較大化學惰性，特別適合加工 HRC45以上的耐熱、耐磨、耐蝕難加工材料(如淬硬高速鋼、淬硬合金工具鋼、模具鋼等)、HRC35以上的耐熱合金、HRC30以下但用其它刀片很難加工的珠光體灰口鑄鐵等。採用PCBN刀具以車(鏜、銑)代磨進行硬態切削，具有效率高、柔性好、投資少、工藝簡單等優點。

通過綜合分析加工要求以及輥輪零件、PCBN刀具和數控加工的特點，確定輥輪型面加工方案為：輥輪外圓柱面和孔採用常規工藝加工；輥輪型面部分在熱處理之前用普通硬質合金刀具在數控車床上進行粗加工和半精加工，預留一定加工余量；淬火熱處理後用PCBN刀具在數控車床上進行型面精加工。

3 輥輪的數控加工編程

數控加工編程是在對被加工零件進行工藝分析的基礎上，確定零件加工時的安裝位置、與刀具相對運動的尺寸參數、加工工藝路線(或加工順序)、工藝參數以及輔助操作等加工信息，並用標準數控代碼按規定方法和格式編寫成加工程序單，然後將加工程序輸入數控裝置，控制機床進行自動加工。數控加工編程可採用手工編程、自動編程或圖象編程。由於輥輪型面複雜，且為單件加工，因此我們採用美國UG軟體進行自動圖象編程。數控加工刀具、加工路徑規劃、切削用量等以人機交互方式輸入。編程內容主要包括：

工藝方案
在數控車床上用普通硬質合金刀具粗加工和半精加工輥輪型面(預留精加工余量)→淬火熱處理→在數控車床上用PCBN刀具精加工輥輪型面。
刀具
輥輪的粗加工和半精加工(熱處理前)選用VHB2525硬質合金刀具；精加工(熱處理后的硬態切削)選用ISO標號為VBMW160402、 VBMW160404的PCBN刀片，基本刀具型號為可同時左偏和右偏的PVVB2525，特殊部位的加工採用左偏或右偏的PVHBR/L2525M- 16。數控編程時，刀具主偏角、副偏角的選擇應保證數控加工時不發生干涉，加工時還可在機床上對刀具進行調整。編程時選擇的刀具參數雖然不一定是最優參數，但應保證刀具的通用性和加工精度要求。
切削參數
用硬質合金刀具粗加工和半精加工時，選用切削參數為：切削深度a_p=1mm，切削速度v=150m/min，進給速度120mm/min。用PCBN刀具精加工時，選用切削參數為：切削深度a_p=0.2～0.3mm，切削速度v=110m/min，進給量f=0.1mm/r，進給速度50mm/min，干切削。精加工時PCBN刀具的磨損標準為VB=0.3mm，刀具重磨后必須重新確定刀具位置和參數，並據此重新編製加工程序。
刀具加工軌跡
工藝參數確定后，需要規劃刀具的數控加工軌跡。由於全套輥輪共有36對72件，型面形狀十分複雜，部分部位刀具甚至很難到達，因此為便於製造，可將輥輪型面分解為幾個部分的組合，並按此規劃刀具軌跡。以第27對輥輪為例，其密封條加工設計曲線和上、下輪輥壓狀態模擬。它的上、下輥輪型面可分別分解為兩部分。由於輥輪形狀複雜，很難用一種加工軌跡完全表達，因此可根據不同輥輪形狀分別或綜合採用不同的加工軌跡。第27對輥輪的上輪右邊部分型面可採用的三種加工軌跡。根據最終輪廓等距偏置的加工軌跡，這種刀軌加工平穩，精度較高；ZIG-ZAG平行加工軌跡，特點是加工程序較短；插入加工軌跡(類似於切斷加工)，較適合各種槽型的加工，但刀具加工剛性較差。根據具體零件形狀，可分別或綜合應用不同的加工軌跡。對於第27對輥輪上輪右邊部分型面，最終確定粗加工採用加工軌跡，精加工則採用輪廓加工軌跡。

4 輥輪的數控加工模擬

為驗證數控加工程序的可行性，避免加工過程中發生機床碰撞或刀具干涉，在數控加工程序編製完成後必須進行數控加工模擬。加工模擬方式可採用編程時模擬或編程結束后在數控機床上模擬。在數控機床上進行加工模擬時可利用模擬顯示功能或空運行功能。採用顯示模擬時，輸入加工程序，然後調用圖形模擬顯示功能仔細觀察刀具運動軌跡，檢查刀具與工件(或夾具)是否會發生碰撞。採用空運行模擬時，輸入加工程序，安裝上刀具(或工件)，然後按下「空運行」按鈕(DRY鍵)，此時主軸不轉動，工作台按加工程序軌跡自動運行，此時即可驗證刀具加工軌跡的正確性以及檢查是否會發生碰撞。但應注意，刀具和工件不能同時安裝，否則會發生碰撞。編程結束后在數控機床上進行加工模擬需要佔用機床加工時間，採用編程時模擬則無此問題。

加工實踐表明，選用高性能PCBN刀具對汽車車窗密封條輥壓輥輪進行數控加工，可保證加工質量，降低加工成本，顯著縮短輥輪開發周期，有效實現輥輪的國產化製造與修復