近年来，随着科学技术不断发展和进步，钛及钛合金棒丝材在航天航空､军工､医疗等重要领域得到广泛应用，产品要求各项性能指标满足标准相关要求的同时，大单重盘卷丝材作为在高端领域的应用，除在传统的力学性能方面有较高要求外，在盘卷单重､尺寸公差､表面质量等方面要求均远超常规的丝材产品｡
现有钛合金盘卷丝材机加设备在大单重 (>150kg) 机加尺寸控制及表面质量方面，均无法满足高端领域钛合金丝材的工艺要求｡该类设备机加钛及钛合金盘卷丝材后，表面粗糙度无法满足工艺要求；主机高转速下稳定性不足，机加效率低下；钛屑断屑､排屑效果不佳，易产生积屑瘤｡
1、改进思路
本项目设计一种钛及钛合金盘卷丝材高精度机加装备改进及机加尺寸控制的方法｡提高机加设备关键部件的装配精度，实现从丝材线坯到成品盘卷的连续性高精度机加，大幅提高产品表面机加质量，优化生产流程及人力资源配置｡
2、优化方案
本课题主要包括钛合金盘卷丝材高精度机加装备改进､机加尺寸控制，以及对操作中设备机加参数和对刀调整的相关研究｡
2.1 装备优化部分
(1) 较传统丝材机加类设备，本项目改进设备在保证主机机加腔体具备足够排屑空间的前提下，尽可能缩短前导与中导夹持装置之间距离，提高机加时丝材导向稳定性｡
①前导采用三抓卡盘双滚轮结构，保证排屑顺畅情况下，尽量缩短前导距机加作业工位的距离，每个卡爪都设有可微调装置，方便调整整机机加中心线，保证坯料剥削同心度，防止偏剥情况；
②同时缩短中导夹持装置距离机加作业工位的距离，中､后导向夹持装置采用六组导轮结构进一步精确定位，以保证坯料加工尺寸的精确｡
(2) 提高机加设备主机空心主轴轴承装配精度，实现钛及钛合金盘卷丝材机加刀盘高转速需求｡
①轴承选用中高转速角接触精密配对轴承，采用热装工艺，弹性预紧消除间隙，保证其在冷态和热态时松紧度一致，装配后主轴端部跳动量要求≤0.01mm;
②主机采用加强型机架，满足最大转速可以达到 3000r/min, 车刀线速度可达到 50m/min｡
(3) 提高刀盘机加排屑效果，实现钛及钛合金盘卷丝材机加尺寸控制｡刀盘护罩上端设置三组高压切削液水嘴喷头，喷头对准机加工位，高压切削液帮助断屑及冷却效果，防止钛屑堆积形成积屑瘤，提升刀具使用寿命｡
2.2 尺寸控制部分
钛及钛合金盘卷丝材机加车刀的选型需根据机加材料､尺寸精度控制等有所不同，由于机加车床刀盘设计类似，即影响机加质量的因素主要为：刀杆制作精度､垫片调整厚度及车刀选型｡
(1) 高精度盘卷丝材机加要求机加后表面粗糙度 Ra≤3.2μm｡根据现有机加设备，车刀安装存在 5° 的倾角，为保证车刀安装后各组车刀机加面为同一加工中心线，需对机加车刀及垫片的整体厚度进行测量；
(2) 钛及钛合金盘卷丝材机加车刀的选型采用硬质合金车刀，根据多批次生产物料验证，带倒棱车刀普遍适用于硬度较高坯料机加，可减少钛合金丝材表面机加刀纹；不带倒棱车刀更适用于硬度较低的 β 类坯料｡同时，制作专用对刀工装，可对四组机加刀杆及车刀安装尺寸进行校对，要求加工面长度及高度误差控制在 0.03mm 以内，以确保机加效果；
(3) 选择最优的钛及钛合金盘卷丝材机加线速度，刀盘转速､机加线速度对排屑及机加丝材表面质量具有重要的影响｡
增加机加尺寸在线连续监测系统，实现丝材机加尺寸测径反馈，刀盘自动进刀､退刀，保证丝材机加尺寸精度，并通过目视化管理，操作人员可轻松掌握机加整体情况｡
2.3 机加调整部分
由于现在使用的丝材机加车床基本均为无心车床类型设备，主轴刀盘设计基本一致，即影响机加工作面的因素：刀杆厚度､垫片厚度､车刀厚度｡
机加工作面选择：机加棒丝材的中心线位置为最佳｡
设计显示：无心车床刀盘装刀位置距机加中心线尺寸为 27.27mm;
由于车刀安装存在 5° 的倾角，为保证车刀安装后 (刀杆 + 垫片 + 车刀厚) 机加面尺寸为 27.27mm, 理论计算：刀杆厚度一致情况下，垫片厚度为 1.25mm 时，车刀的厚度应采用 6.48mm｡
例如现使用车刀厚度为 6.4mm, 较理论车刀厚度偏小 0.08mm, 即机加面片棒丝材中心线较下位置｡可以通过调整垫片厚度，弥补机加工作面偏低情况｡
2.4 对刀调整部分
2.4.1 坯料矫直
坯料进入平立矫时，需缓慢进入进料压轮后加紧，通过平立矫直轮过程中进行手动压紧；缓慢退出至进料压轮，手动调整各矫直轮进量，然后进行调刀｡
2.4.2 对刀操作流程
(1) 对刀过程中，需多次进刀，用于消除刀具安装间隙误差；
(2) 对刀时，机加料头长度不易过长，以 10cm 为宜；并观察机加料头是否偏剥，如存在，需调整前导三爪夹持；
(3) 机加过程中不得随意倒车，由于机加过程为微张力，倒车会造成丝材弯曲，从而损伤车刀及刀杆；如需倒车，需先打开抽出压轮，防止坯料折弯，损伤刀体；
(4) 机加过程中，操作工需重点注意机加屑子情况，观察是否存在折叠屑子存在，如果存在，说明刀杆间屑子堆积，此类情况下可适当提高主轴转速｡
2.4.3 三爪同心度调整
为防止高精度无心车床机组前导三爪卡盘偏心，保证夹持及机加中心线位置，提高机加丝材表面质量，减少应为偏心问题造成车刀破损等浪费情况，提出如下相关措施 (见表 1)｡
表 1 定期检查及周期
| 序号 | 部位 | 检查内容 | 检查周期 | 责任人 |
| 1 | 前导压轮或滑块 | 检查压轮是否卡阻､滑块是否受损 | 每班 | 操作工 |
| 2 | 前导压爪部件 | 检查夹持块是否松动 | 每班 | 操作工 |
| 3 | 前､中､后导三爪同心度 | 检查三爪是否与机加中心线一致 | 一个月 | 操作工 |
(1) 前导同心度调整方法
①前导压轮或滑块检查：每班开机前，检查压轮是否存在卡阻，手动旋转压轮，检查是否灵活；观察滑块是否存在损伤，如存在如上问题，需处理后方可开机；
②前导压爪部件检查：每班开机前，人工检查压爪部件是否松动，固定螺栓牢靠，并通过扳手检查松紧度，如已松动，需重新调整对中性后方可开机；
③前导三爪同心度检查：定期对三爪同心度进行检查，拆除刀盘刀体，通过中后导夹持样棒，调整前导三爪同步进退，并通过塞尺检查压轮或滑块与样棒间隙是否一致｡
(2) 中后导同心度调整方法
准备工具：百分表､磁力底座､样棒､后导出口处工装样棒套｡
①拆除前导前端挡板，松开前导三爪；
②松开液压夹持，并穿过样棒；
③松开后导连杆锁紧螺母；
④使用样棒套在后端固定样棒；
⑤液压夹持中导，用百分表固定到刀盘上，手动旋转一圈，检查样棒尺寸波动；
⑥如果存在波动较大，需对中导三处连杆进行调整，直至波动值在 0.05mm 左右；
⑦后导调整时需通过样棒套来回滑动，通过样棒套内外尺寸配合调整连杆；
⑧调整完毕后夹持中后导，旋转刀盘一圈，检查百分表波动，小于等于 0.05mm 最佳；
⑨调整样棒要求悬挂存放，并定期对样棒表面进行润滑保养，防止生锈｡
2.4.4 常见故障现象及原因分析
(1) 故障现象：中后导夹持不稳定
原因分析:①中后导导轮磨损；②中后导连杆丝扣滑丝；③液压锁紧装置连杆导套孔粗糙或锈蚀，阻力过大｡
(2) 故障现象：机加刀纹过深
原因分析:①垫片厚度尺寸不合适；②车刀厚度偏差较大；③刀杆磨损严重；④刀杆安装不到位，压刀条未压紧｡
(3) 故障现象：丝材表面划伤及压坑
原因分析:①主机出口未设置清扫装置，钛屑随坯料带出后，压入抽出轮对丝材表面造成压坑；②抽出轮液压压力过大，压轮压伤丝材表面；③砂带抛腔体导管孔径较大，丝材抛光波动大；④抛光后的粉尘未进行有效收集，积攒到砂带抽出尼龙轮，与成品丝材表面划伤；⑤折弯机尼龙压轮嵌入钛屑，对丝材表面划伤；⑥折弯机出口导向装置划伤丝材､收线架尼龙板损坏划伤丝材｡
3、优化前后情况对比
优化后的钛及钛合金丝材机加设备较之前同类型钛合金盘卷丝材机加设备机加性能明显提升，产品产生满足相关工艺要求｡
优化前：钛合金盘卷丝材机加表面粗糙度 Ra≤3.2μm; 车刀使用寿命 1 盘 / 片；机加效率 6m/min｡
优化后：钛合金盘卷丝材机加表面粗糙度 Ra≤1.0μm; 车刀使用寿命 3 盘 / 片，机加效率 9m/min｡
大单重盘卷丝材机加效率提升 50%, 机加表面粗糙度明显提升，备件消耗量降低 200%｡
统计 12613 支盘卷单重，其中 9887 支单重满足 140±25kg 的要求，占比 78.39%;1890 支盘卷单重 > 165kg, 占比 14.98%;836 支盘卷单重 78~115kg, 占比 6.63%｡大单重盘卷物料机加对刀具磨损程度要求较高，同时又要确保盘卷丝材机加尺寸前后一致性，通过对装备优化和尺寸控制两方面的研究，盘卷成品尺寸基本满足椭圆度≤0.02mm 要求｡
4、丝材高精度机加尺寸控制的市场应用
随着高端制造业向精细化､微型化发展，丝材机加的尺寸精度控制将成为关键竞争力，尤其在医疗､半导体和新能源领域的应用潜力巨大｡在多个高端制造领域具有重要应用，其高精度要求能够满足复杂､微型化及高性能零部件的需求｡其主要市场应用领域及具体场景包括｡
4.1 航空航天与国防
应用场景：紧固件丝材､涡轮叶片冷却孔､航空传感器部件､导弹导丝等｡
精度要求:±0.02mm 以内，确保耐高温､抗疲劳性能｡
市场驱动：轻量化材料 (如钛合金､镍基合金) 和复杂结构需求｡
4.2 消费电子产品
应用场景：手机外壳､内部结构件等｡
精度要求：通常需控制在 ±0.03mm, 抗摔､抗刮､抗压性能｡
市场驱动：主要体现在高端智能手机和穿戴设备中｡
4.3 医疗器械与植入物
应用场景：心脏支架､骨科植入物 (如脊柱螺钉)､手术器械､牙科种植体等｡
精度要求：通常需控制在 ±0.01mm 以内，确保生物相容性和功能性｡
市场驱动：微创手术普及和个性化医疗需求增长，推动高精度丝材加工需求｡
4.4 精密仪器与光学
应用场景：光纤连接器､激光切割头喷嘴､精密弹簧｡
精度要求：表面粗糙度 Ra<0.4μm, 尺寸公差 ±0.01mm｡
市场驱动：高端光学设备和精密机械的迭代升级｡
4.5 汽车工业
应用场景：燃油喷射喷嘴､传感器探针､电动汽车电池极耳｡
精度要求:±0.02mm, 直接影响燃油效率或电池性能｡
市场驱动：新能源汽车对轻量化､高续航零部件的需求｡
4.6 能源与环保
应用场景：燃料电池金属双极板､核反应堆微型冷却管｡
精度要求：微米级加工以避免流体泄漏或能量损失｡
市场驱动：清洁能源技术 (如氢能) 的快速发展｡
4.7 增材制造 (3D 打印) 配套
应用场景：金属 3D 打印的支撑结构､精密丝材原料 (如钛丝)｡
精度要求：丝材直径一致性 ±0.01mm, 确保打印层均匀性｡
市场驱动：工业级 3D 打印向高精度､高强度方向发展｡
5、结语
在现代制造业中，丝材机加尺寸精度控制的重要性愈发凸显，已成为众多行业提升产品质量与生产效率的关键因素｡通过本研究，我们深入剖析了丝材机加尺寸精度控制的原理､方法以及影响因素，并对相关技术进行了系统性探究｡
研究结果表明，优化装备结构､采用先进的测径反馈系统和高精度的测量､调整装置，能够有效提升丝材机加尺寸精度｡在实际生产中，合理选择切削参数､刀具材料以及加工工艺，对确保尺寸精度的稳定性也起着重要作用｡丝材机加尺寸精度控制技术在航空航天､汽车制造､电子信息等领域展现出了广阔的应用前景｡
然而，目前丝材机加尺寸精度控制技术仍面临一些挑战｡随着产品精度要求的不断提高，对加工设备和工艺的精度要求也日益严苛；复杂形状丝材的加工精度控制难度较大，需要进一步研发先进的加工技术和算法｡未来，我们需持续关注丝材机加尺寸精度控制技术的发展动态，加强基础研究与应用研究，不断探索新的加工方法和工艺，以应对日益增长的高精度加工需求｡同时，加强产学研合作，促进技术创新与成果转化，推动丝材机加尺寸精度控制技术在更多领域的广泛应用，为制造业的高质量发展提供有力支撑｡
参考文献
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（注，原文标题：钛及钛合金大单重盘卷丝材机加尺寸精度控制的研究）
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