作者：常州機電(dian)職(zhi)業(ye)技術學院 劉江

　　2011年在上海的國家重大專項“高檔數控機床與基礎裝備”磨削領域技術研討會上許多國內專家談到提高國產數控機床競爭力在于提高機床精度及穩定性這個核心時，提出了國內需要解決高端磨床發展的深層次技術問題。如復合磨削機床的構型技術、高可靠的砂輪自動更換系統(tong)設計、多工(gong)(gong)藝要求下的(de)(de)(de)磨(mo)削(xue)過程的(de)(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)方法等(deng)。磨(mo)床是(shi)數控(kong)(kong)機(ji)床中(zhong)技(ji)(ji)術最密(mi)集的(de)(de)(de)產(chan)(chan)品(pin)之一(yi)，磨(mo)削(xue)機(ji)理(li)既復雜又難以控(kong)(kong)制(zhi)，而且(qie)磨(mo)削(xue)加(jia)工(gong)(gong)的(de)(de)(de)整個過程會直接影響(xiang)到工(gong)(gong)件(jian)的(de)(de)(de)精(jing)度、質量、效率與(yu)成本，磨(mo)削(xue)工(gong)(gong)件(jian)質量還直接影響(xiang)到機(ji)械(xie)產(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)(de)壽命(ming)與(yu)可靠性。這就要求數控(kong)(kong)磨(mo)床具有(you)較高的(de)(de)(de)技(ji)(ji)術含量，它(ta)的(de)(de)(de)關鍵(jian)技(ji)(ji)術和制(zhi)造工(gong)(gong)藝是(shi)難以復制(zhi)的(de)(de)(de)。磨(mo)床是(shi)近期國(guo)家(jia)工(gong)(gong)信部(bu)提出關于加(jia)快和培(pei)育(yu)發展戰略性新興產(chan)(chan)業的(de)(de)(de)決(jue)定中(zhong)明確重點指出的(de)(de)(de)航空裝(zhuang)備、衛星應用、軌道交(jiao)通裝(zhuang)備、海洋工(gong)(gong)程裝(zhuang)備、智能制(zhi)造裝(zhuang)備等(deng)行業關鍵(jian)零(ling)件(jian)實現高效精(jing)密(mi)加(jia)工(gong)(gong)的(de)(de)(de)核心(xin)裝(zhuang)備。

　　近年來國外磨削(xue)(xue)技術發生(sheng)(sheng)了(le)令(ling)人(ren)矚目的(de)進(jin)步與發展。高(gao)(gao)砂輪(lun)線(xian)速度(du)、高(gao)(gao)精進(jin)給速度(du)、高(gao)(gao)轉(zhuan)速大功率主軸、高(gao)(gao)剛性床(chuang)身(shen)、工藝與機床(chuang)的(de)集成等。例如(ru)日本森精機旗下的(de)太陽工機生(sheng)(sheng)產的(de)CNC立式復(fu)合(he)磨床(chuang)VERTICAL MATE SERIES系列(lie)(見圖(tu)1)，就具有高(gao)(gao)效復(fu)合(he)磨削(xue)(xue)功能。

　　圖1所示是機(ji)床(chuang)的(de)工況(kuang)。該機(ji)床(chuang)一次裝夾便可加工內、外(wai)徑、端面以及凸輪面、聯軸(zhou)器齒面的(de)復合磨削，實現前所未有的(de)工序革新(xin)。在(zai)工件主軸(zhou)上裝載DD電(dian)(dian)動機(ji)，實現0.000 1°分(fen)度的(de)控制，工件主軸(zhou)分(fen)度后(hou)依靠(kao)電(dian)(dian)動機(ji)制動夾緊來保(bao)證加工的(de)精(jing)度。

　　圖 1

　　圖2是一種新型的主軸上裝載DD電動機基本結構，實現了與以往機床等的加工精度的高性價比機床。主要功能配置有雙檔和多檔定位磚塔，它可以通過0°定位的內、外徑磨削以及22.5°及多點定位。砂輪軸采用HSK-A100的連接方法，最大功率輸出為11.0kW，并且通過4T的夾緊力把砂輪軸與主軸連接實現了砂輪軸的低振動、高剛性來提供磨削的精度。配置了在線測量裝置，可以對內、外徑及平面進行測量，關鍵是它把加工中心刀庫多刀加工的理念引進了該磨床，并把配置有6把砂輪軸磨具的ATC刀庫(ku)作(zuo)為標準配置(見圖(tu)3)，使之成為有高度通(tong)用性和提高工作(zuo)效率的磨床。

　　圖 2

　　圖3

　　機床還(huan)配磨床最需要的(de)(de)砂輪旋轉修整(zheng)器(qi)和單(dan)點金剛筆修整(zheng)器(qi)等(deng)，同時為(wei)了保證(zheng)工作環境還(huan)在機床內(nei)配置了冷卻液油霧氣(qi)體收集器(qi)以防(fang)止(zhi)擴大污(wu)染(ran)。在磨削材質硬度(du)在40HRC、外徑430mm、內(nei)徑300mm、高度(du)250mm的(de)(de)零(ling)件時，磨削精度(du)標(biao)準：圓(yuan)度(du)1.0μm、同軸(zhou)度(du)2μm、圓(yuan)柱度(du)2μm、直角度(du)2μm、表(biao)面粗糙度(du)R a=0.202μm。機床的(de)(de)精度(du)為(wei)定(ding)位精度(du)X 軸(zhou)3.702μm、Z 軸(zhou)2.822μm;重復(fu)定(ding)位精度(du)X 軸(zhou)2.872μm、Z 軸(zhou)2.132μm。但是它的(de)(de)實際測量值更(geng)小。該種機型適合盤類和套筒類零(ling)件的(de)(de)加工。

　　在北京第十一屆中國國際機床工具展(zhan)覽會上，陜西(xi)秦(qin)川格蘭德機床有(you)(you)限公(gong)司展(zhan)出(chu)的GZ118B數控高速車軸(zhou)專用磨床，也(ye)具備有(you)(you)一些復合加工(gong)的功能(neng)(見圖4)。

　　圖 4

　　這種(zhong)類型的(de)(de)(de)數(shu)控(kong)(kong)高速(su)車(che)軸(zhou)專用磨(mo)床，主要加工(gong)(gong)對(dui)象是(shi)高速(su)鐵(tie)路軌(gui)道交通用的(de)(de)(de)安裝車(che)輪(lun)(lun)(lun)和(he)制動(dong)盤的(de)(de)(de)車(che)軸(zhou)。在國(guo)內外的(de)(de)(de)生(sheng)產廠家(jia)也(ye)是(shi)屈(qu)指(zhi)可數(shu)。國(guo)外具有(you)(you)代表性的(de)(de)(de)西班牙達諾(nuo)巴特數(shu)控(kong)(kong)外圓(yuan)磨(mo)床，型號HG-91-3000-2A2R(見圖(tu)5a)，帶3軸(zhou)數(shu)控(kong)(kong)傾(qing)角配(pei)置(zhi)雙(shuang)砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)頭(tou)架，西門子840D控(kong)(kong)制，穩(wen)定珠光體鑄(zhu)鐵(tie)制造的(de)(de)(de)床身。鑄(zhu)鐵(tie)結構(gou)經計算機(ji)有(you)(you)限元(yuan)分(fen)析優化布(bu)置(zhi)內布(bu)筋板，保證框(kuang)架結構(gou)穩(wen)定和(he)達到精度(du)所需剛性外圓(yuan)砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)頭(tou)架裝有(you)(you)高精度(du)軸(zhou)承，永久油脂潤滑及安全設置(zhi)。主軸(zhou)內置(zhi)設有(you)(you)砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)動(dong)平(ping)衡(heng)系統單元(yuan)。如果發(fa)生(sheng)突(tu)然斷電，砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)頭(tou)架自動(dong)退回，保護工(gong)(gong)件(jian)不受(shou)損(sun)等功能。另一個(ge)是(shi)意大(da)利的(de)(de)(de)莫(mo)羅拉(la)公司(si)，也(ye)是(shi)配(pei)置(zhi)雙(shuang)砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)頭(tou)架來對(dui)工(gong)(gong)件(jian)左右二側(ce)各三檔進行磨(mo)削(見圖(tu)5b)。

　　圖 5

　　這(zhe)兩(liang)(liang)家(jia)公(gong)司的(de)(de)(de)(de)(de)設(she)(she)備(bei)各有特(te)色，在國內的(de)(de)(de)(de)(de)鐵路工(gong)廠和(he)(he)(he)配套企業所使用的(de)(de)(de)(de)(de)車軸(zhou)(zhou)專用磨(mo)(mo)床(chuang)(chuang)，大(da)部分被(bei)該兩(liang)(liang)家(jia)公(gong)司所壟斷。作(zuo)為(wei)車軸(zhou)(zhou)磨(mo)(mo)床(chuang)(chuang)它主要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)功(gong)能要(yao)(yao)(yao)適合(he)車軸(zhou)(zhou)加(jia)工(gong)的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)點(dian)，一般(ban)普(pu)通外圓(yuan)磨(mo)(mo)床(chuang)(chuang)對(dui)運(yun)動(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)Z軸(zhou)(zhou)工(gong)作(zuo)臺有較高的(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)動(dong)精度(du)(du)和(he)(he)(he)低速(su)無爬行(xing)(xing)以及設(she)(she)計結構(gou)有要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)，但對(dui)車軸(zhou)(zhou)磨(mo)(mo)床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)(de)(de)實際加(jia)工(gong)情況(kuang)來講，保(bao)證X 軸(zhou)(zhou)砂(sha)(sha)(sha)輪架(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)動(dong)精度(du)(du)有著(zhu)極(ji)高的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)：①要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)數控(kong)系統(tong)有靈敏的(de)(de)(de)(de)(de)響應(ying)速(su)度(du)(du)和(he)(he)(he)精確(que)的(de)(de)(de)(de)(de)全閉環位置(zhi)精度(du)(du)控(kong)制，這(zhe)樣才能保(bao)證產品尺寸精度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。②要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)機(ji)械系統(tong)有足夠的(de)(de)(de)(de)(de)剛度(du)(du)、穩定性和(he)(he)(he)抗振(zhen)性，因(yin)為(wei)整個X 軸(zhou)(zhou)砂(sha)(sha)(sha)輪架(jia)承載著(zhu)大(da)砂(sha)(sha)(sha)輪和(he)(he)(he)大(da)電動(dong)機(ji)，并在砂(sha)(sha)(sha)輪旋(xuan)轉時具有較大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)動(dong)慣量，還要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)在低速(su)小進給量時沒有爬行(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)現象。這(zhe)就要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)X 軸(zhou)(zhou)設(she)(she)計的(de)(de)(de)(de)(de)結構(gou)要(yao)(yao)(yao)合(he)理和(he)(he)(he)科學性。在這(zhe)樣的(de)(de)(de)(de)(de)條件(jian)下(xia)，機(ji)床(chuang)(chuang)才完全符合(he)數控(kong)車軸(zhou)(zhou)磨(mo)(mo)床(chuang)(chuang)設(she)(she)計要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)和(he)(he)(he)現場使用的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。

　　陜西秦(qin)川格蘭(lan)德(de)機(ji)(ji)床(chuang)有(you)限公司展出的(de)(de)(de)GZ118B數(shu)(shu)控(kong)高速(su)(su)車(che)軸(zhou)專用(yong)磨(mo)(mo)床(chuang)，除了在機(ji)(ji)床(chuang)加工(gong)規格上、一(yi)(yi)些主要(yao)(yao)參數(shu)(shu)上基本(ben)與國(guo)外(wai)(wai)廠家相(xiang)一(yi)(yi)致，滿足了用(yong)戶(hu)的(de)(de)(de)加工(gong)技術指標要(yao)(yao)求(qiu)，也(ye)配置像X 軸(zhou)砂(sha)(sha)輪(lun)架(jia)的(de)(de)(de)全(quan)閉環位(wei)置控(kong)制(zhi)、在線測(ce)量裝置、砂(sha)(sha)輪(lun)主軸(zhou)系統而采用(yong)套筒(tong)式(shi)液體靜動(dong)(dong)壓(ya)(ya)混合軸(zhou)承并且帶(dai)突(tu)然斷電(dian)砂(sha)(sha)輪(lun)頭架(jia)自(zi)動(dong)(dong)退回保護等功能。該機(ji)(ji)床(chuang)在設計上最大(da)的(de)(de)(de)亮點：①砂(sha)(sha)輪(lun)頭架(jia)可以通過伺服電(dian)動(dong)(dong)機(ji)(ji)驅(qu)動(dong)(dong)滾動(dong)(dong)絲桿自(zi)動(dong)(dong)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)一(yi)(yi)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)角(jiao)(jiao)度(du)(du)(du)，方便用(yong)于磨(mo)(mo)削(xue)車(che)軸(zhou)上帶(dai)不同方向的(de)(de)(de)錐(zhui)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)外(wai)(wai)徑。因(yin)為車(che)軸(zhou)兩(liang)端上需要(yao)(yao)磨(mo)(mo)削(xue)各(ge)三擋(dang)帶(dai)錐(zhui)度(du)(du)(du)和(he)不帶(dai)錐(zhui)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)外(wai)(wai)徑，帶(dai)錐(zhui)度(du)(du)(du)端的(de)(de)(de)尺(chi)寸精度(du)(du)(du)將決定(ding)(ding)在輪(lun)和(he)軸(zhou)壓(ya)(ya)裝時的(de)(de)(de)噸位(wei)參數(shu)(shu)，這涉及(ji)(ji)高速(su)(su)機(ji)(ji)車(che)運行的(de)(de)(de)安全(quan)問(wen)題，所以每磨(mo)(mo)削(xue)一(yi)(yi)根車(che)軸(zhou)，砂(sha)(sha)輪(lun)頭架(jia)就要(yao)(yao)擺(bai)動(dong)(dong)變換角(jiao)(jiao)度(du)(du)(du)三次。只要(yao)(yao)伺服電(dian)動(dong)(dong)機(ji)(ji)驅(qu)動(dong)(dong)滾動(dong)(dong)絲桿自(zi)動(dong)(dong)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)一(yi)(yi)定(ding)(ding)角(jiao)(jiao)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)重(zhong)復定(ding)(ding)位(wei)精度(du)(du)(du)穩定(ding)(ding)，該設計是符合復合加工(gong)的(de)(de)(de)工(gong)藝要(yao)(yao)求(qiu)。該形式(shi)可以比西班牙達(da)諾巴特數(shu)(shu)控(kong)外(wai)(wai)圓磨(mo)(mo)床(chuang)和(he)意大(da)利的(de)(de)(de)莫(mo)羅(luo)拉公司雙砂(sha)(sha)輪(lun)頭架(jia)節約(yue)制(zhi)造成本(ben)，以及(ji)(ji)比國(guo)內(nei)另一(yi)(yi)家生產工(gong)作臺擺(bai)動(dong)(dong)精度(du)(du)(du)更高更可靠穩定(ding)(ding)。因(yin)為它的(de)(de)(de)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)慣量小更可以達(da)到理(li)論上的(de)(de)(de)轉(zhuan)動(dong)(dong)角(jiao)(jiao)度(du)(du)(du)。②上架(jia)式(shi)在線測(ce)量裝置如圖6所示(shi)。

　　圖 6

　　該(gai)上架式(shi)在(zai)線測(ce)量裝置(zhi)也是采(cai)(cai)用(yong)意(yi)大利MARPOS S變徑量儀(yi)UNIMAR，連(lian)續變徑范圍25mm，控制儀(yi)采(cai)(cai)用(yong)P7ME工件軸向定位儀(yi)采(cai)(cai)用(yong)T18。這樣的布局可以使(shi)在(zai)工作臺上配(pei)置(zhi)機床附件少(shao)，適宜(yi)機床操(cao)作與保(bao)養(yang)，而其他(ta)形式(shi)的則要在(zai)工作臺上的二端配(pei)置(zhi)6個測(ce)量儀(yi)。

　　在這類鐵(tie)路專(zhuan)用數控磨床(chuang)設備上，希望(wang)能看(kan)到更多的(de)國內制造廠參與競爭，開發(fa)適合中國國情的(de)機床(chuang)。