高效率的強(qiáng)力成形磨削

>高效、高精度、低成本強(qiáng)力成形磨削技術(shù)從20世紀(jì)60年代后期開始被投入應(yīng)用，是一項(xiàng)先進(jìn)的工藝技術(shù)，它是在砂輪線速度保持常規(guī)磨削情況不變的情況下加大切深量、工作臺(tái)作緩速運(yùn)動(dòng)、一次進(jìn)給的磨削方法。至今，強(qiáng)力成形磨削技術(shù)日臻成熟與完善，已廣泛應(yīng)用于航天航空、汽車、機(jī)械等行業(yè)。強(qiáng)力成形磨削機(jī)床的布局結(jié)構(gòu)如圖1所示，其加工工藝特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：有較大的切削深度，砂輪一次切入量可達(dá)幾毫米到十幾毫米；其二，由于磨削切削深度大，磨削力和磨削熱都很大，這樣限制了工件的進(jìn)給速度，一般縱向進(jìn)給速度為30～250mm/min；其三，強(qiáng)迫冷卻——因?yàn)槟ハ髑邢魃疃却螅拜喭瑫r(shí)工作的磨粒多，每一個(gè)磨粒都是一個(gè)切削刃，由于切削長度長，屑成絲狀金屬，在撕裂變形過程中產(chǎn)生很大的熱量，甚至可以將磨屑熔化形成焊珠并使零件表面燒傷，因此冷卻液應(yīng)必須以一定的壓力和流量送入磨削區(qū)，起到強(qiáng)迫冷卻作用，將砂輪所產(chǎn)生的的熱量迅速帶走，同時(shí)沖掉附著在砂輪表面上的一部分絲狀磨屑。

　　由此也可見強(qiáng)力成形磨削相對(duì)普通往復(fù)磨削的優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，平均是一般普通磨削的3～5倍；工件成形快，可以從毛坯直接加工到成品，不需要預(yù)加工，簡化了工序，節(jié)省了工時(shí)，降低了成本；成形精度高，表面質(zhì)量好；可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化磨削循環(huán)等。圖1數(shù)控強(qiáng)力成形磨床布局結(jié)構(gòu)示意圖自主研發(fā)隨著制造技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，國際上的強(qiáng)力成形磨削機(jī)床日新月異，產(chǎn)品具有越來越高的技術(shù)含量和性價(jià)比，在我國，以杭州機(jī)床集團(tuán)公司的產(chǎn)品為代表的強(qiáng)力成形磨削機(jī)床也已打破了以往我國此類高端數(shù)控機(jī)床完全依賴進(jìn)口的局面，極大地提高了我國制造業(yè)，尤其是航空航天和汽車制造業(yè)的裝備水平。

　　目前，杭州機(jī)床集團(tuán)公司的數(shù)控強(qiáng)力成形磨床已形成系列產(chǎn)品——臺(tái)面寬度規(guī)格200～500mm，長度630～2500mm，其中以MKLD7140數(shù)控強(qiáng)力雙磨頭磨床和MKL7150×16/2七軸五聯(lián)動(dòng)的數(shù)控葉冠圓弧強(qiáng)力成形磨床最具代表性。該系列機(jī)床采用T形高剛性結(jié)構(gòu)布局，立柱中腰移動(dòng)是專利技術(shù)（專利號(hào)：ZL03230376.9）；主軸系統(tǒng)高剛性軸承采用熱平衡技術(shù)和國內(nèi)首創(chuàng)的氣封技術(shù)，砂輪恒線速控制；X、Y、Z三軸結(jié)構(gòu)工藝性先進(jìn)，機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度高，執(zhí)行德國VDI/DGQ3441技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)品兼?zhèn)涠喾N修正技術(shù)，如金剛滾輪臺(tái)式或在線連續(xù)修正、二軸聯(lián)動(dòng)筆形或盤形修正等；數(shù)控系統(tǒng)配置西門子802D/810D/840D系統(tǒng)不等，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)磨削循環(huán)；冷卻沖洗系統(tǒng)壓力8bar(1bar=105Pa),流量132～367L/min；工作精度高，表面粗糙度Ra≤0.63μm，成形表面輪廓度±0.005mm。汽車零件加工案例MKLD7140數(shù)控強(qiáng)力雙磨頭磨床和MKL7150×16/2七軸五聯(lián)動(dòng)的數(shù)控葉冠圓弧強(qiáng)力成形磨床等磨床可用于加工飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片樅樹根與鎖片槽、汽輪機(jī)葉片榫齒、柴油機(jī)連桿結(jié)合齒、剪板機(jī)剪刃、刀具鋸片齒等，在汽車制造業(yè)可用于轉(zhuǎn)向齒條齒、搖臂扇形齒、齒條活塞中齒等多種零件的加工，以下簡單舉例說明。圖2MKL7150×10數(shù)控強(qiáng)力成形磨床局部及其加工的汽車轉(zhuǎn)向齒條零件轉(zhuǎn)向齒條的圓柱體一側(cè)有寬度200mm左右的齒條，齒深5～10mm，國外先進(jìn)的加工方法是采用強(qiáng)力成形磨削，與常規(guī)的銑削、插齒或拉削工藝方法相比，其明顯的優(yōu)點(diǎn)是刀具成本低，加工柔性好、效率高，零件表面質(zhì)量好，加工精度高等。

　　隨著國內(nèi)汽車與零部件制造業(yè)日趨國產(chǎn)化，零件加工品質(zhì)的不斷提高，強(qiáng)力成形磨削技術(shù)也日益被人們所推崇。湖北飛寧公司選用MKL7150×10數(shù)控強(qiáng)力成形磨床加工汽車轉(zhuǎn)向齒條齒（圖2），采用臺(tái)式金剛滾輪修正器，兼?zhèn)渑_(tái)式金剛碟形應(yīng)用Y、Z軸聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)成形修正；采用六工位液壓夾具（圖3），一次裝夾6件；數(shù)控系統(tǒng)為西門子840D系統(tǒng)。

　　在磨削過程中，除工件裝卸外，均可數(shù)控執(zhí)行自動(dòng)完成加工，磨削工作循環(huán)是“粗磨－修正砂輪－精磨”，工藝上采用工件整體淬硬，垂直總進(jìn)給量6.5mm，直接磨出成形齒，單件加工時(shí)間約4min。圖3六工位液壓夾具局部2.汽車轉(zhuǎn)向搖臂軸扇形齒汽車轉(zhuǎn)向搖臂軸扇形齒的齒部模數(shù)為8～10m，一般加工工藝是齒形滾削或插削后滲炭淬火，比較先進(jìn)的工藝是淬火后采用成形磨齒以提高齒形精度和粗糙度并延長使用壽命。扇形齒的成形切削是根據(jù)直齒漸開線齒輪的嚙合原理而成的，所以可以將工件搖臂軸一端安裝在與數(shù)控分度頭連接的液壓卡盤上，另一端頂尖支承，使工件與成形砂輪之間做嚙合擺動(dòng)來進(jìn)行磨削。砂輪的修正方式采用臺(tái)式金剛石滾輪，滾輪齒形與扇形齒嚙合相配，工步過程為“裝工件－修正砂輪－磨齒形－卸工件”，之后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

　　在此加工過程中，齒部粗加工后留磨削余量單面0.2mm左右，單件加工工時(shí)約5min。3.汽車轉(zhuǎn)向齒條活塞中齒汽車轉(zhuǎn)向齒條活塞中齒的齒部是與搖臂軸扇形齒相嚙合的，所以一般性工藝與搖臂軸扇形齒相同，但若要與磨齒工藝的扇形齒相嚙合則必須使用數(shù)控強(qiáng)力成形磨床，主機(jī)規(guī)格可以與搖臂軸同型號(hào)MKL7132×6或MKL7140×10，配置四工位液壓夾具，臺(tái)式金剛滾輪砂輪修正器，滾輪齒與活塞中齒可嚙合相配。工件齒部粗加工后單面留磨削余量0.2mm左右，砂輪修整成形，縱向進(jìn)給200mm/min左右，一次磨削加工成形，工步過程為“裝工件－修正砂輪－磨齒形－卸工件”，然后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，單件加工工時(shí)1min左右。從以上的加工案例中，不難看出，強(qiáng)力成形磨削工藝的生產(chǎn)效率比普通往復(fù)磨削要高很多，而且工件不需預(yù)加工，不僅節(jié)省了工時(shí)，也降低了成本，是汽車零部件制造中非常值得推廣應(yīng)用的一種先進(jìn)的工藝技術(shù)。