高效率的強力成形磨削

>高效、高精度、低成本強力成形磨削技術從20世紀60年代后期開始被投入應用，是一項先進的工藝技術，它是在砂輪線速度保持常規磨削情況不變的情況下加大切深量、工作臺作緩速運動、一次進給的磨削方法。至今，強力成形磨削技術日臻成熟與完善，已廣泛應用于航天航空、汽車、機械等行業。強力成形磨削機床的布局結構如圖1所示，其加工工藝特點主要表現為：有較大的切削深度，砂輪一次切入量可達幾毫米到十幾毫米；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給速度，一般縱向進給速度為30～250mm/min；其三，強迫冷卻——因為磨削切削深度大，砂輪同時工作的磨粒多，每一個磨粒都是一個切削刃，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，因此冷卻液應必須以一定的壓力和流量送入磨削區，起到強迫冷卻作用，將砂輪所產生的的熱量迅速帶走，同時沖掉附著在砂輪表面上的一部分絲狀磨屑。

　　由此也可見強力成形磨削相對普通往復磨削的優點：生產效率高，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，不需要預加工，簡化了工序，節省了工時，降低了成本；成形精度高，表面質量好；可以實現自動化磨削循環等。圖1數控強力成形磨床布局結構示意圖自主研發隨著制造技術和控制技術的不斷發展，國際上的強力成形磨削機床日新月異，產品具有越來越高的技術含量和性價比，在我國，以杭州機床集團公司的產品為代表的強力成形磨削機床也已打破了以往我國此類高端數控機床完全依賴進口的局面，極大地提高了我國制造業，尤其是航空航天和汽車制造業的裝備水平。

　　目前，杭州機床集團公司的數控強力成形磨床已形成系列產品——臺面寬度規格200～500mm，長度630～2500mm，其中以MKLD7140數控強力雙磨頭磨床和MKL7150×16/2七軸五聯動的數控葉冠圓弧強力成形磨床最具代表性。該系列機床采用T形高剛性結構布局，立柱中腰移動是專利技術（專利號：ZL03230376.9）；主軸系統高剛性軸承采用熱平衡技術和國內首創的氣封技術，砂輪恒線速控制；X、Y、Z三軸結構工藝性先進，機床定位精度和重復定位精度高，執行德國VDI/DGQ3441技術標準；產品兼備多種修正技術，如金剛滾輪臺式或在線連續修正、二軸聯動筆形或盤形修正等；數控系統配置西門子802D/810D/840D系統不等，可實現自動磨削循環；冷卻沖洗系統壓力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數控強力雙磨頭磨床和MKL7150×16/2七軸五聯動的數控葉冠圓弧強力成形磨床等磨床可用于加工飛機發動機葉片樅樹根與鎖片槽、汽輪機葉片榫齒、柴油機連桿結合齒、剪板機剪刃、刀具鋸片齒等，在汽車制造業可用于轉向齒條齒、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數控強力成形磨床局部及其加工的汽車轉向齒條零件轉向齒條的圓柱體一側有寬度200mm左右的齒條，齒深5～10mm，國外先進的加工方法是采用強力成形磨削，與常規的銑削、插齒或拉削工藝方法相比，其明顯的優點是刀具成本低，加工柔性好、效率高，零件表面質量好，加工精度高等。

　　隨著國內汽車與零部件制造業日趨國產化，零件加工品質的不斷提高，強力成形磨削技術也日益被人們所推崇。湖北飛寧公司選用MKL7150×10數控強力成形磨床加工汽車轉向齒條齒（圖2），采用臺式金剛滾輪修正器，兼備臺式金剛碟形應用Y、Z軸聯動實現成形修正；采用六工位液壓夾具（圖3），一次裝夾6件；數控系統為西門子840D系統。

　　在磨削過程中，除工件裝卸外，均可數控執行自動完成加工，磨削工作循環是“粗磨－修正砂輪－精磨”，工藝上采用工件整體淬硬，垂直總進給量6.5mm，直接磨出成形齒，單件加工時間約4min。圖3六工位液壓夾具局部2.汽車轉向搖臂軸扇形齒汽車轉向搖臂軸扇形齒的齒部模數為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來進行磨削。砂輪的修正方式采用臺式金剛石滾輪，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”，之后進入下一個循環。

　　在此加工過程中，齒部粗加工后留磨削余量單面0.2mm左右，單件加工工時約5min。3.汽車轉向齒條活塞中齒汽車轉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控強力成形磨床，主機規格可以與搖臂軸同型號MKL7132×6或MKL7140×10，配置四工位液壓夾具，臺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”，然后進入下一個循環，單件加工工時1min左右。從以上的加工案例中，不難看出，強力成形磨削工藝的生產效率比普通往復磨削要高很多，而且工件不需預加工，不僅節省了工時，也降低了成本，是汽車零部件制造中非常值得推廣應用的一種先進的工藝技術。