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　　作者：常州机电职业技术学院 刘江

　　2011年在上海的国家重大专项“高档数控机床与基础装备”磨削领域技术研讨会上许多国内专家谈到提高国产数控机床竞争力在于提高机床精度及稳定性这个核心时，提出了国内需要解决高端磨床发展的深层次技术问题。如复合磨削机床的构型技术、高可靠的砂轮自动更换系统设计、多工艺要求下的磨削过程的控制方法等。磨床是数控机床中技术最密集的产品之一，磨削机理既复杂又难以控制，而且磨削加工的整个过程会直接影响到工件的精度、质量、效率与成本，磨削工件质量还直接影响到机械产品的寿命与可靠性。这就要求数控磨床具有较高的技术含量，它的关键技术和制造工艺是难以复制的。磨床是近期国家工信部提出关于加快和培育发展战略性新兴产业的决定中明确重点指出的航空装备、卫星应用、轨道交通装备、海洋工程装备、智能制造装备等行业关键零件实现高效精密加工的核心装备。

　　近年来国外磨削技术发生了令人瞩目的进步与发展。高砂轮线速度、高精进给速度、高转速大功率主轴、高刚性床身、工艺与机床的集成等。例如日本森精机旗下的太阳工机生产的CNC立式复合磨床VERTICAL MATE SERIES系列(见图1)，就具有高效复合磨削功能。

　　图1所示是机床的工况。该机床一次装夹便可加工内、外径、端面以及凸轮面、联轴器齿面的复合磨削，实现前所未有的工序革新。在工件主轴上装载DD电动机，实现0.000 1°分度的控制，工件主轴分度后依靠电动机制动夹紧来保证加工的精度。

　　图 1

　　图2是一种新型的主轴上装载DD电动机基本结构，实现了与以往机床等的加工精度的高性价比机床。主要功能配置有双档和多档定位砖塔，它可以通过0°定位的内、外径磨削以及22.5°及多点定位。砂轮轴采用HSK-A100的连接方法，最大功率输出为11.0kW，并且通过4T的夹紧力把砂轮轴与主轴连接实现了砂轮轴的低振动、高刚性来提供磨削的精度。配置了在线测量装置，可以对内、外径及平面进行测量，关键是它把加工中心刀库多刀加工的理念引进了该磨床，并把配置有6把砂轮轴磨具的ATC刀库作为标准配置(见图3)，使之成为有高度通用性和提高工作效率的磨床。

　　图 2

　　图3

　　机床还配磨床最需要的砂轮旋转修整器和单点金刚笔修整器等，同时为了保证工作环境还在机床内配置了冷却液油雾气体收集器以防止扩大污染。在磨削材质硬度在40HRC、外径430mm、内径300mm、高度250mm的零件时，磨削精度标准：圆度1.0μm、同轴度2μm、圆柱度2μm、直角度2μm、表面粗糙度R a=0.202μm。机床的精度为定位精度X 轴3.702μm、Z 轴2.822μm;重复定位精度X 轴2.872μm、Z 轴2.132μm。但是它的实际测量值更小。该种机型适合盘类和套筒类零件的加工。

　　在北京第十一届中国国际机床工具展览会上，陕西秦川格兰德机床有限公司展出的GZ118B数控高速车轴专用磨床，也具备有一些复合加工的功能(见图4)。

　　图 4

　　这种类型的数控高速车轴专用磨床，主要加工对象是高速铁路轨道交通用的安装车轮和制动盘的车轴。在国内外的生产厂家也是屈指可数。国外具有代表性的西班牙达诺巴特数控外圆磨床，型号HG-91-3000-2A2R(见图5a)，带3轴数控倾角配置双砂轮头架，西门子840D控制，稳定珠光体铸铁制造的床身。铸铁结构经计算机有限元分析优化布置内布筋板，保证框架结构稳定和达到精度所需刚性外圆砂轮头架装有高精度轴承，永久油脂润滑及安全设置。主轴内置设有砂轮动平衡系统单元。如果发生突然断电，砂轮头架自动退回，保护工件不受损等功能。另一个是意大利的莫罗拉公司，也是配置双砂轮头架来对工件左右二侧各三档进行磨削(见图5b)。

　　图 5

　　这两家公司的设备各有特色，在国内的铁路工厂和配套企业所使用的车轴专用磨床，大部分被该两家公司所垄断。作为车轴磨床它主要的功能要适合车轴加工的特点，一般普通外圆磨床对运动的Z轴工作台有较高的运动精度和低速无爬行以及设计结构有要求，但对车轴磨床的实际加工情况来讲，保证X 轴砂轮架的运动精度有着极高的要求：①要求数控系统有灵敏的响应速度和精确的全闭环位置精度控制，这样才能保证产品尺寸精度的要求。②要求机械系统有足够的刚度、稳定性和抗振性，因为整个X 轴砂轮架承载着大砂轮和大电动机，并在砂轮旋转时具有较大的运动惯量，还要求在低速小进给量时没有爬行的现象。这就要求X 轴设计的结构要合理和科学性。在这样的条件下，机床才完全符合数控车轴磨床设计要求和现场使用的要求。

　　陕西秦川格兰德机床有限公司展出的GZ118B数控高速车轴专用磨床，除了在机床加工规格上、一些主要参数上基本与国外厂家相一致，满足了用户的加工技术指标要求，也配置像X 轴砂轮架的全闭环位置控制、在线测量装置、砂轮主轴系统而采用套筒式液体静动压混合轴承并且带突然断电砂轮头架自动退回保护等功能。该机床在设计上最大的亮点：①砂轮头架可以通过伺服电动机驱动滚动丝杆自动旋转一定的角度，方便用于磨削车轴上带不同方向的锥度的外径。因为车轴两端上需要磨削各三挡带锥度和不带锥度的外径，带锥度端的尺寸精度将决定在轮和轴压装时的吨位参数，这涉及高速机车运行的安全问题，所以每磨削一根车轴，砂轮头架就要摆动变换角度三次。只要伺服电动机驱动滚动丝杆自动旋转一定角度的重复定位精度稳定，该设计是符合复合加工的工艺要求。该形式可以比西班牙达诺巴特数控外圆磨床和意大利的莫罗拉公司双砂轮头架节约制造成本，以及比国内另一家生产工作台摆动精度更高更可靠稳定。因为它的旋转惯量小更可以达到理论上的转动角度。②上架式在线测量装置如图6所示。

　　图 6

　　该上架式在线测量装置也是采用意大利MARPOS S变径量仪UNIMAR，连续变径范围25mm，控制仪采用P7ME工件轴向定位仪采用T18。这样的布局可以使在工作台上配置机床附件少，适宜机床操作与保养，而其他形式的则要在工作台上的二端配置6个测量仪。

　　在这类铁路专用数控磨床设备上，希望能看到更多的国内制造厂参与竞争，开发适合中国国情的机床。