作者：常州機電職業技術學院 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設計、多工藝要求下的磨削過程的控制方法等。磨床是數控機床中技術最密集的產品之一，磨削機理既復雜又難以控制，而且磨削加工的整個過程會直接影響到工件的精度、質量、效率與成本，磨削工件質量還直接影響到機械產品的壽命與可靠性。這就要求數控磨床具有較高的技術含量，它的關鍵技術和制造工藝是難以復制的。磨床是近期國家工信部提出關于加快和培育發展戰略性新興產業的決定中明確重點指出的航空裝備、衛星應用、軌道交通裝備、海洋工程裝備、智能制造裝備等行業關鍵零件實現高效精密加工的核心裝備。

　　近年來國外磨削技術發生了令人矚目的進步與發展。高砂輪線速度、高精進給速度、高轉速大功率主軸、高剛性床身、工藝與機床的集成等。例如日本森精機旗下的太陽工機生產的CNC立式復合磨床VERTICAL MATE SERIES系列(見圖1)，就具有高效復合磨削功能。

　　圖1所示是機床的工況。該機床一次裝夾便可加工內、外徑、端面以及凸輪面、聯軸器齒面的復合磨削，實現前所未有的工序革新。在工件主軸上裝載DD電動機，實現0.000 1°分度的控制，工件主軸分度后依靠電動機制動夾緊來保證加工的精度。

　　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刀庫作為標準配置(見圖3)，使之成為有高度通用性和提高工作效率的磨床。

　　圖 2

　　圖3

　　機床還配磨床最需要的砂輪旋轉修整器和單點金剛筆修整器等，同時為了保證工作環境還在機床內配置了冷卻液油霧氣體收集器以防止擴大污染。在磨削材質硬度在40HRC、外徑430mm、內徑300mm、高度250mm的零件時，磨削精度標準：圓度1.0μm、同軸度2μm、圓柱度2μm、直角度2μm、表面粗糙度R a=0.202μm。機床的精度為定位精度X 軸3.702μm、Z 軸2.822μm;重復定位精度X 軸2.872μm、Z 軸2.132μm。但是它的實際測量值更小。該種機型適合盤類和套筒類零件的加工。

　　在北京第十一屆中國國際機床工具展覽會上，陜西秦川格蘭德機床有限公司展出的GZ118B數控高速車軸專用磨床，也具備有一些復合加工的功能(見圖4)。

　　圖 4

　　這種類型的數控高速車軸專用磨床，主要加工對象是高速鐵路軌道交通用的安裝車輪和制動盤的車軸。在國內外的生產廠家也是屈指可數。國外具有代表性的西班牙達諾巴特數控外圓磨床，型號HG-91-3000-2A2R(見圖5a)，帶3軸數控傾角配置雙砂輪頭架，西門子840D控制，穩定珠光體鑄鐵制造的床身。鑄鐵結構經計算機有限元分析優化布置內布筋板，保證框架結構穩定和達到精度所需剛性外圓砂輪頭架裝有高精度軸承，永久油脂潤滑及安全設置。主軸內置設有砂輪動平衡系統單元。如果發生突然斷電，砂輪頭架自動退回，保護工件不受損等功能。另一個是意大利的莫羅拉公司，也是配置雙砂輪頭架來對工件左右二側各三檔進行磨削(見圖5b)。

　　圖 5

　　這兩家公司的設備各有特色，在國內的鐵路工廠和配套企業所使用的車軸專用磨床，大部分被該兩家公司所壟斷。作為車軸磨床它主要的功能要適合車軸加工的特點，一般普通外圓磨床對運動的Z軸工作臺有較高的運動精度和低速無爬行以及設計結構有要求，但對車軸磨床的實際加工情況來講，保證X 軸砂輪架的運動精度有著極高的要求：①要求數控系統有靈敏的響應速度和精確的全閉環位置精度控制，這樣才能保證產品尺寸精度的要求。②要求機械系統有足夠的剛度、穩定性和抗振性，因為整個X 軸砂輪架承載著大砂輪和大電動機，并在砂輪旋轉時具有較大的運動慣量，還要求在低速小進給量時沒有爬行的現象。這就要求X 軸設計的結構要合理和科學性。在這樣的條件下，機床才完全符合數控車軸磨床設計要求和現場使用的要求。

　　陜西秦川格蘭德機床有限公司展出的GZ118B數控高速車軸專用磨床，除了在機床加工規格上、一些主要參數上基本與國外廠家相一致，滿足了用戶的加工技術指標要求，也配置像X 軸砂輪架的全閉環位置控制、在線測量裝置、砂輪主軸系統而采用套筒式液體靜動壓混合軸承并且帶突然斷電砂輪頭架自動退回保護等功能。該機床在設計上最大的亮點：①砂輪頭架可以通過伺服電動機驅動滾動絲桿自動旋轉一定的角度，方便用于磨削車軸上帶不同方向的錐度的外徑。因為車軸兩端上需要磨削各三擋帶錐度和不帶錐度的外徑，帶錐度端的尺寸精度將決定在輪和軸壓裝時的噸位參數，這涉及高速機車運行的安全問題，所以每磨削一根車軸，砂輪頭架就要擺動變換角度三次。只要伺服電動機驅動滾動絲桿自動旋轉一定角度的重復定位精度穩定，該設計是符合復合加工的工藝要求。該形式可以比西班牙達諾巴特數控外圓磨床和意大利的莫羅拉公司雙砂輪頭架節約制造成本，以及比國內另一家生產工作臺擺動精度更高更可靠穩定。因為它的旋轉慣量小更可以達到理論上的轉動角度。②上架式在線測量裝置如圖6所示。

　　圖 6

　　該上架式在線測量裝置也是采用意大利MARPOS S變徑量儀UNIMAR，連續變徑范圍25mm，控制儀采用P7ME工件軸向定位儀采用T18。這樣的布局可以使在工作臺上配置機床附件少，適宜機床操作與保養，而其他形式的則要在工作臺上的二端配置6個測量儀。

　　在這類鐵路專用數控磨床設備上，希望能看到更多的國內制造廠參與競爭，開發適合中國國情的機床。