HZ-079數(shù)控車床導(dǎo)軌磨床具有適合大批量生產(chǎn)、加工精度高、生產(chǎn)效率高、購(gòu)置費(fèi)用低、性價(jià)比高的特點(diǎn)。該機(jī)床具有較廣闊的應(yīng)用前景和較大的推廣價(jià)值。
車床是產(chǎn)量最大的機(jī)床品種，是金屬切削機(jī)床中應(yīng)用最廣泛的機(jī)種。在全世界150多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床年產(chǎn)量中，車床至少占有20%的比例。
中國(guó)是世界公認(rèn)的車床制造大國(guó)，每年車床產(chǎn)量高達(dá)12.5-15萬(wàn)臺(tái)。中國(guó)機(jī)床工具協(xié)會(huì)的資料顯示，全國(guó)車床分會(huì)的會(huì)員單位有50多家，其中最重要的車床生產(chǎn)企業(yè)有30家。根據(jù)2009年中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)年鑒提供的數(shù)據(jù)：2008年，車床分會(huì)的30家會(huì)員企業(yè)生產(chǎn)車床118809臺(tái)，其中數(shù)控車床30980臺(tái)，車床產(chǎn)量的數(shù)控化率為26.1%。2008年，完成的車床產(chǎn)值103億元，其中數(shù)控車床產(chǎn)值44.1億元。鑒于2008年的這些數(shù)據(jù)是機(jī)床行業(yè)經(jīng)歷全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的不利條件下取得的，已比上一年下降了近20%，說(shuō)明2007年全國(guó)的車床產(chǎn)量更大。2008年，全國(guó)出口車床16450臺(tái)，數(shù)控車床出口1099臺(tái)。車床出口數(shù)在全國(guó)整個(gè)金屬切削機(jī)床的出口中占有最大的比重。
車床導(dǎo)軌加工是最重要的一道工序
與其它許多機(jī)床一樣，車床的床身導(dǎo)軌的加工是最關(guān)鍵的一道加工工序。導(dǎo)軌的精度要求高，形狀復(fù)雜，在采用機(jī)械加工以前，長(zhǎng)期以來(lái)也是采用人工刮研的工藝手段，雖然能滿足精度要求，但效率很低、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)人的技藝要求高，人工成本高。顯然，這種工藝無(wú)法滿足大批量生產(chǎn)的要求。
車床床身的特點(diǎn)，與其它機(jī)床相比，其床身寬度相對(duì)較小，導(dǎo)軌之間的跨距也較小，車床導(dǎo)軌上有8個(gè)面需要進(jìn)行加工，如下圖：
圖 1 車床導(dǎo)軌示意圖
從上圖可見，車床床身2條導(dǎo)軌的8個(gè)面需要進(jìn)行機(jī)械加工，其中A、C各2個(gè)面、D與B各1個(gè)面要用成形砂輪進(jìn)行磨削，E面和F面也需要進(jìn)行加工。
車床導(dǎo)軌傳統(tǒng)的加工設(shè)備是龍門式導(dǎo)軌磨床或以單立柱平面磨床改裝的專用導(dǎo)軌磨床。這2種導(dǎo)軌磨床都可以對(duì)車床導(dǎo)軌的8個(gè)面進(jìn)行加工，但不能實(shí)現(xiàn)2個(gè)導(dǎo)軌一次成形，而是需要多次裝夾。大型龍門導(dǎo)軌磨床的購(gòu)置費(fèi)用高，車床制造廠不能批量購(gòu)置，而且占地面積大，對(duì)生產(chǎn)廠有較大的制約。一般來(lái)說(shuō)，龍門導(dǎo)軌磨床的機(jī)床規(guī)格都較大，用這種機(jī)床來(lái)磨削體積相對(duì)較小的車床導(dǎo)軌給人有大馬拉小車的感覺，大型導(dǎo)軌磨床的承重等優(yōu)點(diǎn)也發(fā)揮不出優(yōu)勢(shì)。而最大的缺點(diǎn)是車床導(dǎo)軌仍需要逐個(gè)磨削，不能一次成形，因此其生產(chǎn)效率并不高，據(jù)用戶介紹，一天僅能加工4只車床床身。
對(duì)以單立柱平面磨床改裝的車床導(dǎo)軌磨床而言，購(gòu)置費(fèi)用比龍門導(dǎo)軌磨低，但受機(jī)床剛性等因素的影響，車床的2條導(dǎo)軌需要分別進(jìn)行加工，車床床身需要多次裝夾。因此，現(xiàn)有的車床導(dǎo)軌磨削加工，無(wú)論是龍門式導(dǎo)軌磨還是在磨頭移動(dòng)式平面磨床上改裝而成的專機(jī)，其精度和效率等都有不盡人意之處，不能適應(yīng)車床裝備制造業(yè)發(fā)展的需求。由于需要多次裝夾和導(dǎo)軌面的多次磨削加工，導(dǎo)軌各個(gè)型面的尺寸一致性不能完全保證，尤其是導(dǎo)軌面垂直方向的平行度誤差難以控制。
國(guó)外結(jié)構(gòu)獨(dú)特的車床導(dǎo)軌專用磨床
發(fā)展先進(jìn)高效的專用機(jī)床加工設(shè)備是現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。關(guān)于車床導(dǎo)軌磨削，先進(jìn)工業(yè)國(guó)家雖然都有精密龍門導(dǎo)軌磨的生產(chǎn)，但他們注重從車床導(dǎo)軌本身的特點(diǎn)出發(fā)，尋找效率更高、費(fèi)用較低的專用磨削設(shè)備。單立柱結(jié)構(gòu)的采用大跨距組合砂輪、一次成形磨削的車床導(dǎo)軌專用磨床就是一種最好的針對(duì)車床導(dǎo)軌加工的量體裁衣機(jī)床產(chǎn)品。但是，這種專機(jī)只是適用于車床行業(yè)。
事實(shí)上，國(guó)際上生產(chǎn)這種機(jī)床的廠家的確較少，包括一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在內(nèi)，車床導(dǎo)軌的磨削加工也多采用龍門式導(dǎo)軌磨床或用普通平磨改裝的專機(jī)，多次裝夾、多面磨削加工，而采用專用的大跨距組合砂輪、一次成形加工磨削車床導(dǎo)軌磨床并不多見。直到2004年，大連機(jī)床廠與英國(guó)的600集團(tuán)合作大批量生產(chǎn)出口車床，為了提高車床導(dǎo)軌的磨削加工效率，由英方高價(jià)提供了一臺(tái)英國(guó)老牌Snow（斯諾）機(jī)床公司早年制造的車床導(dǎo)軌專用磨床，工作臺(tái)規(guī)格600×3000mm，砂輪最大跨距450mm。Snow公司主要產(chǎn)品是一種磨頭移動(dòng)式的臥軸矩臺(tái)平面磨床，磨頭移動(dòng)橫向的行程最大達(dá)到900mm，長(zhǎng)度3600mm。機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)床身采用閉式靜壓導(dǎo)軌，磨頭為滑動(dòng)軸承。機(jī)床采用有輔助支架的剛性支承形式，采用寬砂輪。當(dāng)時(shí)，這臺(tái)在通用磨頭移動(dòng)式的臥軸矩臺(tái)平面磨床上改制的設(shè)備，價(jià)值70萬(wàn)美元。但由于使用時(shí)間已較長(zhǎng)，磨削精度已達(dá)不到規(guī)定的技術(shù)要求，也不能滿足當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)需要。
德國(guó)ELB公司是國(guó)際上著名的機(jī)床企業(yè)，在世界平面磨床總銷售中占有一定的份額，尤其是專用磨床所占比例相當(dāng)大。ELB生產(chǎn)的專用磨床，剛性好，為提高磨削效率，常采用寬砂輪的磨削機(jī)床，砂輪的總寬度可達(dá)到數(shù)百毫米，有的是一只整體的砂輪，有的也采用組合式的砂輪。為了磨削不同材質(zhì)的工件，甚至可以采用不同磨料、粒度或黏結(jié)劑的砂輪進(jìn)行組合。早在上世紀(jì)八十年代曾有報(bào)道，ELB公司開發(fā)過(guò)一臺(tái)SWD060型三工位萬(wàn)能平面磨床，該機(jī)可實(shí)現(xiàn)用一個(gè)夾具磨削車床的床身的導(dǎo)軌面，其中主要磨削工位帶動(dòng)一個(gè)圓盤形套，同時(shí)對(duì)三個(gè)V型導(dǎo)軌進(jìn)行周邊磨削；第二個(gè)工位用周邊磨削加工下接觸面的背面，第三個(gè)工位則用周邊磨削及端面磨削下接觸面的正面及變速箱的接觸結(jié)合面。但在國(guó)內(nèi)從未見到這種機(jī)床，在近20多年來(lái)的機(jī)床展上和情報(bào)資料中都未見有新的產(chǎn)品報(bào)道和介紹。該機(jī)床實(shí)際上也是一臺(tái)大跨距的成形磨床，只是三工位結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
國(guó)產(chǎn)HZ-079數(shù)控車床導(dǎo)軌磨床
長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)車床行業(yè)中的大廠的導(dǎo)軌磨削一般都采用龍門式導(dǎo)軌磨床，用單片砂輪進(jìn)行多導(dǎo)軌面的多次磨削加工。一些中小規(guī)模的制造廠則使用在普通磨頭移動(dòng)式臥軸矩臺(tái)平面磨床上改制的專用磨床，杭州機(jī)床集團(tuán)生產(chǎn)HZ-068、HZ-071、HZ-080專用磨就是采用單片砂輪、多次多面磨削加工的專用車床導(dǎo)軌磨。
圖2 HZ-079型數(shù)控車床導(dǎo)軌磨床照片
2006年以來(lái)，應(yīng)大連機(jī)床廠等用戶的迫切要求，杭州機(jī)床集團(tuán)借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，對(duì)大跨距組合式砂輪與導(dǎo)軌一次成形技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，批量制造了一批HZ-079型數(shù)控車床導(dǎo)軌磨床提供用戶使用，取得階段性的成果。為實(shí)現(xiàn)大跨距組合式砂輪、一次成形和磨銑復(fù)合加工技術(shù)，解決了機(jī)床的主要關(guān)鍵技術(shù)，其中有的技術(shù)結(jié)構(gòu)和裝置已申請(qǐng)國(guó)家專利，目前已取得“一種單立柱車床床身導(dǎo)軌磨床”和“磨頭移動(dòng)式平面磨床的進(jìn)給導(dǎo)軌”等3項(xiàng)國(guó)家專利。
該機(jī)床技術(shù)上最大的特點(diǎn)就是采用國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的大跨距組合式砂輪結(jié)構(gòu)，通過(guò)一次安裝、一次成形技術(shù)就能加工車床床身上的8個(gè)導(dǎo)軌面，砂輪最大的組合寬度為600mm。機(jī)床的另一個(gè)技術(shù)特點(diǎn)是采用目前國(guó)際上正流行的復(fù)合加工技術(shù)，在同一臺(tái)機(jī)床上采用二種不同的加工方式，以便減少工件的裝夾和加工時(shí)間。本機(jī)床采用銑削和磨削復(fù)合加工技術(shù)，在機(jī)床上安裝一個(gè)輕型立式銑頭，在一次安裝中用銑頭銑削車床床身的下滑導(dǎo)軌面，以減少安裝時(shí)間，提高加工精度，提高加工效率。
圖3 大跨距組合式成形砂輪
為實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)目標(biāo)，通過(guò)努力解決了許多關(guān)鍵技術(shù)。比如大跨距組合砂輪的平衡和防震技術(shù)、二級(jí)液壓缸仿形技術(shù)和數(shù)控進(jìn)給導(dǎo)軌的復(fù)合式砂輪修整裝置，機(jī)床慢速穩(wěn)定不爬行，提高砂輪修整的成形精度。由于機(jī)床采用了大跨距的組合砂輪結(jié)構(gòu)，磨頭的驅(qū)動(dòng)功率相當(dāng)大，磨頭主軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)用高剛性的動(dòng)靜壓軸承技術(shù)，并開發(fā)內(nèi)置式大功率的驅(qū)動(dòng)裝置，以提高磨削效率。在機(jī)床的制造中，實(shí)現(xiàn)了磨、銑復(fù)合加工。由于機(jī)床磨頭橫向行程超過(guò)800毫米，研究了橫向?qū)к壍膭傂栽O(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造的工藝技術(shù)。同時(shí)，為了達(dá)到導(dǎo)軌面與滑鞍的配磨技術(shù)，深入研究了床身導(dǎo)軌磨削面與滑鞍等配合件嚙合接觸各幾何型面的一致性、重合性，達(dá)到以磨代刮、提高磨削精度和效率等的要求。
機(jī)床控制采用西門子802D三軸數(shù)控系統(tǒng)，能對(duì)機(jī)床的三個(gè)直線軸，即X軸：金剛筆前后運(yùn)動(dòng)；Y軸：磨頭垂直進(jìn)給；Z軸：磨頭橫向移動(dòng)進(jìn)行單獨(dú)控制或二軸聯(lián)動(dòng)控制。磨削時(shí)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)磨削循環(huán)，自動(dòng)補(bǔ)償砂輪修整量。用二級(jí)液壓仿形技術(shù)與直線滾動(dòng)進(jìn)給導(dǎo)軌復(fù)合式的砂輪修整器，亦可用金剛筆通過(guò)Y、X軸編程插補(bǔ)修整砂輪。機(jī)床采用動(dòng)靜壓軸承剛性支承和大功率驅(qū)動(dòng)技術(shù)，具有磨削成形精度高、型面表面質(zhì)量好、磨削效率高等特點(diǎn)。項(xiàng)目開發(fā)的車床導(dǎo)軌專用加工設(shè)備是光機(jī)電一體化產(chǎn)品。
HZ-079數(shù)控車床導(dǎo)軌磨床前景看好
HZ-079數(shù)控車床導(dǎo)軌磨床一次成形加工導(dǎo)軌各面的新工藝技術(shù)與傳統(tǒng)的多面多次的加工方法相比，一天可以加工車床床身8只，提高磨削效率二倍以上，節(jié)省了一次銑削的安裝時(shí)間。機(jī)床有較高的性價(jià)比，價(jià)格大大低于進(jìn)口機(jī)床，滿足了國(guó)內(nèi)車床生產(chǎn)企業(yè)的迫切需求，有顯著的社會(huì)效益。機(jī)床優(yōu)越的性價(jià)比對(duì)車床生產(chǎn)企業(yè)和國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)有很好的導(dǎo)向和示范作用。最近，大連機(jī)床集團(tuán)又批量訂購(gòu)了該款機(jī)床，沈機(jī)集團(tuán)的云南機(jī)床廠、揚(yáng)州力創(chuàng)等企業(yè)已舍棄了傳統(tǒng)的、大型龍門式通用型導(dǎo)軌磨床，轉(zhuǎn)向采用這種高效率、高精度、高性價(jià)比的專用加工設(shè)備。用戶經(jīng)使用后普遍認(rèn)為，機(jī)床的精度高，表面質(zhì)量良好，導(dǎo)軌磨削后的精度比傳統(tǒng)加工方式上了一個(gè)等級(jí)，在各制造廠出口車床產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。
圖4 機(jī)床上安裝有銑頭，實(shí)現(xiàn)了磨、銑復(fù)合加工
大跨距組合式砂輪一次安裝成形加工車床導(dǎo)軌是一種工藝技術(shù)的創(chuàng)新，對(duì)車床行業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。專題市場(chǎng)調(diào)研表明，車床行業(yè)各主要的生產(chǎn)廠都十分需要這種機(jī)床，因此具有較大的市場(chǎng)潛力。全國(guó)約有大大小小車床生產(chǎn)企業(yè)數(shù)百家，有較大的市場(chǎng)容量。不僅如此，這種新的工藝技術(shù)還可以擴(kuò)展到有類似加工需求的機(jī)床生產(chǎn)或其它機(jī)械加工中，對(duì)促進(jìn)裝備制造業(yè)的發(fā)展具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。
