創(chuàng)新科技 發(fā)展未來(lái)
2015-12-25 來(lái)源：寧夏銀川大河數(shù)控機(jī)床有限公司 作者：孫兵
以主題為“新常態(tài)、新發(fā)展”的第十四屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)于4月20日——25日在首都北京成功舉辦，我有幸以中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)鉆鏜床分會(huì)展品評(píng)述員的身份參加了此次展覽會(huì)。本次展會(huì)展品種類(lèi)繁多，亮點(diǎn)新穎，集中體現(xiàn)了我國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展優(yōu)勢(shì)與技術(shù)實(shí)力，讓我深切感受到了我國(guó)機(jī)床業(yè)旺盛的生命力和創(chuàng)新能力。
本次展會(huì)參展展品主要有大型復(fù)合加工中心、落地鏜銑床、重型數(shù)控龍門(mén)加工中心、中小型加工中心、立式加工中心、珩磨機(jī)、智能機(jī)器人及機(jī)床各種轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)、刀具等機(jī)床配件。但凡展出的展品都具備高速、高精度性能，都在技術(shù)和工藝上有著很大的突破與革新，下面我就著重以珩磨機(jī)為例，分析此次展會(huì)上展品性能的優(yōu)越性。
本次展會(huì)上珩磨機(jī)展出相對(duì)較少，主要有德國(guó)格林立式PT系列珩磨機(jī)，浙江臺(tái)州新潮珩磨XCHM-4000強(qiáng)力型高精密珩磨機(jī)，寧夏中衛(wèi)大河2MKH2215Z型立式數(shù)控珩磨機(jī)床等。
一、珩磨的優(yōu)越性
珩磨加工是磨削加工的特殊形式，是一種低速表面精加工工序，又是一種高效率的加工方法，是零件內(nèi)孔精加工的唯一途徑，在工業(yè)制造中有著非常重要的作用。為了修正被加工件的尺寸、形狀和表面質(zhì)量，利用裝在珩磨頭上的珩磨油石與被加工表面保持一定的接觸，并互有一定的壓力，進(jìn)行兩坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)來(lái)切削加工。通過(guò)選取不同型號(hào)的珩磨工具，即可加工高硬度合金鋼、也可以加工軟鋼、銅、鋁合金、石墨、陶瓷等零件內(nèi)孔，運(yùn)用十分廣泛。
由于珩磨加工精度高，所以珩磨工具、珩磨液、夾具及裝夾方式等都會(huì)對(duì)珩磨效果產(chǎn)生不可忽視的影響，因此為解決生產(chǎn)中的不同問(wèn)題，此次展會(huì)上各品牌珩磨機(jī)床都做了合理的配置，形成了有效的解決方案。
工件在珩磨過(guò)程中，由于砂條與工作表面的接觸面積大，珩磨壓力小，工件是柔性?shī)A持，易于自動(dòng)定心，且相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度低，熱變形小，因而能獲得很高的尺寸精度、幾何精度和表面粗糙度，不存在內(nèi)圓磨容易產(chǎn)生的工件表面燒傷、內(nèi)應(yīng)力等問(wèn)題，對(duì)深孔、細(xì)長(zhǎng)孔的加工，珩磨比內(nèi)圓磨更具優(yōu)勢(shì)。珩磨與手工或金剛石鉸刀珩磨相比，效率要高很多。珩磨另一優(yōu)點(diǎn)是被加工過(guò)的零件表面有交叉網(wǎng)紋，這些網(wǎng)紋相當(dāng)于無(wú)數(shù)個(gè)儲(chǔ)油槽，并形成油膜，從而改善零件的潤(rùn)滑條件，提高零件的使用壽命。
二、當(dāng)前珩磨機(jī)床的組成部分及工作原理
珩磨機(jī)床主要由珩磨機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、步伐式比例輸送機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、氣動(dòng)液壓系統(tǒng)及電器控制系統(tǒng)等部分組成，其中珩磨機(jī)構(gòu)包括如下幾部分：沖程控制機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)主軸及珩磨頭。
珩磨機(jī)其實(shí)是珩磨頭的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，該進(jìn)給機(jī)構(gòu)是靠機(jī)械及液壓傳動(dòng)配合電氣控制、氣動(dòng)量?jī)x完成砂條進(jìn)給的，下面我們先分析其機(jī)械傳動(dòng)部分。例如此次展出的中衛(wèi)大河2MKH2215Z型立式數(shù)控珩磨機(jī)床。該機(jī)構(gòu)設(shè)有粗精珩和光珩磨、自動(dòng)褪刀、手動(dòng)調(diào)刀等功能。進(jìn)給油缸在珩磨過(guò)程中，由于噴嘴與缸壁的間隙是不斷變化的，這個(gè)間隙的變化量與氣動(dòng)量?jī)x內(nèi)的氣壓損失是線(xiàn)性的，這個(gè)壓力變化值被測(cè)量?jī)x的壓電傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)來(lái)控制珩磨尺寸。當(dāng)氣動(dòng)量?jī)x測(cè)量沒(méi)到尺寸時(shí)，量?jī)x壓力電氣傳感器給出電信號(hào)到進(jìn)給電磁閥，高壓油推動(dòng)進(jìn)給油缸活塞以珩磨沖程為脈沖來(lái)回運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給油缸活塞通過(guò)棘爪撥動(dòng)進(jìn)給齒輪，從而帶動(dòng)內(nèi)螺紋套轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)外螺紋套向下移動(dòng)，帶動(dòng)進(jìn)給挺桿，使得珩磨砂條向外膨脹，進(jìn)給活塞每完成一個(gè)行程對(duì)應(yīng)的進(jìn)給量0.002mm，完成一次進(jìn)給。
當(dāng)粗精磨到尺寸后（氣動(dòng)量?jī)x給出信號(hào)），這時(shí)量?jī)x傳感器發(fā)出信號(hào)給退刀電磁閥換向，高壓油推動(dòng)退刀活塞退回，砂條自動(dòng)縮回原位。同時(shí)通過(guò)光珩電磁閥來(lái)的高壓油推動(dòng)光珩磨油缸活塞向下移動(dòng)，帶動(dòng)光珩挺桿向下移動(dòng)，從而將光珩砂條漲出進(jìn)行光珩，光珩是靠時(shí)間控制的，到了設(shè)定時(shí)間，光珩電磁閥換向活塞上移帶動(dòng)挺桿退回，光珩砂條縮回。通過(guò)以上的進(jìn)給原理分析，我們可以看到進(jìn)給量是不連續(xù)的，有沖擊現(xiàn)象，這樣我們很難對(duì)加工情況進(jìn)行必要的控制，對(duì)提高加工質(zhì)量帶來(lái)了一定的困難。下面我們?cè)賮?lái)簡(jiǎn)單分析以下其沖程的速度控制，沖程速度與主軸回轉(zhuǎn)速度的匹配是保證網(wǎng)紋質(zhì)量非常關(guān)鍵的因素，所以如果我們能夠?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)整，就可以進(jìn)行最優(yōu)化的選擇。
沖程的速度控制只有一個(gè)可手動(dòng)調(diào)節(jié)的節(jié)流閥，并且該閥安裝在機(jī)床頂部。當(dāng)電磁閥不帶電時(shí)，壓力油經(jīng)主換向閥進(jìn)入珩磨缸的下腔，使得珩磨頭向上移動(dòng)，保持在上端位置，此時(shí)珩磨頭油缸的活塞桿被抱剎油缸抱住，防止珩磨頭下滑，抱剎油缸起保險(xiǎn)作用，當(dāng)要工作時(shí)，抱剎被液壓油打開(kāi)，先導(dǎo)閥電磁鐵通電，高壓油通過(guò)主換向閥同時(shí)進(jìn)入珩磨油缸的上下腔，此時(shí)由于上腔活塞面積大所以活塞向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)先導(dǎo)閥失電時(shí)，高壓油進(jìn)入活塞下腔，活塞向上運(yùn)動(dòng)，回油經(jīng)單向節(jié)流閥回油箱。這樣循環(huán)往復(fù)完成珩磨的沖程運(yùn)動(dòng)。
其中值得一提的是德國(guó)格林在此次展會(huì)上展出的PT系列珩磨機(jī)床，該機(jī)床采用主軸電機(jī)帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)來(lái)完成主軸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，取代了傳統(tǒng)的液壓往復(fù)油缸，且有自動(dòng)更換磨頭裝置，自動(dòng)化程度相對(duì)較高，值得學(xué)習(xí)。如圖：
其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在以下幾方面：
1、高效性
PT系列機(jī)床具有很強(qiáng)的高效性，可應(yīng)用于當(dāng)今所有的珩磨加工。除傳統(tǒng)珩磨外，新的珩磨工藝，包括：強(qiáng)力定位珩磨和激光珩磨，都可在PT系列機(jī)床上得到應(yīng)用。機(jī)床優(yōu)質(zhì)加工和快速切削，不僅優(yōu)化了工作流程，更提高了生產(chǎn)效率。機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)，使柔性最大化，再加上機(jī)床現(xiàn)代化生產(chǎn)的配置，因此機(jī)床不僅可以作為單機(jī)加工使用，同時(shí)也可以與生產(chǎn)線(xiàn)相連。標(biāo)準(zhǔn)功能模塊化，并結(jié)合客戶(hù)的要求以達(dá)到最佳的效果。
2、遠(yuǎn)瞻性
PT系列機(jī)床在配置上具有很好的遠(yuǎn)瞻性，其簡(jiǎn)單緊湊的主軸單元，強(qiáng)有力的行程驅(qū)動(dòng)以及高效的主軸驅(qū)動(dòng)，意味著將柔性加工達(dá)到了最高的等級(jí)。設(shè)備適用于不同尺寸范圍的加工，加工孔徑范圍能從68-105毫米。配有帶壓力傳感器的電子機(jī)械漲刀系統(tǒng)（EMZ-F），從而確保能達(dá)到最滿(mǎn)意的珩磨效果。配有快速而有效的刀具更換系統(tǒng)，只需要非常短的刀具更換時(shí)間。為產(chǎn)品切換或工序切換提供了最佳的解決方案。適用于所有的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工，包括：直列缸體、V型缸體。
3、高精科技與時(shí)尚外形設(shè)計(jì)的完美結(jié)合
該產(chǎn)品的另一亮點(diǎn)就是高科技與時(shí)尚外形設(shè)計(jì)的完美結(jié)合。例如：超扁平的操作面板與強(qiáng)大的圖形界面結(jié)合，將產(chǎn)生無(wú)與倫比的視覺(jué)效果。另外操作面板有型的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了其不斷的革新精神。將最先進(jìn)的技術(shù)與時(shí)尚的設(shè)計(jì)完美結(jié)合，這也意味著格林將繼續(xù)沿著成功的道路前進(jìn)。
此次展會(huì)格林展出的是PT600模塊式數(shù)控珩磨機(jī)，它主軸為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)2000轉(zhuǎn)/min. 最大扭矩為140N/m。行程驅(qū)動(dòng)為滾珠絲杠，行程為780mm.PT600已經(jīng)被非常廣泛的使用在生產(chǎn)加工中了，有更低的能源消耗設(shè)計(jì)，設(shè)備更為節(jié)能。由于機(jī)床專(zhuān)用于直列缸體的加工，因此占地面積更小。PT600緊湊式設(shè)計(jì)，機(jī)床主機(jī)攜帶電器柜，更便于機(jī)床的運(yùn)輸。可選的自動(dòng)換刀裝置最多可適用于6把刀具。
三、珩磨機(jī)的分類(lèi)
珩磨機(jī)床的分類(lèi)方法有很多種，如單軸，多軸的不同；如數(shù)控的，機(jī)械的差別；根據(jù)珩磨主軸的安裝方式可分為二種：
1 立式珩磨機(jī)床
這種機(jī)型是普遍多見(jiàn)的大眾機(jī)型，其珩磨主軸是垂直于工作臺(tái)面。可以作成單頭，雙頭及多頭，珩磨工位可以作成2個(gè)、4個(gè)及多個(gè)；主軸的排列可以為圓形或直線(xiàn)式。立式珩磨機(jī)床可以增加在線(xiàn)測(cè)量和全閉環(huán)控制，保證加工零件的尺寸一致性；立式珩磨機(jī)床結(jié)構(gòu)有利于冷卻液快速帶走珩磨后的切削微粒，完全避免了工件本身(或主軸)的重量因素在珩磨中的不良影響。立式珩磨機(jī)床受到廠房空間的限制及本身占地面積較小的原因，不大可能加工超長(zhǎng)工件，如油缸。
2、 臥式珩磨機(jī)床
其主軸是平行于工作臺(tái)面。一般設(shè)計(jì)為單頭，在生產(chǎn)線(xiàn)上也可設(shè)計(jì)成直線(xiàn)式排列。單頭臥式珩磨機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又可分小型臥式珩磨機(jī)床和大型臥式珩磨機(jī)床。 小型臥式珩磨機(jī)床的最大特點(diǎn)是機(jī)床制造成本較低，機(jī)床的可靠性很高。其加工特點(diǎn)是工件處于相對(duì)浮動(dòng)狀態(tài)，工件的自重?zé)o法完全消除。所以，小型臥式珩磨機(jī)床一般不能加工超過(guò)15Kg的工件。 比如此次展出的浙江臺(tái)州新潮珩磨XCHM-4000強(qiáng)力型高精密珩磨機(jī)，具有高性能、高精度、高效率的特征。雙頭同步，同時(shí)加工兩樣同種工件一次完成。雙變頻無(wú)級(jí)變速、同步剎車(chē)，主軸轉(zhuǎn)速為250-3000轉(zhuǎn)/min，無(wú)級(jí)變速，沖程速度為80-250次/min，可加工孔徑為3-100的缸體工件。如圖
大型臥式珩磨機(jī)床是專(zhuān)門(mén)為加工各種油缸而設(shè)計(jì)的；其加工特點(diǎn)是珩磨主軸處于相對(duì)浮動(dòng)狀態(tài)，珩磨主軸自重對(duì)精度仍然有一定的影響。
四、珩磨機(jī)的發(fā)展未來(lái)
珩磨加工這門(mén)工藝目前發(fā)展很快，今后的發(fā)展趨勢(shì)是：向高精度、高效率、高表面質(zhì)量和高壽命的方向發(fā)展。相應(yīng)的珩磨機(jī)床及其珩磨工藝參數(shù)也將隨之向前發(fā)展。
小型臥式珩磨機(jī)床向復(fù)雜化、數(shù)控化方向發(fā)展。臥式珩磨機(jī)床目前很少做到閉環(huán)控制，無(wú)法嚴(yán)格保證大批量生產(chǎn)的超高加工精度。未來(lái)的小型臥式珩磨機(jī)床通過(guò)NC控制，主動(dòng)測(cè)量，應(yīng)當(dāng)能提高加工零件的尺寸一致性。目前，大型臥式珩磨機(jī)床的發(fā)展很迅速，已經(jīng)作到NC控制，遠(yuǎn)程測(cè)量反饋，半閉環(huán)控制。立式珩磨機(jī)床將在目前完全閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展超高速主軸系統(tǒng)，進(jìn)給頻率更快，進(jìn)給小的進(jìn)給系統(tǒng)，能夠自我修整珩磨油石的珩磨系統(tǒng)或者珩磨中心，各種人為因素的影響。目前，珩磨機(jī)床能實(shí)現(xiàn)平面、外圓、內(nèi)圓的珩磨加工；通過(guò)珩磨工具的改進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)橢圓內(nèi)孔和曲面的珩磨。在珩磨外圓領(lǐng)域，將取得突破性發(fā)展，能夠在大多數(shù)外圓加工中取代外圓磨。
珩磨機(jī)床作為復(fù)雜的生產(chǎn)工具，最根本的是加工工藝與主機(jī)結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)，而各種新工藝，新材料，新元件，新刀具，新控制系統(tǒng)等也將運(yùn)用在珩磨機(jī)床上，未來(lái)的珩磨機(jī)床的加工精度會(huì)更高，加工效率更快，加工范圍更廣泛。我相信在不久的將來(lái)機(jī)械加工將會(huì)更加的智能化自動(dòng)化。全自動(dòng)地從機(jī)械設(shè)備送進(jìn)，到成品產(chǎn)出，粗精加工、淬硬處理、超精加工，自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)校正，將無(wú)所不能。機(jī)械設(shè)備也將重視環(huán)保、節(jié)能，呈現(xiàn)出綠色制造業(yè)的標(biāo)志。有21世紀(jì)時(shí)代特征的IT功能是絕對(duì)不可少的，機(jī)械設(shè)備將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與外界交換信息，獲得最新的技術(shù)成果，人類(lèi)的智慧將在高科技產(chǎn)品上得到充分的展現(xiàn)。
總之，珩磨加工發(fā)展的前途是光明的。雖然目前還處于發(fā)展階段，在理論上和實(shí)踐中還不如其他切削加工完美，但是可以肯定，只要不斷努力，我國(guó)一定會(huì)在珩磨加工這門(mén)切削工藝中，有所發(fā)現(xiàn)、有所發(fā)明、有所創(chuàng)造，會(huì)創(chuàng)出更大的成績(jī)，走向世界，走向未來(lái)。
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