挖掘合理化改造的潜力

在一台设备上组合使用多种加工工艺，尽管生产工艺和设备可能会因此变得更加复杂，但通过这种集成实施多种加工工艺于一身的做法，却可以有效地挖掘出合理化技术改造的潜力。在切削加工中，一种有效的工艺组合便是硬车削和磨削的复合。

复合加工可以达到更好的加工质量和加工柔性化，因此具有很多优势。硬车削和磨削的工艺组合便是如此。工艺组合也可以极大降低加工循环时间。如果硬加工和精加工同在一台设备上进行的话，则加工时间和输送及摆放时间可以得到极大的降低。简化换装过程和降低换装时间也是一大优点。

图1 磨削和硬车削经常是相互竞争的加工工艺。
两种工艺的复合可以极大提高合理化改造的潜力

以外圆磨削为主

在很多加工场合，传统的外圆磨削体现了生产过程的实际状况（图2）。良好的生产经验是一项优势，但在技术创新上同时也是一种缺点。因为传统的磨削工艺之前就已经在很大程度上得到了优化。采用CBN（立体氮化硼磨削）的切入式磨削相对于传统磨削工艺的一个主要特征便是主要加工时间得到极大的缩减（图3）。除了主要加工时间得到缩减之外，由于CBN刀具的使用寿命很长，因此辅助时间的缩减也是显而易见的。CBN切入式磨削的一个缺点是刀具的绝对成本很高，因此它是一种适合于大批量加工的工艺。

图2 常规的外圆切入式磨削工艺的可靠性往往阻碍技术创新

图3 在HG 2型设备上进行斜切磨削时，直径为600mm
和驱动轴为15kW的砂轮可以实现很高的生产效率

高效外圆成型磨削或切削是一种CBN磨削工艺。该工艺采用窄磨盘通过NC控制的外形轮廓进行磨削，实现工件所需的外形。这种工艺以其高度的柔性化而见长，是部件外圆加工的理想工艺。其缺点是需要采用高速切削技术和使用磨削油。

硬车削往往是磨削工艺的有力竞争对手。硬车削同样以很好的柔性化见长，用户对其的积极评价是在干式状态下也能作业。硬车削的最大缺点仍然是工艺流程不够稳定。由于刀具存在不可预知的损伤，因此在工艺流程中往往会出现故障。此外，标准车床所能达到的工件质量也被局限在IT 6的范围内。

根据这些评估可以看出，没有一种加工工艺可以很好满足硬质精加工的所有要求。复合型设备可以促使人们对工件和加工任务进行思考，并寻找特定加工任务的最佳解决途径（图4）。工艺的最佳化既可以朝着提高生产率，提高质量的方向进行，也可以朝着降低生产成本的方向进行。最佳化设计的组合设备既可以是高性能的磨床，也可以是高性能的车床，应该具备极高的柔性化。nextpage

图4 最优化设计的复合机床既可以被用作
高性能的磨床，也可以被用作高性能的车床

按照车削设定工件主轴

工件主轴的设定主要由车加工工艺的要求决定。车加工时的工作转速要比磨削加工时高出很多，只要设备也用于软车削，则车削时对主轴最大力矩的要求也明显要高于磨削时对主轴力矩的要求。另一个重要的要求便是要使切屑达到自由落体的效果。从磨削加工作业中也可以得出对磨削主轴的要求。外侧加工、平肩加工和内侧加工对转速、功率和刚性的要求各不相同，为了能够满足所有的加工范围的要求，需要采用模块化的主轴方案。

对组合设备的总体要求是要保持较低的热量损耗。例如在粗加工时，局部部位会达到很高的热载荷，保持较低的热量损耗，可以不对后续的加工工序产生负面影响。从组合设备的投入上看，其投资成本可以比单纯的磨床和车床略高一些。

复合机床的应用实例

加工盘类工件的复合机床实例便是Emag公司的VSC系列平台机床（图5）。其挑拣方案可以满足切屑自由落体的要求，轴的装载也比较快捷和简便。通过刀具转塔刀架、Y轴和B轴以及锚固在机器基座上的磨削轴，车床可以获得广泛的运用。对轴件进行复合加工的例子便是Emag公司的VTC DS型设备平台。不管是车削、钻孔、铣削、磨削，还是组合车削/磨削，VTC均能对轴件采取各种各样的工艺进行加工。特别是适用于加工高品质工件的VTC 315 DS型设备，可以实现中等批量至大批量的加工，如对减速箱、转子、泵、电机和万向轴等加工。对此可选择出相应的加工技术。结实的工件可以采用车削进行加工；薄的脆弱的工件则可以采用磨削。设备既可以用作车削和磨削，也可以被用作复合加工（图6）。

图5 VSC系列是一种复合式的机床，其拣
取方案可以满足对切屑自由落体的要求

图6 VTC315 DS型机床集成了所有的精加工工艺：CBN磨削、
硬车削和切削，由此可以对高品质的中型和大型工件进行加工

其中一个组合加工的范例是变速箱轮子的加工。对平肩的精加工可以采用硬车削完成。出于对质量严格的要求，对钻孔和锥套进行了试车削，然后进行精密磨削。对此，设备上配备了两个磨削轴。一个轴用于钻孔加工，另一个轴用于外侧加工。因为只需磨削百分之几毫米的量，因此磨削刀具只选用精加工类型的。这种加工工艺也正在越来越把纯粹的磨床替代。

复合技术得到有效运用的另一个例子是非旋转座的制造。在压力环上需要对外径和端面进行加工，同时在外径上需要生成无螺旋的表面。对此，可以对端面进行硬车削，并对外径进行预车削。精加工可以通过磨削进行，磨盘的校准可以通过插入到与轴并列的型轮上进行，磨削作业也是在切入工序中完成。采用这种工艺，可以避免扭转现象的发生。

复合加工也非常适用于对带有内侧滚珠面、用于滚珠丝杠中传动螺母的加工。螺母上的内螺纹、端面和外径以及平肩部位均需接受加工。按照上述说法，对端面、外径和平肩部位进行硬车削，作为滚珠面的内螺纹则采用磨削。对此可使用附加设有Y轴和B轴的VSC系列设备。通过高度精确的B轴，可以制成螺纹的螺旋角。Y轴则用作加工滚珠面时的进刀轴。设备配备有两个磨削轴，两个轴可以分别装配不同的刀具，对不同的工件进行预加工和精加工。通过一个单独的校准装置，工件的外形可以由金刚石滚轮进行调整。设备既可以用于传统型磨盘，也可以用于CBN系列。2.5D测量扫描仪可以对工件的角度位置进行精确的定位，并对车削表面进行遥控。

排除换装故障

与传统的按顺序进行的加工工艺相比，上述方案的好处是可以在一道工序上对所有表面进行高质量的加工。特别是影响平面和外径与滚珠循环运行面的中心轴线之间运动关系的换装差错可以得到排除。在加工卡盘工件方面，硬车削和磨削的组合代表着最新的技术水平。合理化改造的潜力一直存在，这是因为远不是所有合适的加工工艺都可以被纳入到组合工艺中。将来除了车削和磨削工艺之外，硬铣削、硬研磨和珩磨等工艺都可以被集成到复合机床上来。

市场上现有的设备方案也适用于对轴件的加工。对此可以集成若干工艺流程。但是此类系统的使用尚未像卡盘工件加工那样普及，因为高效能的系统都是建立在常规的磨削技术、CBN磨削技术和现代化的车削技术的基础之上的；不过可以预见，在轴件加工上，组合加工的优势将来会得到更好的发挥。

作者：西部车床，如若转载，请注明出处：https://www.lathe.cc/2023/04/6151.html

挖掘合理化改造的潜力

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