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、購置費用低、性價比高的特點。該機床具有較廣闊的應(yīng)用前景和較大的推廣價值。
車床是產(chǎn)量最大的機床品種，是金屬切削機床中應(yīng)用最廣泛的機種。在全世界150多萬臺機床年產(chǎn)量中，車床至少占有20%的比例。
中國是世界公認(rèn)的車床制造大國，每年車床產(chǎn)量高達(dá)12.5-15萬臺。中國機床工具協(xié)會的資料顯示，全國車床分會的會員單位有50多家，其中最重要的車床生產(chǎn)企業(yè)有30家。根據(jù)2009年中國機床工具工業(yè)年鑒提供的數(shù)據(jù)：2008年，車床分會的30家會員企業(yè)生產(chǎn)車床118809臺，其中數(shù)控車床30980臺，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)是機床行業(yè)經(jīng)歷全球經(jīng)濟(jì)危機的不利條件下取得的，已比上一年下降了近20%，說明2007年全國的車床產(chǎn)量更大。2008年，全國出口車床16450臺，數(shù)控車床出口1099臺。車床出口數(shù)在全國整個金屬切削機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，在采用機械加工以前，長期以來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、工人的勞動強度大，對人的技藝要求高，人工成本高。顯然，這種工藝無法滿足大批量生產(chǎn)的要求。
車床床身的特點，與其它機床相比，其床身寬度相對較小，導(dǎo)軌之間的跨距也較小，車床導(dǎo)軌上有8個面需要進(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個面需要進(jìn)行機械加工，其中A、C各2個面、D與B各1個面要用成形砂輪進(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)軌磨床都可以對車床導(dǎo)軌的8個面進(jìn)行加工，但不能實現(xiàn)2個導(dǎo)軌一次成形，而是需要多次裝夾。大型龍門導(dǎo)軌磨床的購置費用高，車床制造廠不能批量購置，而且占地面積大，對生產(chǎn)廠有較大的制約。一般來說，龍門導(dǎo)軌磨床的機床規(guī)格都較大，用這種機床來磨削體積相對較小的車床導(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)點也發(fā)揮不出優(yōu)勢。而最大的缺點是車床導(dǎo)軌仍需要逐個磨削，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。
對以單立柱平面磨床改裝的車床導(dǎo)軌磨床而言，購置費用比龍門導(dǎo)軌磨低，但受機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，無論是龍門式導(dǎo)軌磨還是在磨頭移動式平面磨床上改裝而成的專機，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。
國外結(jié)構(gòu)獨特的車床導(dǎo)軌專用磨床
發(fā)展先進(jìn)高效的專用機床加工設(shè)備是現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。關(guān)于車床導(dǎo)軌磨削，先進(jìn)工業(yè)國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)軌本身的特點出發(fā)，尋找效率更高、費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車床導(dǎo)軌加工的量體裁衣機床產(chǎn)品。但是，這種專機只是適用于車床行業(yè)。
事實上，國際上生產(chǎn)這種機床的廠家的確較少，包括一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家在內(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，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，大連機床廠與英國的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，由英方高價提供了一臺英國老牌Snow（斯諾）機床公司早年制造的車床導(dǎo)軌專用磨床，工作臺規(guī)格600×3000mm，砂輪最大跨距450mm。Snow公司主要產(chǎn)品是一種磨頭移動式的臥軸矩臺平面磨床，磨頭移動橫向的行程最大達(dá)到900mm，長度3600mm。機床的基本結(jié)構(gòu)床身采用閉式靜壓導(dǎo)軌，磨頭為滑動軸承。機床采用有輔助支架的剛性支承形式，采用寬砂輪。當(dāng)時，這臺在通用磨頭移動式的臥軸矩臺平面磨床上改制的設(shè)備，價值70萬美元。但由于使用時間已較長，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)時的生產(chǎn)需要。
德國ELB公司是國際上著名的機床企業(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)八十年代曾有報道，ELB公司開發(fā)過一臺SWD060型三工位萬能平面磨床，該機可實現(xiàn)用一個夾具磨削車床的床身的導(dǎo)軌面，其中主要磨削工位帶動一個圓盤形套，同時對三個V型導(dǎo)軌進(jìn)行周邊磨削；第二個工位用周邊磨削加工下接觸面的背面，第三個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。但在國內(nèi)從未見到這種機床，在近20多年來的機床展上和情報資料中都未見有新的產(chǎn)品報道和介紹。該機床實際上也是一臺大跨距的成形磨床，只是三工位結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
國產(chǎn)HZ-079數(shù)控車床導(dǎo)軌磨床
長期以來，國內(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式臥軸矩臺平面磨床上改制的專用磨床，杭州機床集團(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，應(yīng)大連機床廠等用戶的迫切要求，杭州機床集團(tuán)借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，對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)和裝置已申請國家專利，目前已取得“一種單立柱車床床身導(dǎo)軌磨床”和“磨頭移動式平面磨床的進(jìn)給導(dǎo)軌”等3項國家專利。
該機床技術(shù)上最大的特點就是采用國內(nèi)首創(chuàng)的大跨距組合式砂輪結(jié)構(gòu)，通過一次安裝、一次成形技術(shù)就能加工車床床身上的8個導(dǎo)軌面，砂輪最大的組合寬度為600mm。機床的另一個技術(shù)特點是采用目前國際上正流行的復(fù)合加工技術(shù)，在同一臺機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間。本機床采用銑削和磨削復(fù)合加工技術(shù)，在機床上安裝一個輕型立式銑頭，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
為實現(xiàn)以上技術(shù)目標(biāo)，通過努力解決了許多關(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，機床慢速穩(wěn)定不爬行，提高砂輪修整的成形精度。由于機床采用了大跨距的組合砂輪結(jié)構(gòu)，磨頭的驅(qū)動功率相當(dāng)大，磨頭主軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)用高剛性的動靜壓軸承技術(shù)，并開發(fā)內(nèi)置式大功率的驅(qū)動裝置，以提高磨削效率。在機床的制造中，實現(xiàn)了磨、銑復(fù)合加工。由于機床磨頭橫向行程超過800毫米，研究了橫向?qū)к壍膭傂栽O(shè)計和生產(chǎn)制造的工藝技術(shù)。同時，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。
機床控制采用西門子802D三軸數(shù)控系統(tǒng)，能對機床的三個直線軸，即X軸：金剛筆前后運動；Y軸：磨頭垂直進(jìn)給；Z軸：磨頭橫向移動進(jìn)行單獨控制或二軸聯(lián)動控制。磨削時能實現(xiàn)自動磨削循環(huán)，自動補償砂輪修整量。用二級液壓仿形技術(shù)與直線滾動進(jìn)給導(dǎo)軌復(fù)合式的砂輪修整器，亦可用金剛筆通過Y、X軸編程插補修整砂輪。機床采用動靜壓軸承剛性支承和大功率驅(qū)動技術(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。項目開發(fā)的車床導(dǎo)軌專用加工設(shè)備是光機電一體化產(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間。機床有較高的性價比，價格大大低于進(jìn)口機床，滿足了國內(nèi)車床生產(chǎn)企業(yè)的迫切需求，有顯著的社會效益。機床優(yōu)越的性價比對車床生產(chǎn)企業(yè)和國內(nèi)外市場有很好的導(dǎo)向和示范作用。最近，大連機床集團(tuán)又批量訂購了該款機床，沈機集團(tuán)的云南機床廠、揚州力創(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、高性價比的專用加工設(shè)備。用戶經(jīng)使用后普遍認(rèn)為，機床的精度高，表面質(zhì)量良好，導(dǎo)軌磨削后的精度比傳統(tǒng)加工方式上了一個等級，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 機床上安裝有銑頭，實現(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，對車床行業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。專題市場調(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床，因此具有較大的市場潛力。全國約有大大小小車床生產(chǎn)企業(yè)數(shù)百家，有較大的市場容量。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床生產(chǎn)或其它機械加工中，對促進(jìn)裝備制造業(yè)的發(fā)展具有積極的現(xiàn)實意義。
