創新科技 發展未來
2015-12-25 來源：寧夏銀川大河數控機床有限公司 作者：孫兵
以主題為“新常態、新發展”的第十四屆中國國際機床展覽會于4月20日——25日在首都北京成功舉辦，我有幸以中國機床工具工業協會鉆鏜床分會展品評述員的身份參加了此次展覽會。本次展會展品種類繁多，亮點新穎，集中體現了我國國產數控機床的發展優勢與技術實力，讓我深切感受到了我國機床業旺盛的生命力和創新能力。
本次展會參展展品主要有大型復合加工中心、落地鏜銑床、重型數控龍門加工中心、中小型加工中心、立式加工中心、珩磨機、智能機器人及機床各種轉臺、數控系統、刀具等機床配件。但凡展出的展品都具備高速、高精度性能，都在技術和工藝上有著很大的突破與革新，下面我就著重以珩磨機為例，分析此次展會上展品性能的優越性。
本次展會上珩磨機展出相對較少，主要有德國格林立式PT系列珩磨機，浙江臺州新潮珩磨XCHM-4000強力型高精密珩磨機，寧夏中衛大河2MKH2215Z型立式數控珩磨機床等。
一、珩磨的優越性
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，是零件內孔精加工的唯一途徑，在工業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，進行兩坐標運動來切削加工。通過選取不同型號的珩磨工具，即可加工高硬度合金鋼、也可以加工軟鋼、銅、鋁合金、石墨、陶瓷等零件內孔，運用十分廣泛。
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對珩磨效果產生不可忽視的影響，因此為解決生產中的不同問題，此次展會上各品牌珩磨機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，工件是柔性夾持，易于自動定心，且相對運動速度低，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，不存在內圓磨容易產生的工件表面燒傷、內應力等問題，對深孔、細長孔的加工，珩磨比內圓磨更具優勢。珩磨與手工或金剛石鉸刀珩磨相比，效率要高很多。珩磨另一優點是被加工過的零件表面有交叉網紋，這些網紋相當于無數個儲油槽，并形成油膜，從而改善零件的潤滑條件，提高零件的使用壽命。
二、當前珩磨機床的組成部分及工作原理
珩磨機床主要由珩磨機構、夾緊機構、步伐式比例輸送機構、冷卻系統、氣動液壓系統及電器控制系統等部分組成，其中珩磨機構包括如下幾部分：沖程控制機構、進給機構、氣動測量系統、回轉主軸及珩磨頭。
珩磨機其實是珩磨頭的進給機構，該進給機構是靠機械及液壓傳動配合電氣控制、氣動量儀完成砂條進給的，下面我們先分析其機械傳動部分。例如此次展出的中衛大河2MKH2215Z型立式數控珩磨機床。該機構設有粗精珩和光珩磨、自動褪刀、手動調刀等功能。進給油缸在珩磨過程中，由于噴嘴與缸壁的間隙是不斷變化的，這個間隙的變化量與氣動量儀內的氣壓損失是線性的，這個壓力變化值被測量儀的壓電傳感器轉變為電信號來控制珩磨尺寸。當氣動量儀測量沒到尺寸時，量儀壓力電氣傳感器給出電信號到進給電磁閥，高壓油推動進給油缸活塞以珩磨沖程為脈沖來回運動，進給油缸活塞通過棘爪撥動進給齒輪，從而帶動內螺紋套轉動，驅動外螺紋套向下移動，帶動進給挺桿，使得珩磨砂條向外膨脹，進給活塞每完成一個行程對應的進給量0.002mm，完成一次進給。
當粗精磨到尺寸后（氣動量儀給出信號），這時量儀傳感器發出信號給退刀電磁閥換向，高壓油推動退刀活塞退回，砂條自動縮回原位。同時通過光珩電磁閥來的高壓油推動光珩磨油缸活塞向下移動，帶動光珩挺桿向下移動，從而將光珩砂條漲出進行光珩，光珩是靠時間控制的，到了設定時間，光珩電磁閥換向活塞上移帶動挺桿退回，光珩砂條縮回。通過以上的進給原理分析，我們可以看到進給量是不連續的，有沖擊現象，這樣我們很難對加工情況進行必要的控制，對提高加工質量帶來了一定的困難。下面我們再來簡單分析以下其沖程的速度控制，沖程速度與主軸回轉速度的匹配是保證網紋質量非常關鍵的因素，所以如果我們能夠對其進行調整，就可以進行最優化的選擇。
沖程的速度控制只有一個可手動調節的節流閥，并且該閥安裝在機床頂部。當電磁閥不帶電時，壓力油經主換向閥進入珩磨缸的下腔，使得珩磨頭向上移動，保持在上端位置，此時珩磨頭油缸的活塞桿被抱剎油缸抱住，防止珩磨頭下滑，抱剎油缸起保險作用，當要工作時，抱剎被液壓油打開，先導閥電磁鐵通電，高壓油通過主換向閥同時進入珩磨油缸的上下腔，此時由于上腔活塞面積大所以活塞向下運動，當先導閥失電時，高壓油進入活塞下腔，活塞向上運動，回油經單向節流閥回油箱。這樣循環往復完成珩磨的沖程運動。
其中值得一提的是德國格林在此次展會上展出的PT系列珩磨機床，該機床采用主軸電機帶動絲杠傳動來完成主軸的往復運動，取代了傳統的液壓往復油缸，且有自動更換磨頭裝置，自動化程度相對較高，值得學習。如圖：
其優越性主要體現在以下幾方面：
1、高效性
PT系列機床具有很強的高效性，可應用于當今所有的珩磨加工。除傳統珩磨外，新的珩磨工藝，包括：強力定位珩磨和激光珩磨，都可在PT系列機床上得到應用。機床優質加工和快速切削，不僅優化了工作流程，更提高了生產效率。機床模塊化設計，使柔性最大化，再加上機床現代化生產的配置，因此機床不僅可以作為單機加工使用，同時也可以與生產線相連。標準功能模塊化，并結合客戶的要求以達到最佳的效果。
2、遠瞻性
PT系列機床在配置上具有很好的遠瞻性，其簡單緊湊的主軸單元，強有力的行程驅動以及高效的主軸驅動，意味著將柔性加工達到了最高的等級。設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械漲刀系統（EMZ-F），從而確保能達到最滿意的珩磨效果。配有快速而有效的刀具更換系統，只需要非常短的刀具更換時間。為產品切換或工序切換提供了最佳的解決方案。適用于所有的發動機缸體加工，包括：直列缸體、V型缸體。
3、高精科技與時尚外形設計的完美結合
該產品的另一亮點就是高科技與時尚外形設計的完美結合。例如：超扁平的操作面板與強大的圖形界面結合，將產生無與倫比的視覺效果。另外操作面板有型的設計，體現了其不斷的革新精神。將最先進的技術與時尚的設計完美結合，這也意味著格林將繼續沿著成功的道路前進。
此次展會格林展出的是PT600模塊式數控珩磨機，它主軸為伺服電機驅動，最大轉速可達2000轉/min. 最大扭矩為140N/m。行程驅動為滾珠絲杠，行程為780mm.PT600已經被非常廣泛的使用在生產加工中了，有更低的能源消耗設計，設備更為節能。由于機床專用于直列缸體的加工，因此占地面積更小。PT600緊湊式設計，機床主機攜帶電器柜，更便于機床的運輸。可選的自動換刀裝置最多可適用于6把刀具。
三、珩磨機的分類
珩磨機床的分類方法有很多種，如單軸，多軸的不同；如數控的，機械的差別；根據珩磨主軸的安裝方式可分為二種：
1 立式珩磨機床
這種機型是普遍多見的大眾機型，其珩磨主軸是垂直于工作臺面。可以作成單頭，雙頭及多頭，珩磨工位可以作成2個、4個及多個；主軸的排列可以為圓形或直線式。立式珩磨機床可以增加在線測量和全閉環控制，保證加工零件的尺寸一致性；立式珩磨機床結構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，不大可能加工超長工件，如油缸。
2、 臥式珩磨機床
其主軸是平行于工作臺面。一般設計為單頭，在生產線上也可設計成直線式排列。單頭臥式珩磨機床結構簡單，又可分小型臥式珩磨機床和大型臥式珩磨機床。 小型臥式珩磨機床的最大特點是機床制造成本較低，機床的可靠性很高。其加工特點是工件處于相對浮動狀態，工件的自重無法完全消除。所以，小型臥式珩磨機床一般不能加工超過15Kg的工件。 比如此次展出的浙江臺州新潮珩磨XCHM-4000強力型高精密珩磨機，具有高性能、高精度、高效率的特征。雙頭同步，同時加工兩樣同種工件一次完成。雙變頻無級變速、同步剎車，主軸轉速為250-3000轉/min，無級變速，沖程速度為80-250次/min，可加工孔徑為3-100的缸體工件。如圖
大型臥式珩磨機床是專門為加工各種油缸而設計的；其加工特點是珩磨主軸處于相對浮動狀態，珩磨主軸自重對精度仍然有一定的影響。
四、珩磨機的發展未來
珩磨加工這門工藝目前發展很快，今后的發展趨勢是：向高精度、高效率、高表面質量和高壽命的方向發展。相應的珩磨機床及其珩磨工藝參數也將隨之向前發展。
小型臥式珩磨機床向復雜化、數控化方向發展。臥式珩磨機床目前很少做到閉環控制，無法嚴格保證大批量生產的超高加工精度。未來的小型臥式珩磨機床通過NC控制，主動測量，應當能提高加工零件的尺寸一致性。目前，大型臥式珩磨機床的發展很迅速，已經作到NC控制，遠程測量反饋，半閉環控制。立式珩磨機床將在目前完全閉環控制的基礎上發展超高速主軸系統，進給頻率更快，進給小的進給系統，能夠自我修整珩磨油石的珩磨系統或者珩磨中心，各種人為因素的影響。目前，珩磨機床能實現平面、外圓、內圓的珩磨加工；通過珩磨工具的改進，能夠實現橢圓內孔和曲面的珩磨。在珩磨外圓領域，將取得突破性發展，能夠在大多數外圓加工中取代外圓磨。
珩磨機床作為復雜的生產工具，最根本的是加工工藝與主機結構布局設計，而各種新工藝，新材料，新元件，新刀具，新控制系統等也將運用在珩磨機床上，未來的珩磨機床的加工精度會更高，加工效率更快，加工范圍更廣泛。我相信在不久的將來機械加工將會更加的智能化自動化。全自動地從機械設備送進，到成品產出，粗精加工、淬硬處理、超精加工，自動檢測、自動校正，將無所不能。機械設備也將重視環保、節能，呈現出綠色制造業的標志。有21世紀時代特征的IT功能是絕對不可少的，機械設備將通過網絡與外界交換信息，獲得最新的技術成果，人類的智慧將在高科技產品上得到充分的展現。
總之，珩磨加工發展的前途是光明的。雖然目前還處于發展階段，在理論上和實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，我國一定會在珩磨加工這門切削工藝中，有所發現、有所發明、有所創造，會創出更大的成績，走向世界，走向未來。
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