李運(yùn)生

(安陽(yáng)鑫盛機(jī)床股份有限公司,河南 安陽(yáng) 455000)

切削液在金屬切削加工中對(duì)降低切削溫度、改善切削條件能起到很好的作用，也有利于斷、排屑，但同時(shí)也存在冷卻液的使用、存儲(chǔ)、保潔處理、油霧排放及回收等問(wèn)題，因此，盡量少用或不用切削液的半干式或干式切削成為金屬切削加工的發(fā)展趨勢(shì)之一。干式切削清潔無(wú)污染，切屑易回收處理，但對(duì)刀具、機(jī)床以及輔助設(shè)施的要求較高。

硬車削可用于車削淬硬鋼、冷硬鑄鐵等高硬度金屬材料，一般用在半精加工和精加工工序?qū)崿F(xiàn)以車代磨。下文針對(duì)研發(fā)的ADG系列高速數(shù)控車床，介紹了具有高速度、高剛度和高精度特性的基于干式硬切削的軸承套圈高速車削自動(dòng)線。

1 干式硬車削加工系統(tǒng)

1.1 機(jī)床主機(jī)

為適應(yīng)淬硬軸承鋼的干式硬車削，需要進(jìn)一步完善機(jī)床主機(jī)的結(jié)構(gòu)功能。淬硬鋼工件硬度大、強(qiáng)度高，機(jī)床要具備足夠的系統(tǒng)剛度；為減小切削力采用小切深、小進(jìn)給量，又為了不影響加工效率，機(jī)床要具有足夠高的主軸轉(zhuǎn)速，即機(jī)床輸出功率必須足夠大；主軸應(yīng)具有較高的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)精度，以保證加工表面質(zhì)量與精度；采用小切深、小進(jìn)給量，高速切削下切屑可以快速將切削熱帶走，為更好地散熱，再加裝低溫冷風(fēng)裝置；機(jī)床結(jié)構(gòu)要有利于排屑，機(jī)床導(dǎo)軌、絲杠、滑板等部件要采取防護(hù)措施[1-2]；此外機(jī)床結(jié)構(gòu)件可以采用熱敏感性弱的材料，如床身采用花崗巖或人造花崗巖材料等。

1.2 加工刀具

淬硬軸承鋼的干式硬車削對(duì)車削刀具的要求非常高。刀具的幾何形狀須有利于減少刀具與工件間切削熱和摩擦熱的產(chǎn)生，并有利于排屑；刀具材料必須具備耐高溫性，目前適用于干式硬車削的刀具材料有超細(xì)硬質(zhì)合金、PCBN和金屬陶瓷等超硬材料[3]；刀具采用涂層技術(shù)可有效減少摩擦和粘接，如具有很好耐熱性和抗氧化性的TiAlN涂層等。

2 自動(dòng)線方案的確定

2.1 特點(diǎn)與要求

根據(jù)軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作條件要求，數(shù)控車床必須具備高的剛度以及足夠好的輸出特性(主軸回轉(zhuǎn)及伺服進(jìn)給精度高)；所使用的刀具和切削參數(shù)必須滿足相應(yīng)材料高效加工的要求。

自動(dòng)線應(yīng)考慮加工、上下料、物料輸送及儲(chǔ)放等的匹配，實(shí)現(xiàn)高速度、高可靠性等性能指標(biāo)，滿足工序能力指數(shù)與生產(chǎn)節(jié)拍的要求。

2.2 功能模塊組成

自動(dòng)線功能模塊主要有：ADG系列高速數(shù)控車床、機(jī)器人、供料儲(chǔ)料臺(tái)和翻面裝置等。機(jī)器人又分關(guān)節(jié)型機(jī)器人和龍門型機(jī)器人(又叫移載機(jī))，在車削加工自動(dòng)線上多采用龍門型機(jī)器人，其容易上線，成本低；關(guān)節(jié)型機(jī)器人存在作業(yè)半徑有限以及誤動(dòng)作等缺陷，所以在車削加工線上較少使用，但隨著技術(shù)的進(jìn)步和性能的提高，其應(yīng)用空間越來(lái)越大，特別在環(huán)島線上應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯。

2.3 自動(dòng)線布局

自動(dòng)線可以根據(jù)具體需要安排成并聯(lián)、串聯(lián)或環(huán)島式布局，如圖1所示。為適應(yīng)切屑集中排放，并聯(lián)式布局需要數(shù)控車床采用側(cè)排屑結(jié)構(gòu)形式，而串聯(lián)式和環(huán)島式布局需要數(shù)控車床采用后排屑結(jié)構(gòu)形式。切屑的集中排放又分為地溝水沖方式和空中管道抽吸方式，長(zhǎng)屑和大卷屑一般采用地溝水沖方式，而小碎屑一般采用空中管道抽吸方式。

圖1 自動(dòng)線布局

2.4 軸承套圈高速車削自動(dòng)線

研制的軸承套圈高速車削自動(dòng)線如圖2所示，主要加工NJP3226X1等鐵路軸承套圈(圖3)，自動(dòng)線為串聯(lián)式布局，也有并聯(lián)式可供選擇。

圖2 軸承套圈高速車削自動(dòng)線

圖3 鐵路軸承套圈

加工主機(jī)采用ADG25高速數(shù)控車床(人造花崗巖45°斜床身結(jié)構(gòu))，采用高速電主軸單元，精密直線運(yùn)動(dòng)副，自動(dòng)排屑機(jī)，全閉環(huán)控制。車床最大回轉(zhuǎn)直徑為500 mm，最大車削直徑為420 mm，最大車削長(zhǎng)度為530 mm，主軸最高轉(zhuǎn)速為5 000 r/min，快移速度為45 m/min，工作精度不低于IT5級(jí)，完全滿足提速客車和準(zhǔn)高鐵軸承的加工需要。

自動(dòng)線上、下料裝置采用龍門型機(jī)器人，機(jī)械手采用氣動(dòng)三爪式卡爪；翻轉(zhuǎn)裝置由機(jī)械手執(zhí)行工件換面動(dòng)作；物料供儲(chǔ)站用于存放工件毛坯和成品零件；PLC控制系統(tǒng)用于控制自動(dòng)上、下料，工件翻轉(zhuǎn)等動(dòng)作并保證與加工單元?jiǎng)幼鏖g的匹配。

為適應(yīng)無(wú)人化加工需要，自動(dòng)線還具有以下模塊或功能：卡盤卡爪行程檢測(cè)裝置，確保工件夾持正確；主軸上方吹氣功能，在無(wú)人值守狀態(tài)下清除卡爪上殘留的切屑，確保工件夾持不受殘留切屑影響；機(jī)械手控制接口，為連接車床與機(jī)械手等其他外圍設(shè)備間的連接接口；自動(dòng)門，供機(jī)械手由上方自動(dòng)門進(jìn)出；刀具壽命管理功能，當(dāng)?shù)毒叩竭_(dá)使用期限后用備用刀繼續(xù)加工，無(wú)需人工停機(jī)更換刀具；主軸負(fù)載監(jiān)測(cè)功能，確保無(wú)人化加工過(guò)程中刀具處于最佳狀態(tài)。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于干式硬切削的軸承套圈高速車削自動(dòng)線試加工結(jié)果表明：尺寸精度由傳統(tǒng)車削的IT6級(jí)提升到了IT5級(jí)以上，徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)均控制在2 μm以內(nèi)，表面粗糙度Ra達(dá)到0.18 μm，實(shí)現(xiàn)了軸承套圈部分關(guān)鍵工序的以車代磨；切削液的棄用，避免了環(huán)境污染，也降低了加工成本；應(yīng)用自動(dòng)上、下料技術(shù)，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了自動(dòng)加工能力；加載試驗(yàn)考核MTBF值達(dá)到1 009 h，遠(yuǎn)高于600 h的MTBF值要求，可靠性實(shí)現(xiàn)了較大提升。該自動(dòng)線的成功研制，將有效促進(jìn)干式硬車技術(shù)的發(fā)展，提升我國(guó)自動(dòng)化加工的水平。