無(wú)錫機(jī)床股份有限公司（江蘇 1003476）胡建清

在生產(chǎn)實(shí)踐中，一些具有較大規(guī)格的軋輥磨床，由于磨削的工件重量大，對(duì)機(jī)床在頂磨過(guò)程中的系統(tǒng)剛性要求較高，其中涉及的環(huán)節(jié)很多，比如：砂輪主軸系統(tǒng)、偏心軸系統(tǒng)、磨架進(jìn)給系統(tǒng)、床頭頂尖系統(tǒng)、床身系統(tǒng)、尾架系統(tǒng)及地基系統(tǒng)都會(huì)影響機(jī)床磨削質(zhì)量，對(duì)機(jī)床的工作精度產(chǎn)生不同程度的影響。

1.問(wèn)題

分析發(fā)現(xiàn)，其中影響剛度的因素有尾架箱體的內(nèi)孔圓柱度未達(dá)到要求。軋輥磨床尾架箱體的內(nèi)孔因其直徑達(dá)360mm，長(zhǎng)度達(dá)920mm，主要尺寸如圖1所示，雖然對(duì)直徑公差因配磨滑套而相對(duì)校低，但其圓柱度要求很高，設(shè)計(jì)的理想圓柱度是小于8μm，目前一般生產(chǎn)企業(yè)加工該孔時(shí)，是使用普通臥式鏜床來(lái)加工的，通常普通臥式鏜床設(shè)備本身精度并不能保證這一公差要求。因此，要達(dá)到該尾架孔圓柱度要求是解決難點(diǎn)，本文集中論述如何通過(guò)正確的加工方式，來(lái)達(dá)到這一尾架孔的圓柱度要求。

圖1

2.原因分析

為什么鏜床加工該尾架孔時(shí)，無(wú)法達(dá)到上述圓柱度要求，這與鏜床本身的運(yùn)動(dòng)精度和剛度直接相關(guān)，臥式鏜床在加工直徑大于360mm孔時(shí)，能達(dá)到的最好圓度僅為0.01mm左右，而圓柱孔直線度在630～1000mm長(zhǎng)度最多能達(dá)到0.02mm，因此，圓柱度一般超過(guò)0.015mm，是規(guī)定要求圓柱度0.008mm的近2倍。實(shí)際在試制中，套筒若想裝入該孔，其配磨直徑360mm外圓比φ360mm孔要小0.05mm才能裝入并勉強(qiáng)移動(dòng)，這表明套筒外圓與孔的內(nèi)徑接觸狀況差，已嚴(yán)重不符合設(shè)計(jì)要求，這樣配合后的尾架體剛度已很差，在磨削軋輥時(shí)，軋輥磨床對(duì)磨削力的變化就會(huì)很敏感，當(dāng)毛坯軋輥的磨量不均勻時(shí)，便很難對(duì)圓度和軋輥表面的軸向輪廓進(jìn)行糾正，而這是我們所不希望的。

我們對(duì)鏜床加工該尾架φ360mm×920mm孔的誤差進(jìn)行原因分析，發(fā)現(xiàn)由以下原因所造成：

（1）鏜床刀具主軸鏜桿回轉(zhuǎn)精度對(duì)尾架圓柱度的影響：鏜桿在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其鏜桿回轉(zhuǎn)中心的變動(dòng)量，直接對(duì)加工工件的孔徑形狀產(chǎn)生影響，確切地說(shuō)是對(duì)圓度直接產(chǎn)生影響，由于鏜桿回轉(zhuǎn)中心變化量的大小取決于鏜桿主軸軸承的回轉(zhuǎn)精度及其配合精度和裝配質(zhì)量，鏜桿回轉(zhuǎn)中心變動(dòng)多少，假如排除其他因素，對(duì)孔的圓度就相應(yīng)影響多少，如回轉(zhuǎn)中心變動(dòng)0.01mm，其對(duì)圓度的影響就可達(dá)0.01mm，理論上回轉(zhuǎn)中心對(duì)孔圓度變動(dòng)影響比例可達(dá)1∶1。

（2）主軸軸線對(duì)工作臺(tái)移動(dòng)平行度的影響：主軸軸線對(duì)工作臺(tái)移動(dòng)的平行度，直接影響到尾架圓度，如果是平行的，假如排除其他因素，則內(nèi)孔圓度誤差就是0。如果不平行，假設(shè)其夾角為α，刀具的回轉(zhuǎn)半徑為r，則內(nèi)孔可得到橢圓形狀，其短軸長(zhǎng)度是其長(zhǎng)軸的余弦角度倍數(shù)，圓度誤差隨著平行度的加大而增加，理論上圓度誤差=r1－cosα）。

（3）當(dāng)鏜桿不進(jìn)給，而使用工作臺(tái)軸向進(jìn)給時(shí)，工作臺(tái)移動(dòng)直線度的影響：當(dāng)使用工作臺(tái)軸向進(jìn)給時(shí)，由于鏜床的導(dǎo)軌副直線度誤差，導(dǎo)致工作臺(tái)在軸向移動(dòng)時(shí)并不會(huì)走出理想的直線，而是走出一條三維空間曲線，該曲線直接影響到被加工孔中心的直線度，從而破壞尾架圓柱度，其誤差就是由于工作臺(tái)移動(dòng)的直線度誤差反映到鏜刀位產(chǎn)生的，與正確理想軌跡所形成差距的最小包容圓柱體。

（4）當(dāng)工作臺(tái)不進(jìn)給，而使用鏜桿進(jìn)行軸向進(jìn)給時(shí)，刀回轉(zhuǎn)中心隨鏜桿移動(dòng)的直線度的影響：當(dāng)使用鏜桿軸向進(jìn)給時(shí)，由于鏜床的鏜桿主軸套筒直線度誤差，以及鏜桿在移動(dòng)過(guò)程中的懸伸量變化從而導(dǎo)致鏜桿加鏜頭自重產(chǎn)生的撓度變化，使得鏜刀在軸向移動(dòng)時(shí)并不會(huì)走出理想的直線，而是走出一條空間曲線，該曲線直接影響到被加工孔的直線度，從而破壞尾架圓柱度，其誤差是由于鏜桿移動(dòng)的直線度誤差反映到鏜刀位產(chǎn)生的，與正確理想軌跡所形成差距的最小包容圓柱體。

（5）刀具磨損的影響：在鏜削過(guò)程中，鏜刀會(huì)隨著加工時(shí)間而相應(yīng)磨損，從而導(dǎo)致被加工孔先大后小的情況，若不計(jì)其他因素，則尾架圓柱度誤差就是刀具的徑向磨損量，而刀具磨損是無(wú)法避免的。

（6）加工中溫度變化的影響：在對(duì)尾架加工過(guò)程中，若不采取有效措施，存在一個(gè)隨時(shí)間延長(zhǎng)而升溫和冷卻的過(guò)程，由于鑄件熱脹冷縮的特性，因此對(duì)圓柱度產(chǎn)生影響，對(duì)內(nèi)孔直徑的影響導(dǎo)致孔徑前大后小，形成喇叭形狀，影響圓柱度。

（7）被加工尾架材料不均勻（余量大小與材質(zhì)差異）的影響：由于材料本身存在一定的不均勻性，使得在加工時(shí)刀具在各向的讓刀量產(chǎn)生變化，從而影響圓柱度，材料的不均勻性對(duì)圓柱度的影響，對(duì)于一般要求的零件，因其不均勻性可能不顯著而影響較小，實(shí)踐中?？珊雎浴５珜?duì)于該φ360mm×920mm尾架孔，因其圓柱度要求較高，又由于鏜桿因懸伸導(dǎo)致本身剛性不足，讓刀的不均勻性就會(huì)很顯著，從而會(huì)對(duì)該孔圓柱度產(chǎn)生不可忽略的影響。

3.針對(duì)上述原因分析制訂對(duì)策

既然通過(guò)以上分析可以發(fā)現(xiàn)采用常規(guī)鏜削方法并不能解決上述問(wèn)題。為此，必須要在加工方式上進(jìn)行有效突破，才有可能真正找到解決問(wèn)題的途徑，以盡可能讓上述因素對(duì)該尾架φ360mm×920mm圓柱孔的圓柱度破壞小，或能對(duì)加工后存在的殘留誤差予以補(bǔ)償糾正，以期最終能滿足設(shè)計(jì)對(duì)該孔的圓柱度要求。

有無(wú)一種手段能有效達(dá)到圓柱度0.008mm的要求呢？經(jīng)過(guò)對(duì)各種加工方法進(jìn)行對(duì)比，理論上可以通過(guò)精研磨來(lái)滿足圓柱度要求，但是，如此大孔徑的孔，沒(méi)有找到研磨先例，這是因?yàn)槿绱舜蟮目?，使用研磨所需的轉(zhuǎn)矩不僅太大，人工根本研不動(dòng)，又由于孔本身研前形狀精度不規(guī)則而會(huì)導(dǎo)致研磨轉(zhuǎn)矩不均勻，從而機(jī)動(dòng)研磨對(duì)設(shè)備來(lái)說(shuō)存在較大過(guò)載損壞的風(fēng)險(xiǎn)。那么鏜床鏜過(guò)后通過(guò)珩磨能否達(dá)到要求呢？不能，因?yàn)殓衲ゲ荒芾硐敫纳菩螤罹?，因此，不能達(dá)到理想改善圓柱度誤差的要求。

經(jīng)過(guò)綜合分析，我們可以合理選擇鏜模并采取合理的鏜削方法。采用“漸進(jìn)鏜削法”來(lái)達(dá)到精度要求，如圖2所示，然后采用微量擠壓加工法來(lái)進(jìn)行光整加工，鏜削方法如下：

圖2

具體的鏜削加工方法是用鏜模上活，采用“漸進(jìn)鏜削法”精加工后再進(jìn)行光整加工。光整加工就是使用微量擠壓加工法。為保護(hù)鏜模精度，粗鏜時(shí)不要用該鏜模，而是在用鏜模精加工前，先根據(jù)粗加工鏜床精度情況，將尾架體在普通鏜床上粗加工到留下精鏜量約0.5～1mm，即加工到φ359.5～φ359mm，然后再將零件裝上鏜模進(jìn)行加工，注意要做三個(gè)準(zhǔn)備工作，一是裝鏜模時(shí)的清潔工作十分重要；二是在做好清潔工作后，鏜模上活用“漸進(jìn)鏜削法”，為消除單刀在不同位置因切削力而導(dǎo)致?lián)隙鹊淖兓虼?，必須采用雙刀頭等量平分切削，注意要準(zhǔn)備好或修磨控制好精鏜刀具的幾何角度，具體是前角γo=8°～15°，后角αo=5°～12°，主偏角κr=90°，副偏角κr′=0°～10°，刃傾角λS=－4°～0°，三是因?yàn)樵谇邢鲿r(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，當(dāng)切屑落在孔內(nèi)時(shí)，導(dǎo)致孔內(nèi)積屑處局部溫度高于其他位置而產(chǎn)生不規(guī)則熱變形，因此要準(zhǔn)備好冷卻風(fēng)扇或壓縮空氣，對(duì)鏜削位置進(jìn)行送風(fēng)冷卻，采用對(duì)刀檢具進(jìn)行精確對(duì)刀（精度0.001mm扭簧表與標(biāo)準(zhǔn)滾子對(duì)刀法，以下相同），然后進(jìn)行試切削，以加工粗鏜后φ359.5mm的孔為例，具體切削步驟如下：

（1）使用千分表校對(duì)鏜模的鏜桿與尾架孔兩端的同軸度小于0.01mm并對(duì)刀。

（2）第一刀為半精鏜，兩鏜刀總切削深度0.10mm（即調(diào)整到每一把鏜刀的切削深度都是0.05mm），進(jìn)給量0.2mm/r，轉(zhuǎn)速在100r/min，待加工完成后，使用分辨率為0.001mm的進(jìn)口內(nèi)徑量表進(jìn)行測(cè)量，用經(jīng)檢定合格的千分尺復(fù)校尺寸。

（3）冷卻后加工第二刀，仍為半精鏜，切削深度0.08mm（即調(diào)整到每一把鏜刀的切削深度都約是0.04mm），進(jìn)給量0.2mm/r以內(nèi)，轉(zhuǎn)速在100r/min，參數(shù)同前，同樣方法進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果與最終尺寸進(jìn)行比較。

（4）冷卻后加工第三刀為精加工，切削深度0.06 mm（即調(diào)整到每一把鏜刀的切削深度都是0.03mm），進(jìn)給量0.1mm/r以內(nèi)，轉(zhuǎn)速在80r/min以內(nèi)，同樣方法進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果與最終尺寸進(jìn)行比較。

（5）冷卻后加工第四刀，切削深度0.01mm（即調(diào)整到每一把鏜刀的切削深度都是0.005mm），進(jìn)給量0.1mm/r以內(nèi)，轉(zhuǎn)速在80r/min以內(nèi)，此時(shí)理論上已加工到φ360mm，實(shí)際可能加工到φ359.99mm到φ360.01mm內(nèi)，精確測(cè)量孔兩端直徑的平均值，并算出平均直徑差（這就是此刀鏜削刀具的磨損量）。此量也就是孔的直徑軸向一致性。為簡(jiǎn)化分析起見(jiàn)，可將兩端各單一平面孔徑差的1/2作為孔圓度評(píng)定的依據(jù)，可以多測(cè)幾個(gè)徑向和軸向位置取大考核，此值完全取決于鏜模本身的加工精度，如通過(guò)對(duì)鏜桿和鏜套、滑動(dòng)軸承套圓柱度及軸瓦間隙控制措施，潤(rùn)滑油粘度正確選擇等來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（6）完成以上步驟并未鏜削結(jié)束，還需要進(jìn)行空刀鏜削。將鏜刀退回到鏜削起點(diǎn)前的位置，調(diào)整刀頭尖到第四刀原位，注意是要將刀具退到第四刀鏜削原點(diǎn)，然后進(jìn)行空刀切削。此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)空刀切削開(kāi)始，刀具與內(nèi)孔處于似切非切的臨界狀態(tài)，實(shí)際正好與孔接觸到（此時(shí)說(shuō)明你調(diào)整的刀具位置是正確的），隨著軸向走刀位置的變化，會(huì)漸漸地進(jìn)入切削直到走出孔的尾端，再測(cè)量一次就可發(fā)現(xiàn)前后端的平均孔徑差已經(jīng)縮小。

（7）重復(fù)上述空刀切削，直到測(cè)出的前后尺寸在0.002mm以內(nèi)，這是一個(gè)無(wú)限趨近的過(guò)程。空刀數(shù)與刀具機(jī)械性能和工件鑄件材質(zhì)機(jī)械性能有關(guān)，一般有三、四個(gè)空刀即可滿足要求。此時(shí)的孔形狀已經(jīng)滿足要求，已達(dá)到本文目的。余下的是一個(gè)表面粗糙度問(wèn)題，當(dāng)用便攜式表面粗糙度儀進(jìn)行檢測(cè)會(huì)發(fā)現(xiàn)，此時(shí)的表面粗糙度只能達(dá)到Ra=1.6μm左右，所以只需再補(bǔ)充光整加工就行，而通常光整加工是幾乎不會(huì)改變形狀的。

（8）孔的光整加工，最好減少重力影響，并且能適當(dāng)提高表面硬度，提高耐磨性，但目前沒(méi)有合適的設(shè)備可以將孔豎立起來(lái)加工，為此不用珩磨法；又因?yàn)橛酶?dòng)鉸削無(wú)法進(jìn)行有效加注煤油潤(rùn)滑，因此也不用浮動(dòng)鉸刀鉸削法，而是選擇微量擠壓光整加工。計(jì)算擠壓量為雙向0.005mm即可。因擠壓僅僅去除表面毛刺峰頂，量很小，因此，對(duì)形狀的影響可以忽略，擠壓完成后即完成全部加工。此時(shí)可以復(fù)檢零件，圓柱度和表面粗糙度都已滿足要求。

4.使用鏜模切削時(shí)的注意事項(xiàng)

使用鏜模切削時(shí)的注意事項(xiàng)：一是使用該鏜模要做好各環(huán)節(jié)的清潔工作，如臺(tái)面、支承孔等；二是要校準(zhǔn)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向與支承孔的平行度，最好不要墊物，但若機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向與機(jī)床工作臺(tái)面不平行，或臺(tái)面本身平面度差，精度不準(zhǔn)必需墊對(duì)平行時(shí)，要注意受力點(diǎn)對(duì)鏜模的變形可能性，緊固點(diǎn)必須是著實(shí)的，當(dāng)然，最好是修繕臺(tái)面的平面度誤差以減小鏜模變形量；三是盡量調(diào)整鏜桿回轉(zhuǎn)中心與支承孔同軸，若鏜桿軸線與工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向不平行，則應(yīng)在加工前維修調(diào)整機(jī)床精度，使之平行；四是雙刀切削量盡量一致才能滿足圓柱度要求，否則會(huì)增加空刀次數(shù)，并使兩刀頭中的一個(gè)磨損顯著增大；五是在整個(gè)加工過(guò)程中要采用送氣冷卻，可以采用壓縮空氣或強(qiáng)風(fēng)電扇冷卻，吹去切下的切屑并帶走切削熱，使切屑不至于集中堆積到孔內(nèi)下端，以減少孔內(nèi)溫度不均勻性；另外，每刀完成后要盡可能冷卻后再加工下一刀；六是擠壓光整加工時(shí)的走刀量與精鏜相同，轉(zhuǎn)速應(yīng)適當(dāng)。

5.結(jié)語(yǔ)

選擇采用正確的方法使用鏜模采用“漸進(jìn)鏜削法”、附帶擠壓光整加工軋輥磨床φ360mm×920mm孔，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)牡毒摺⑶邢鲄?shù)和擠壓量，并且注重鏜削過(guò)程的控制，用“漸進(jìn)鏜削法”達(dá)到設(shè)計(jì)要求圓柱度0.008mm、附帶使用微量擠壓法來(lái)提高表面硬度和達(dá)到表面粗糙度值Ra=0.8μm要求是值得一試的，這將為提高尾架系統(tǒng)頂磨剛度起到用現(xiàn)有其他一般方法難以替代的作用。