陳 素

（廣州數(shù)控設(shè)備有限公司，廣東廣州510530）

0 引言

所謂“以車(chē)代磨”，就是在工件加工過(guò)程中，以精車(chē)加工代替磨削加工，保證工件尺寸精度、形位精度及表面粗糙度的方法。電機(jī)軸加工的傳統(tǒng)工藝，在粗加工后還必須要磨削來(lái)達(dá)到規(guī)定的要求。磨削的量比較小，需要多次磨削，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，降低了電機(jī)軸加工的效率，增加了成本。另外，磨削的部位多，需要配置多臺(tái)磨床，占地面積大，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用高，耗能巨大；需要人員多，工資成本壓力大。以車(chē)代磨設(shè)備的出現(xiàn)，使得電機(jī)行業(yè)在工藝上有了新的轉(zhuǎn)機(jī)，尤其是近兩年來(lái)，以車(chē)代磨作為一種具有較好經(jīng)濟(jì)性的代替磨削的方法正在普及，國(guó)內(nèi)外軸類(lèi)加工大都已采用以車(chē)代磨技術(shù)，收到了良好的加工效果及經(jīng)濟(jì)效益。

1 以車(chē)代磨電機(jī)軸新工藝的優(yōu)勢(shì)

以車(chē)代磨加工方法與傳統(tǒng)的加工方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）車(chē)床可以實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)速，刀具安裝多，換刀快，一次裝夾可以完成多種表面的加工，車(chē)削的金屬去除率是磨削的3～4倍，而且節(jié)省了砂輪修正時(shí)間，效率可比磨削加工快3倍，而所消耗能量?jī)H為磨削加工的1/5。因此，車(chē)削比磨削具有更高的加工效率。

（2）一次裝夾使精度和生產(chǎn)安全性明顯提高，可獲得較高的表面質(zhì)量和尺寸精度，避免磨削加工帶來(lái)的表面燒傷及裂紋。

（3）車(chē)削加工是潔凈加工，不需要添加切削液，避免了“驟冷”帶給刀具壽命及表面質(zhì)量的不利影響，環(huán)保效果好，還能減少冷卻液處理的費(fèi)用。

（4）設(shè)備數(shù)量減少，配合機(jī)械手更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工，車(chē)削加工對(duì)人員的技術(shù)要求比磨削要求低，工人的來(lái)源相對(duì)容易找，資金投入少，維護(hù)費(fèi)用低，工人技術(shù)要求低。確保生產(chǎn)率的同時(shí)，車(chē)床的投資只有磨床的1/10～1/3，并且輔助系統(tǒng)費(fèi)用也較低。

2 以車(chē)代磨工藝研究

以車(chē)代磨，是在數(shù)控車(chē)床上，利用高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性的刀具材料，高速度加工切削工件的一種工藝方法。本文電機(jī)軸（圖1）以車(chē)代磨工序分為四序：第一序，以兩頂定位、端面壓緊的裝夾方式精車(chē)外圓；第二序，精車(chē)后軸承位的左端面，精車(chē)2°錐體，精車(chē)外圓端；第三序，精車(chē)后軸承位的右端面；第四序，精車(chē)外圓。

2.1 機(jī)床

本文研究的以車(chē)代磨加工工藝，采用ELITE 42 ULTRA精密數(shù)控車(chē)床以及FANUC 0i-TD控制系統(tǒng)，ELITE ULTRA機(jī)床X軸和Z軸上各采用兩根#28重載型滾珠線性導(dǎo)軌，比傳統(tǒng)型導(dǎo)軌剛性增強(qiáng)了30%，接觸面也更大，意味著運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)有著更高的剛性、更高的承載能力、很低的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)摩擦力，使軌跡運(yùn)動(dòng)及精確圓弧插補(bǔ)都能夠有效地完成，不但質(zhì)量穩(wěn)定，加工的精確度也高。動(dòng)力刀具采用單獨(dú)的FANUC電機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為6 000 r/min，輸出功率為3.7 kW（5 HP），扭矩為25 N·m，可使用ER25夾頭。

2.2 刀具

外圓切削刀具（車(chē)外圓）選用TCMX16T304-WF1515和TCMT16T304-WF1515，車(chē)刀柄：STGCR/L 2020K16；外圓切削刀具（車(chē)端面）選用DNMG 110404-DM，車(chē)刀柄：MDJNR/L 2020K11。能夠輕松地進(jìn)行加工，山特維克刀片能夠滿足數(shù)控車(chē)床的精確性要求。

3 新舊工藝的比較

在磨削加工過(guò)程中，磨削加工切削的深度及搖擺的速度都會(huì)影響加工效率。另外，主軸剛性和機(jī)床剛性以及砂輪靜平衡精度影響切削的速度，致使加工質(zhì)量很難保證。本文研究的電機(jī)軸以車(chē)代磨加工工藝，采用的數(shù)控車(chē)床和刀片剛度及強(qiáng)度都非常高，既提升了生產(chǎn)效率，又有效提升了產(chǎn)品加工質(zhì)量。

傳統(tǒng)電機(jī)軸加工的第四～七工序，運(yùn)用以車(chē)代磨新工藝，只要兩臺(tái)設(shè)備就能完成。關(guān)鍵的零部件在布局和形式上減少了中間的過(guò)渡環(huán)節(jié)，既減少了設(shè)備，又節(jié)省了廠房空間。機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)非常高的轉(zhuǎn)速，一次裝夾能夠有效完成多種表面的加工。

4 電機(jī)軸加工對(duì)以車(chē)代磨的工藝要求

（1）電機(jī)軸的中心孔加工尺寸要一致，軸的長(zhǎng)短要控制在0.5 mm以內(nèi)。

（2）電機(jī)軸在以車(chē)代磨加工前需要粗加工，保證圖1所示各長(zhǎng)度尺寸、外圓允許公差、粗糙度達(dá)到相關(guān)要求。

（3）夾具要求帶中心孔定位的浮動(dòng)卡盤(pán)。

（4）第一序夾爪要求剛性爪，第二序要求柔性爪。

（5）尾座的頂緊壓力根據(jù)工件的直徑變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。

5 現(xiàn)場(chǎng)加工試驗(yàn)

5.1 試驗(yàn)條件

機(jī)床：ELITE42ULTRA精密數(shù)控車(chē)床；刀具：TCMX16T304-WF1515、TCMT16T304-WF1515、DNMG 110404-DM。

5.2 試驗(yàn)結(jié)果

（1）在試驗(yàn)的過(guò)程中，通過(guò)不同的主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響電機(jī)軸的表面精度，同時(shí)會(huì)降低尺寸穩(wěn)定性。試驗(yàn)表明：精車(chē)外圓φ22的主軸轉(zhuǎn)速3 200～3 500 r/min、其余主軸轉(zhuǎn)速2 300～2 500 r/min時(shí)電機(jī)軸產(chǎn)品的精度最高，表面粗糙可達(dá)0.56 μm，相當(dāng)于以前磨車(chē)加工精度。

（2）根據(jù)零件的表面粗糙度、加工精度要求，考慮刀具及工件材料等因素，在試驗(yàn)過(guò)程中，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本，外圓φ22最合適的進(jìn)給量為0.1～0.18 mm/r，其余為0.16 mm/r。精車(chē)效率是磨車(chē)加工的3～4倍。

加工電機(jī)軸的精度檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 加工電機(jī)軸的精度檢驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié)語(yǔ)

縱觀全球，以車(chē)代磨工藝優(yōu)良的加工效率和質(zhì)量保證已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到了印證，在機(jī)械加工行業(yè)將得到更加廣泛的應(yīng)用。以車(chē)代磨工藝實(shí)際加工過(guò)程中位面要保持干凈，保證每個(gè)工件定位基準(zhǔn)一致；熱機(jī)后再進(jìn)行車(chē)削，以保持加工尺寸穩(wěn)定；要檢查機(jī)床的剛性能否滿足車(chē)削時(shí)切削力增大而引起的尺寸、形狀精度變化。在實(shí)際加工中，一定要考慮到刀具磨損的三個(gè)階段（初期磨損、正常磨損、急劇磨損）。以車(chē)代磨完全能夠滿足工藝的要求，避免了熱處理后磨削的缺陷，也顯著提高了生產(chǎn)效率。