一种实用高效适合大批量生产的车床导轨磨床

一种实用高效适合大批量生产的车床导轨磨床

HZ-079数控导轨具有适合大批量生产、加工精度高、生产效率高、购置费用低、性价比高的特点。该机床具有较广阔的应用前景和较大的推广价值。

车床是产量最大的机床品种，是金属切削机床中应用最广泛的机种。在全世界150多万台机床年产量中，车床至少占有20%的比例。

中国是世界公认的车床制造大国，每年车床产量高达12.5-15万台。中国机床工具协会的资料显示，全国车床分会的会员单位有50多家，其中最重要的车床生产企业有30家。根据2009年中国机床工具工业年鉴提供的数据：2008年，车床分会的30家会员企业生产车床118809台，其中数控车床30980台，车床产量的数控化率为26.1%。2008年，完成的车床产值103亿元，其中数控车床产值44.1亿元。鉴于2008年的这些数据是机床行业经历全球经济危机的不利条件下取得的，已比上一年下降了近20%，说明2007年全国的车床产量更大。2008年，全国出口车床16450台，数控车床出口1099台。车床出口数在全国整个金属切削机床的出口中占有最大的比重。

车床导轨加工是最重要的一道工序

与其它许多机床一样，车床的床身导轨的加工是最关键的一道加工工序。导轨的精度要求高，形状复杂，在采用机械加工以前，长期以来也是采用人工刮研的工艺手段，虽然能满足精度要求，但效率很低、工人的劳动强度大，对人的技艺要求高，人工成本高。显然，这种工艺无法满足大批量生产的要求。

车床床身的特点，与其它机床相比，其床身宽度相对较小，导轨之间的跨距也较小，车床导轨上有8个面需要进行加工，如下图：

图 1 车床导轨示意图

从上图可见，车床床身2条导轨的8个面需要进行机械加工，其中A、C各2个面、D与B各1个面要用成形砂轮进行磨削，E面和F面也需要进行加工。

车床导轨传统的加工设备是龙门式导轨磨床或以单立柱平面磨床改装的专用导轨磨床。这2种导轨磨床都可以对车床导轨的8个面进行加工，但不能实现2个导轨一次成形，而是需要多次装夹。大型龙门导轨磨床的购置费用高，车床制造厂不能批量购置，而且占地面积大，对生产厂有较大的制约。一般来说，龙门导轨磨床的机床规格都较大，用这种机床来磨削体积相对较小的车床导轨给人有大马拉小车的感觉，大型导轨磨床的承重等优点也发挥不出优势。而最大的缺点是车床导轨仍需要逐个磨削，不能一次成形，因此其生产效率并不高，据用户介绍，一天仅能加工4只车床床身。

对以单立柱平面磨床改装的车床导轨磨床而言，购置费用比龙门导轨磨低，但受

机床刚性等因素的影响，车床的2条导轨需要分别进行加工，车床床身需要多次装夹。因此，现有的车床导轨磨削加工，无论是龙门式导轨磨还是在磨头移动式平面磨床上改装而成的专机，其精度和效率等都有不尽人意之处，不能适应车床装备制造业发展的需求。由于需要多次装夹和导轨面的多次磨削加工，导轨各个型面的尺寸一致性不能完全保证，尤其是导轨面垂直方向的平行度误差难以控制。

国外结构独特的车床导轨专用磨床

发展先进高效的专用机床加工设备是现代化工业发展的必然趋势。关于车床导轨磨削，先进工业国家虽然都有精密龙门导轨磨的生产，但他们注重从车床导轨本身的特点出发，寻找效率更高、费用较低的专用磨削设备。单立柱结构的采用大跨距组合砂轮、一次成形磨削的车床导轨专用磨床就是一种最好的针对车床导轨加工的量体裁衣机床产品。但是，这种专机只是适用于车床行业。

事实上，国际上生产这种机床的厂家的确较少，包括一些工业发达国家在内，车床导轨的磨削加工也多采用龙门式导轨磨床或用普通平磨改装的专机，多次装夹、多面磨削加工，而采用专用的大跨距组合砂轮、一次成形加工磨削车床导轨磨床并不多见。直到2004年，大连机床厂与英国的600集团合作大批量生产出口车床，为了提高车床导轨的磨削加工效率，由英方高价提供了一台英国老牌Snow （斯诺）机床公司早年制造的车床导轨专用磨床，工作台规格600×3000mm，砂轮最大跨距450mm。Snow公司主要产品是一种磨头移动式的卧轴矩台平面磨床，磨头移动横向的行程最大达到900mm，长度3600mm。机床的基本结构床身采用闭式静压导轨，磨头为滑动轴承。机床采用有辅助支架的刚性支承形式，采用宽砂轮。当时，这台在通用磨头移动式的卧轴矩台平面磨床上改制的设备，价值70

万美元。但由于使用时间已较长，磨削精度已达不到规定的技术要求，也不能满足当时的生产需要。

德国ELB公司是国际上着名的机床企业，在世界平面磨床总销售中占有一定的份额，尤其是专用磨床所占比例相当大。ELB生产的专用磨床，刚性好，为提高磨削效率，常采用宽砂轮的磨削机床，砂轮的总宽度可达到数百毫米，有的是一只整体的砂轮，有的也采用组合式的砂轮。为了磨削不同材质的工件，甚至可以采用不同、粒度或黏结剂的砂轮进行组合。早在上世纪八十年代曾有报道，ELB公司开发过一台SWD060型三工位万能平面磨床，该机可实现用一个磨削车床的床

身的导轨面，其中主要磨削工位带动一个圆盘形套，同时对三个V型导轨进行周边磨削；第二个工位用周边磨削加工下接触面的背面，第三个工位则用周边磨削及端面磨削下接触面的正面及变速箱的接触结合面。但在国内从未见到这种机床，在近20多年来的机床展上和情报资料中都未见有新的产品报道和介绍。该机床

实际上也是一台大跨距的成形磨床，只是三工位结构比较复杂。

国产HZ-079数控车床导轨磨床

长期以来，国内车床行业中的大厂的导轨磨削一般都采用龙门式导轨磨床，用单片砂轮进行多导轨面的多次磨削加工。一些中小规模的制造厂则使用在普通磨头

移动式卧轴矩台平面磨床上改制的专用磨床，杭州机床集团生产HZ-068、HZ-071、HZ-080专用磨就是采用单片砂轮、多次多面磨削加工的专用车床导轨磨。

图2 HZ-079型数控车床导轨磨床照片

2006年以来，应大连机床厂等用户的迫切要求，杭州机床集团借鉴国外先进技术，对大跨距组合式砂轮与导轨一次成形技术进行了深入的研究，批量制造了一批HZ-079型数控车床导轨磨床提供用户使用，取得阶段性的成果。为实现大跨距组合式砂轮、一次成形和磨铣复合加工技术，解决了机床的主要关键技术，其中有的技术结构和装置已申请国家专利，目前已取得“一种单立柱车床床身导轨磨床”和“磨头移动式平面磨床的进给导轨”等3项国家专利。

该机床技术上最大的特点就是采用国内首创的大跨距组合式砂轮结构，通过一次安装、一次成形技术就能加工车床床身上的8个导轨面，砂轮最大的组合宽度为600mm。机床的另一个技术特点是采用目前国际上正流行的复合加工技术，在同一台机床上采用二种不同的加工方式，以便减少工件的装夹和加工时间。本机床采用铣削和磨削复合加工技术，在机床上安装一个轻型立式铣头，在一次安装中用铣头铣削车床床身的下滑导轨面，以减少安装时间，提高加工精度，提高加工效率。

图3 大跨距组合式成形砂轮

为实现以上技术目标，通过努力解决了许多关键技术。比如大跨距组合砂轮的平衡和防震技术、二级液压缸仿形技术和数控进给导轨的复合式砂轮修整装置，机床慢速稳定不爬行，提高砂轮修整的成形精度。由于机床采用了大跨距的组合砂轮结构，磨头的驱动功率相当大，磨头主轴的结构应用高刚性的动静压轴承技术，并开发内置式大功率的驱动装置，以提高磨削效率。在机床的制造中，实现了磨、铣复合加工。由于机床磨头横向行程超过800毫米，研究了横向导轨的刚性设计和生产制造的工艺技术。同时，为了达到导轨面与滑鞍的配磨技术，深入研究了床身导轨磨削面与滑鞍等配合件啮合接触各几何型面的一致性、重合性，达到以磨代刮、提高磨削精度和效率等的要求。

机床控制采用西门子802D三轴数控系统，能对机床的三个直线轴，即X轴：金刚笔前后运动；Y轴：磨头垂直进给；Z轴：磨头横向移动进行单独控制或二轴联动控制。磨削时能实现自动磨削循环，自动补偿砂轮修整量。用二级液压仿形技术与直线滚动进给导轨复合式的砂轮修整器，亦可用金刚笔通过Y、X轴编程插补修整砂轮。机床采用动静压轴承刚性支承和大功率驱动技术，具有磨削成形精度高、型面表面质量好、磨削效率高等特点。项目开发的车床导轨专用加工设备是光机电一体化产品。

HZ-079数控车床导轨磨床前景看好

HZ-079数控车床导轨磨床一次成形加工导轨各面的新工艺技术与传统的多面多