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• 關鍵詞：                                                                車磨復合加工

• 摘要：車磨復合加工技術的出現為大幅度提高高精度軸類零件的加工效率和加工精度提供了一種新的解決方案。文章以瑞士STUDER公司的車磨復合加工機床為例，介紹了車磨復合機床的功能和綠色生態特點，分析了車磨復合加工相關的硬態車削技術和車磨復合工藝技術，并給出了車磨復合加工在航空產品中的應用實例。實例表明，車磨復合加工技術在航空液壓產品的加工中具有一定的應用前景。

　　車磨復合加工技術的出現為大幅度提高高精度軸類零件的加工效率和加工精度提供了一種新的解決方案。文章以瑞士STUDER公司的車磨復合加工機床為例，介紹了車磨復合機床的功能和綠色生態特點，分析了車磨復合加工相關的硬態車削技術和車磨復合工藝技術，并給出了車磨復合加工在航空產品中的應用實例。實例表明，車磨復合加工技術在航空液壓產品的加工中具有一定的應用前景。
　　
　　1、復合加工技術
　　
　　加工效率和加工精度是金屬加工領域追求的永恒目標。在傳統的機械加工流程中，由于在制品在不同設備之間流轉，不可避免的產生加工等待、運輸和定位裝夾，等行為，這些因素既影響加工精度，又增加了生產輔助時間。隨著計算機技術、數控技術，機床技術和工藝技術的不斷發展，傳統的加工理念已經不能滿足人們對機械加工效率和精度的需要，在這樣的背景下，復合加工技術孕育而生。一般來講，復合加工技術就是在一臺加工設備上完成不同加工工序或者不同工藝方法的加工技術的總稱。目前，復合加工技術主要表現為兩種不同的形式[1]：一種是以能量或運動方式為基礎的不同加工方法的復合；另一種是以工序集中原則為基礎的、以機械加工工藝為主的復合。車磨復合加工技術是近年來產生的一種新的復合加工方式。
　　
　　對于車削和磨削機床，適合加工的零件是回轉類零件。磨削的特點是：磨削前毛坯一般都進行了淬火處理，毛坯的硬度高，所留余量較少，砂輪每次吃刀量少，相對車削加工效率較低。車削屬于粗加工或半精加工工種，選擇合適的刀具和切削參數后加工效率高。車磨復合加工設備集成了車削和磨削的特點，能夠大幅度提高軸類零件，特別是高精度軸類零件的加工效率。
　　
　　2、車磨復合機床及關鍵技術
　　
　　目前，車磨復合加工技術作為一種先進的制造技術，由于它的高精度性和只能加工回轉類零件的局限性，在國內外應用較少。本文通過介紹一臺車磨復合加工中心，對車磨復合技術的特點以及設備功能進行一定的研究和探索。
　　
　　車磨復合，就是在同一臺設備上既能進行車削加工，又能進行磨削加工的一種復合方式。從復合加工的特點來說，就是一次裝夾完成零件的車削和磨削工序，減少了的零件的裝卸次數，避免重復定位誤差，能夠更好地保證零件精度。但，車磨復合加工設備又具備許多特點。
　　
　　為了大幅度提高軸類高精度零件的加工效率，瑞士STUDER公司推出車削和磨削復合的機床——S242車磨復合加工中心。該設備可配置左、右、正斜砂輪架和轉塔刀架，3種橫向砂輪架和車刀架可有15種配置方案。設備具有一次裝夾完成磨外圓、內孔，車削外圓、內孔的強大功能。其中之一配置參數如圖1和表1所示。
　　
　　通過對S242的研究，對車磨復合加工的特點及關鍵技術進行探討。
　　
　　2.1、綠色生態機床
　　
　　機床在使用過程中不僅消耗能源，還會產生各種廢棄物，對工作環境和自然環境造成直接或間接的污染。從整個機床生命周期內審視，如何減少對環境沖擊的綠色生態機床就成為當前研究的熱點。
　　
　　綠色生態機床愿景應該具有以下特點[2]：（1）機床主要零部件由再生材料制造。（2）機床的重量和體積減少50％以上。（3）通過減輕移動部件質量、降低空運轉功率等措施使功率消耗減少30％～40％。（4）使用過程的各種廢棄物減少50％～60％，保證基本沒有污染的工作環境。（5）報廢后機床的材料100％可回收。
　　
　　S242車磨復合加工中心具有綠色生態機床的主要特征如下：
　　
　　1)床身采用GranitanS103人造花崗石。該種材料是樹脂混凝土，與傳統的鑄鐵結構相比，具有阻尼系數大、抗震性強、熱穩定性好等一系列優點。
　　
　　2)可以進行硬車加工，硬車時采用干切削，不使用冷卻液，消除了切削液對環境的污染。
　　
　　3)采用斜床身，排屑路徑通暢，切屑不與床身直接接觸，保持機床的熱穩定性。
　　
　　機床綠色化是未來機床發展的一大特點。車磨復合加工中心融入綠色元素后，機床的剛性更強，加工效率和機床精度也有了大幅提高。
　　
　　2.2、硬車加工技術
　　
　　車磨復合加工機床可以硬車加工。過去高硬度零件的精加工一直是采用磨削完成,由于超硬材料刀具的出現及數控機床等加工設備精度的提高,以硬態切削代替磨削完成零件的最終加工已成為一種新的精加工途徑[3]。
　　
　　硬態車削是指把淬硬鋼的車削作為最終精加工工序的工藝方法。硬態車削與常規切削相比的顯著特點就是徑向切削力要大于主切削力。硬態車削還有切削溫度高、刀具使用壽命短的特點，這就要求硬態車削的刀具耐熱性和耐磨性應更好，機床系統要有高剛度、大功率以及較好的熱穩定性。
　　
　　S242車磨復合加工中心具有斜床身的導軌、足夠的機床剛性和高精度，這些特征保證了該機床可以硬態車削。試驗表明，選擇合適的刀具和切削參數，在S242上進行外圓，外槽的淬硬車削加工，不僅能夠很好的保證零件的尺寸精度和表面粗糙度要求，而且可以大幅度提高切削效率。對于高精度軸類零件的加工，完全可以采用“以車代磨”的加工思路。
　　
　　由表2可看出，“以車代磨”不僅能夠大幅提高產品加工效率，而且加工成本低。車磨復合機床進行硬車加工具有很高的柔性，通過程序直接實現走圓弧、走斜線等運動軌跡，解決磨削對此類特征加工困難的問題。
　　
　　2.3、車磨復合的工藝技術
　　
　　車磨復合加工技術對零件加工工藝也產生了很大的影響。傳統的高精度軸類零件加工流程一般包括：毛坯-粗車-精車-熱處理-粗磨-精磨工序。這種工藝流程的思路是，用粗車去毛坯的大部分余量，熱處理前精車完成零件的基本外形加工并給磨削留一定的余量，熱處理后零件的硬度一般達到57HRC以上，分粗、精磨保證零件的精度要求。對于細長軸或熱處理易變形的軸類零件，這種典型的工藝流程具有一定的缺陷，主要會產生以下問題：
　　
　　（1）熱處理后零件易變形，尤其是在軸線方向也會發生伸長或縮短，磨削已無法消除零件的變形。
　　
　　（2）精車后留多少余量合適難控制。精車后余量的多少對磨削工序會產生很大影響，如果精車留余量較少，熱處理后零件變形，無法磨出零件要求的精度尺寸；如果余量較大，磨削時間變長，成本高，磨削困難。
　　
　　（4）工藝流程長，加工周期相應變長。加工需要的設備較多，不可避免的產生等待浪費，搬運浪費等情況，增加產品的交付周期。
　　
　　采用車磨復合加工工序后，零件的加工流程如下：毛坯-粗車-熱處理-車磨復合。粗車去大部分余量后熱處理，然后進行車磨復合工序，對于易變形的加工特征，粗車留余量完全可滿足要求。
　　
　　車磨復合工序主要完成的內容和產生的效果有：
　　
　　（1）一次裝夾，完成車削和精磨的工序，消除重復裝卸帶來的定位誤差；
　　
　　（2）可以“以車代磨”，消除傳統加工流程中精車留多少余量合適的問題，并且能夠很好保證加工精度，提高加工效率；
　　
　　（3）硬車時可采用干切，消除了對環境的污染，同時可降低處理切屑成本。
　　
　　總之，采用以車代磨和車磨復合加工工藝方法，不僅能夠大幅度提高產品的加工效率，而且能夠更好的保證產品的加工質量。車磨復合工藝技術是對傳統工藝方法的一次重大突破和變革。
　　
　　3、車磨復合加工技術在航空業的應用
　　
　　近年來，隨著航空工業迅速發展，航空產品多品種、小批量等特點越來越明顯，產品的加工工藝過程更加復雜，且難加工材料應用越來越廣，在制造過程中普遍存在制造周期長、材料切除量大、加工效率低以及加工變形嚴重等瓶頸。為了提高航空產品的加工效率和加工精度，工藝人員一直在尋求更為高效精密的加工工藝方法。車磨復合加工技術的出現對航空軸類零件的高效精密加工無疑是一個新的思路和解決方法。
　　　　
　　在航空液壓舵機等系統中，閥芯、閥套類零件主要包括的特征有：濾油的內外膠圈槽、內外儲油槽、需要精密配合的外圓和內孔。這些特征都有很高的尺寸、配合精度和表面質量，加工過程中易變形，加工難度大。車磨復合加工技術的出現，為此類問題提供了一個解決方案。
　　
　　為航空某重點型號舵機液壓閥芯，該零件的基本信息、切削參數、刀具參數及加工精度如表3所示。
　　
　　實例表明，S242車磨復合加工中心通過“以車代磨”和車磨復合工藝技術的應用，不僅能夠很好的保證加工精度，而且可大幅度提高加工效率。車磨復合加工技術在航空液壓產品加工領域具有較大的應用前景。
　　
　　4、結束語
　　
　　車磨復合加工機床的出現對提高高精度軸類零件的加工效率和加工精度有很大促進作用。但是，國內外在此方面的應用還很少。本文通過介紹S242車磨復合加工中心的功能和特點，分析了車磨復合加工的硬車技術和工藝技術，并給出了一個在航空產品方面的車磨復合加工應用實例。以此對車磨復合技術在航空產品加工領域進行初步的探索和研究。