一種淬硬鋼材料硬車加工機床的設計

王微　崔明

摘 要：介紹了加工淬硬鋼專用機床的整體設計結構，并對主要組成部件做了詳細論述。該機床主要針對軸承內環進行加工，以“車代磨”加工后表面精度可以達到磨削水平。

關鍵詞：以車代磨；軸承淬硬鋼

一般情況下，工件在熱處理淬硬之前就已完成粗加工工序，在淬硬狀態下進行精加工，這樣加工工序多，生產效率低，還易造成環境污染。為此，我們設計了以“車代磨”對淬硬軸承環內孔、外圓與端面進行硬態切削加工的專用機床。

1 機床的總體設計

1.1 整體結構

為了更好地加工、刀具排布、排屑等，本機床床身采用垂直床身（即90度床身），其上裝配有主軸箱、X、Z軸驅動裝置、刀架、排屑裝置、液壓系統、防護等主要部件。

1.2 機床主要參數

1.3 主要部件結構

1.3.1 床身

該機床床身采用90度床身結構，與其他床身相比較排屑、冷卻更方便，床身分為上下兩部分，上床身和下底座用螺栓和銷釘連接，保證連接剛性和定位精度。上床身和下底座內部都分布著加強筋，具有較高的剛性。床身安裝固定好后，再整體進行加工保證底座與上床身的垂直度。床身導軌面與主軸的平行度，從而保證機床的加工精度。

1.3.2 主軸箱

該機的主軸箱比較重要，車削淬硬鋼與車削非淬硬鋼相比，切削力將增加50%以上，切削所需功率增加2倍左右，所以硬車削對機床主軸剛性提出了更高要求。首先需要檢驗主切削力和總功率能不能滿足要求。

Vc切削速度、ap切削深度、f進給量、η機械效率取一般常用值。單位切削力P、切削阻力kc，計算出主切削力和總功率，就可以知道選用多大主電機合適。再通過主電機的特性曲線和工件的特點、大小范圍等機械特性計算出主軸的轉速范圍；進行主軸箱內部結構設計，主軸采用三支承主軸（如圖），4雙列圓柱滾子軸承與5雙列推力角接觸球軸承并排安裝預緊，1高剛度雙列圓柱滾子軸承為輔助支撐，不能預緊，保留游隙。該軸承配置前為主，后支承為輔，高速性較弱，但徑向軸向剛度最好。伺服電機通過皮帶輪降速，再通過大小齒輪降速，轉矩增大，電機機械性能、主軸剛性滿足硬車加工的必要條件。

1.3.3 X、Z軸驅動裝置和排刀架

為了滿足更多的工序加工，節省加工成本，該機床將普通的滾珠直線導軌副，改為公司新研發的更大規格的滾柱直線導軌副，與傳統的滑動導向元件相比，高精度、高速度、高可靠性、低磨損。更重要的是采用上下雙排刀結構，排刀安裝在床鞍上，分別通過兩個伺服電機連接滾珠絲杠，帶動床鞍根據工件需要在X＼Z軸方向做上下左右往復運動。使工件一次裝夾在機床上能加工完成多道工序。

2 控制系統及刀具

本機床采用國內最先進的雙通道系統。具有精度高、運行速度快、價格低等特點。可控制雙排刀同時做上下左右進給運動，滿足不同工序的加工要求。

刀具是此機床的重要組成部分，由于硬車加工時，淬硬鋼工件材料硬度大，切削力和切削溫度高，影響刀具使用壽命。我們選用PCBN刀具，PCBN刀片除了在控制直徑公差方面比不上磨削以外，其他性能都是首屈一指的。不僅能最大限度地增加硬車削的系統剛性，其車削的金屬切除率通常是磨削加工的3～4倍；所消耗的能量也只有磨削的1/5，并且省去了砂輪修正等諸多時間，提高了機床的利用率。

3 結語

目前我國硬態車削工藝的應用還不夠廣泛。該機床目前主要對淬硬軸承環、齒輪內孔與端面以及量刃具等零件進行加工，達到了磨削效果，提高了加工效率。相信在未來我國“以車代磨”這種清潔型、高效型機床會更多的被研發，逐漸達到世界發達國家水平。

參考文獻

[1]隋連香，王晶，劉麗芳.臥式重型數控車床的設計[J].制造技術與機床，2012，（12）：156-158.

[2]王連鵬.數控車床低溫精切45淬硬鋼的切削研究[D].遼寧工程技術大學，2002.

（作者單位：1.大連機床集團有限責任公司；2.中國人民解放軍第七八一四工廠）