張素玉

摘要：我公司新研制產(chǎn)品MK8450X40數(shù)控軋輥磨床適用于磨削工作輥、平整輥、壓光棍等高精度、高表面要求的各種軋輥。根據(jù)設(shè)計(jì)要求機(jī)床床身長度為10.78m，采用V-平式貼塑靜壓導(dǎo)軌，采用工件移動方式頂磨約5噸重的工件。由于受公司的設(shè)備限制，此產(chǎn)品的長床身的V-平導(dǎo)軌不能磨削，為此我們對此床身的加工進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：超長床身 精刨代刮 震紋 精刨代刮刀 刀排

1 床身的結(jié)構(gòu)特性及技術(shù)要求

1.1 床身的結(jié)構(gòu)

它是工件承重床身，長度10.78m、寬740mm、高約650mm（見圖1），屬于平V導(dǎo)軌形式超長箱體類零件。工件通過工作臺在其上進(jìn)行低速往復(fù)運(yùn)動，設(shè)計(jì)計(jì)算床身導(dǎo)軌所承載的重力大于5噸（工件+工作臺），并且在承受較大的壓力負(fù)荷下要求床身不變形，還要求有一定的韌性，因此選擇的零件材料為HT250（T），它屬于低合金高強(qiáng)度低應(yīng)力孕育鑄鐵，是在普通的HT250材料中加入了微量特殊金屬元素，具有球鐵的特性、高硬度、一定的韌性且易于切削加工。

1.2 分析床身的主要精度

圖紙技術(shù)要求為平、V導(dǎo)軌的直線度要求在任意500長度上允差在0.005以內(nèi)，總長允差在0.03以內(nèi)；平、V 導(dǎo)軌的相互平行度要求為在任意1000范圍內(nèi)允差在0.003 以內(nèi)，總長上的平行度要求允差在0.04以內(nèi)；平V導(dǎo)軌的粗糙度要求為Ra1.6、鏟刮12點(diǎn)（見圖1）。

2 床身加工工藝規(guī)程的確定

通過對零件的分析，按照以往的加工方法，床身的導(dǎo)軌面只需在本廠的導(dǎo)軌磨床上磨出，就可達(dá)到形位公差及表面光潔度，但現(xiàn)在此床身的長度完全超出了我公司的導(dǎo)軌磨床加工范圍（不超過4.5米），為此我們進(jìn)行了工藝方案討論。

方案一：在公司外尋找合適的加工單位，利用超長導(dǎo)磨來加工該床身平V導(dǎo)軌，后來因?yàn)閮r格太高而放棄。

方案二：先在數(shù)控龍銑上銑出平V導(dǎo)軌面，平V導(dǎo)軌面均留鏟刮量，且平V導(dǎo)軌的直線度及相互平行度要求均放松2～3倍檢查，再由鉗工師傅鏟刮并用拖模進(jìn)行配鏟。這種加工方法符合圖中的粗糙度和鏟刮點(diǎn)要求，也可以達(dá)到圖中的形位公差，但它對鉗工師傅的技術(shù)水平要求比較高，不僅要鏟點(diǎn)均勻而且要能夠控制形位公差的走向，使之最后能夠控制在圖紙要求的形位公差范圍之內(nèi)。另外鏟刮工時很長，因?yàn)楣ぜL度接近11m且有三個相互位置度要求的工作面，預(yù)算光完成鏟刮這道工序就要20多天，影響了零件的加工周期和機(jī)床的交貨期。

方案三：把11m的床身分為三段來分別磨削。由導(dǎo)軌磨床進(jìn)行以磨代刮的方法，我公司的德國柯堡磨床它的磨削粗糙度可達(dá)到Ra0.4，砂輪可由金剛筆修正，可磨出上乘的平面度，這完全可以達(dá)到我們的粗糙度Ra1.6鏟刮12點(diǎn)的要求；在形位公差中科堡導(dǎo)磨的直線度在1m范圍內(nèi)小于0.005mm，在總長0.008mm/4m，導(dǎo)軌的半角和平行也能符合要求。但是經(jīng)過工藝討論認(rèn)為三段平V導(dǎo)軌單獨(dú)磨削后不能平滑拼接，拼接后的三段導(dǎo)軌的各自形位公差走向不確定，此方案也遭否定。

方案四：精刨代刮。因?yàn)橐恍┲匦蜋C(jī)床在制造與修理中因?qū)к壒窝械墓ぷ髁亢艽?，設(shè)法用機(jī)械加工代替刮研是必然趨勢，因此我們決定采用精刨代刮的工藝方法來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的設(shè)計(jì)精度。

我公司的龍刨行程長12.5m，而且每小時加工單價比較低。我們通過調(diào)查研究并聽取一線操作工人的建議，對影響床身導(dǎo)軌面精刨代刮的諸多因素進(jìn)行分析，影響床身精刨代刮面的因素主要有以下幾點(diǎn)：

①加工機(jī)床自身精度及運(yùn)行穩(wěn)定性和剛性。

②刀具結(jié)構(gòu)及刀具的幾何參數(shù)。

③刀具的刃磨。

④切削時的砂輪、冷卻和潤滑。

3 采取的措施

3.1 調(diào)整龍刨床身的精度、運(yùn)行穩(wěn)定性和剛性

磨削前首先檢查加工機(jī)床自身精度及運(yùn)行穩(wěn)定性，調(diào)整工作母機(jī)的精度使之達(dá)到表1中的參數(shù)數(shù)據(jù)；并對機(jī)床電器進(jìn)行改造，使之低速穩(wěn)定運(yùn)行，速度為0.5-3米/分時不產(chǎn)生爬行，并實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。為提高機(jī)床刀具系統(tǒng)及進(jìn)給系統(tǒng)的剛度，在加工時將機(jī)床橫梁及刀架滑板等作固定處理，使加工時機(jī)床剛度對工件加工的影響減少到最小。

3.2 正確選擇刀具結(jié)構(gòu)及刀具的幾何參數(shù)

3.2.1 精刨代刮刀的結(jié)構(gòu)

刀具結(jié)構(gòu)一般可分為整體式和夾固式。整體式刀具的剛性好，通常工藝人員首選這種結(jié)構(gòu)，此處根據(jù)新設(shè)計(jì)的刀具計(jì)算，長度大于650mm，其刀排重量大于95Kg，將這種形式的刀具設(shè)計(jì)成整體式在刃磨前、后角及刃口時裝夾不方便，無法進(jìn)行刃磨。因此刀具結(jié)構(gòu)選用夾固式。將刀體和刀排緊固成一體。

3.2.2 刀片材料

選擇刀片材料為硬質(zhì)合金YG6，刀體為45鋼，兩者焊接在一起。因?yàn)橛操|(zhì)合金刀刃口不易磨損，耐磨、直線度精度高，壽命比高速鋼刀具高3-4倍。

3.2.3 刀具幾何角度的確定

在以刨代刮時精刨刀的寬度需大于工件加工面的寬度一次刨出成形，因此將精刨代刮刀設(shè)計(jì)成平面導(dǎo)軌精刨刀和V形導(dǎo)軌精刨刀兩種。平導(dǎo)軌精刨刀采用寬刀刃切削，切削寬度為110mm，V形導(dǎo)軌精刨刀切削寬度為65mm。

為了確定刀片的幾何角度，我查閱了大量的資料，結(jié)合刀具實(shí)際應(yīng)用的情況，將刀具的幾何參數(shù)定為刃傾角10°，負(fù)前角15°，后角2°（如圖2）。

3.2.4 刀排采用45鋼鍛成，并采用彎頭刀桿（避免刀桿產(chǎn)生一定的彎曲變形，劃傷已加工表面），柄部按機(jī)床刀架安裝尺寸，盡量偏大，以保證剛度（如圖3）。

采取了以上措施后，在臨床試驗(yàn)加工的過程中導(dǎo)軌面還是產(chǎn)生了震紋，試切失敗。我們發(fā)現(xiàn)由于刀具剛性及機(jī)床剛性方面的原因，極易產(chǎn)生震紋，而產(chǎn)生的振紋又很難消除，為此我們反復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行了逐項(xiàng)排查。第一是穩(wěn)定床身特性，我們加固床身并增加重量來增加工件的剛性和改變震動頻率，結(jié)果震紋沒有明顯減少。第二是改變切削參數(shù)來使機(jī)床的震動頻率避開工件的自身固有震動頻率以此減少共振。我們發(fā)現(xiàn)通過不斷改變切削速度的方法（切削速度選擇的范圍0.5-2米/分），可以有效地減少切屑振紋。并探索出0.7m/分的最佳切削速度和0.015的最佳切削深度（該數(shù)據(jù)僅適合于特定機(jī)床）。第三是仔細(xì)分析了整個加工過程發(fā)現(xiàn)在刨削V導(dǎo)軌時刀具剛性不夠的原因是刀柄伸出較長，這樣在加工時刀具處于懸空狀態(tài)，刀具系統(tǒng)剛性就大大降低，加工時極易產(chǎn)生振紋。我們決定通過增加刀具的剛性來減少震動，考慮到重新做刀排時間稍長，就決定在原先刀排上焊接加固塊以此來增加刀具的剛性，焊接刀具如圖4、5，但是試驗(yàn)后結(jié)果效果還是不明顯。另外由于刀架的活動部分有間隙，為了提高刀架的剛性在間隙部分加了墊片，所以引起刀架旋轉(zhuǎn)使后角變小，由于后角的變小使刀具后刀面對已加工面產(chǎn)生比原來更大的擠壓力，這樣在機(jī)床運(yùn)行的過程中產(chǎn)生了振紋，我們決定將后角由原來的2°改為3°，以減少擠壓消除其振紋（見圖6）。endprint

同時我們繼續(xù)查閱刀具設(shè)計(jì)的資料，了解到刀片靠山面（及安裝刀片的面）到刀柄的安裝中心的距離對刀具加工時產(chǎn)生振紋影響也很大，一般選擇45-55mm，這樣的刀具結(jié)構(gòu)在加工時刀的震動較?。ǘ瓉碓O(shè)計(jì)的刀排此尺寸大約為84mm）。我們繼續(xù)對刨刀的受力進(jìn)行分析見下圖7，將F合力分解為F1、F2兩分力，F(xiàn)1是指刨刀切削時在垂直于刀片安裝面受到的力，它的大小影響著刀柄受力的大小，F(xiàn)1=F合力×Cos15°，可見度數(shù)越大，F(xiàn)1也就越小，刀柄受力也減少，因此我將刀排上的安裝刀片的斜面將原來的10°改為15°。最后重新設(shè)計(jì)了平、V導(dǎo)軌精刨代刮刀排（下圖8、9）。

經(jīng)過實(shí)際使用證明，刀具系統(tǒng)結(jié)合良好，緊固穩(wěn)定，切削時排削順暢。床身加工后在全長10.780m上直線度為0.025，滿足了設(shè)計(jì)要求。

3.3 刀具刃磨也很關(guān)鍵。參數(shù)確定后，按刀具設(shè)計(jì)要求其粗糙度為Ra0.1、直線度0.003，但我們公司刃磨刀具的精密磨床所用金剛砂輪無法進(jìn)行修整，刀具刃磨的粗糙度僅為Ra0.4左右、直線度在0.01，用這種刀進(jìn)行精刨代刮，加工出工件的粗糙度僅為Ra2.8左右（該數(shù)據(jù)已經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)），平面度也不符合要求。為此經(jīng)與有關(guān)方面聯(lián)系后，該刀具在無錫微研有限公司進(jìn)行刃磨，基本達(dá)到圖紙對刀具粗糙度的Ra0.1和直線度0.003要求，用這種刀具進(jìn)行精刨代刮，工件粗糙度達(dá)Ra1.45，平面度也達(dá)到刮12點(diǎn)的接觸度要求，完全符合工件圖紙要求。

3.4 設(shè)計(jì)了專用冷卻和潤滑油箱，用火油進(jìn)行滴流冷卻和潤滑，效果比較理想。

4 結(jié)論

經(jīng)過對過去經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和對現(xiàn)存問題的一些改進(jìn)，最終精刨代刮1001/MK8450X40床身的精度在10780mm上的直線度為0.03、粗糙度為Ra1.45、平面度達(dá)到鏟刮12點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求，在現(xiàn)場裝配和機(jī)床的試件切削過程中零件都能滿足功能要求，這也證明此工藝的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙勇.WS250軋輥磨床的床身調(diào)整與精度評價[J].中國設(shè)備工程，2001（12）.

[2]常喜彥，蔣云峰，郭愛亮.大型床身鑄件裂紋缺陷的產(chǎn)生和預(yù)防[J].金屬加工（熱加工），2009（05）.

[3]鄒杰.床身精度對軋輥磨削的影響[J].酒鋼科技，2011（02）.

[4]馬麗飛，向新強(qiáng).振動時效技術(shù)在床身類鑄件上的應(yīng)用[J].金屬加工（熱加工），2011（17）.

[5]李郝林，楊云梅.基于案例推理的數(shù)控軋輥磨床故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工具技術(shù)，2010（12）.

[6]黃海濤，康征，張雪萍，胡俊.重型軋輥磨床變形預(yù)測與控制[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2010（05）.

[7]劉金朋，張會濤，孫躍鋒.軋輥磨床技術(shù)特點(diǎn)探析[J].有色金屬加工，2013（06）.

[8]姚兵，范洪遠(yuǎn)，王仁俊.軋輥磨床砂輪主軸部件的改造[J].機(jī)械工程師，2003（02）.endprint

同時我們繼續(xù)查閱刀具設(shè)計(jì)的資料，了解到刀片靠山面（及安裝刀片的面）到刀柄的安裝中心的距離對刀具加工時產(chǎn)生振紋影響也很大，一般選擇45-55mm，這樣的刀具結(jié)構(gòu)在加工時刀的震動較?。ǘ瓉碓O(shè)計(jì)的刀排此尺寸大約為84mm）。我們繼續(xù)對刨刀的受力進(jìn)行分析見下圖7，將F合力分解為F1、F2兩分力，F(xiàn)1是指刨刀切削時在垂直于刀片安裝面受到的力，它的大小影響著刀柄受力的大小，F(xiàn)1=F合力×Cos15°，可見度數(shù)越大，F(xiàn)1也就越小，刀柄受力也減少，因此我將刀排上的安裝刀片的斜面將原來的10°改為15°。最后重新設(shè)計(jì)了平、V導(dǎo)軌精刨代刮刀排（下圖8、9）。

經(jīng)過實(shí)際使用證明，刀具系統(tǒng)結(jié)合良好，緊固穩(wěn)定，切削時排削順暢。床身加工后在全長10.780m上直線度為0.025，滿足了設(shè)計(jì)要求。

3.3 刀具刃磨也很關(guān)鍵。參數(shù)確定后，按刀具設(shè)計(jì)要求其粗糙度為Ra0.1、直線度0.003，但我們公司刃磨刀具的精密磨床所用金剛砂輪無法進(jìn)行修整，刀具刃磨的粗糙度僅為Ra0.4左右、直線度在0.01，用這種刀進(jìn)行精刨代刮，加工出工件的粗糙度僅為Ra2.8左右（該數(shù)據(jù)已經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)），平面度也不符合要求。為此經(jīng)與有關(guān)方面聯(lián)系后，該刀具在無錫微研有限公司進(jìn)行刃磨，基本達(dá)到圖紙對刀具粗糙度的Ra0.1和直線度0.003要求，用這種刀具進(jìn)行精刨代刮，工件粗糙度達(dá)Ra1.45，平面度也達(dá)到刮12點(diǎn)的接觸度要求，完全符合工件圖紙要求。

3.4 設(shè)計(jì)了專用冷卻和潤滑油箱，用火油進(jìn)行滴流冷卻和潤滑，效果比較理想。

4 結(jié)論

經(jīng)過對過去經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和對現(xiàn)存問題的一些改進(jìn)，最終精刨代刮1001/MK8450X40床身的精度在10780mm上的直線度為0.03、粗糙度為Ra1.45、平面度達(dá)到鏟刮12點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求，在現(xiàn)場裝配和機(jī)床的試件切削過程中零件都能滿足功能要求，這也證明此工藝的可行性。

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[8]姚兵，范洪遠(yuǎn)，王仁俊.軋輥磨床砂輪主軸部件的改造[J].機(jī)械工程師，2003（02）.endprint

同時我們繼續(xù)查閱刀具設(shè)計(jì)的資料，了解到刀片靠山面（及安裝刀片的面）到刀柄的安裝中心的距離對刀具加工時產(chǎn)生振紋影響也很大，一般選擇45-55mm，這樣的刀具結(jié)構(gòu)在加工時刀的震動較小（而原來設(shè)計(jì)的刀排此尺寸大約為84mm）。我們繼續(xù)對刨刀的受力進(jìn)行分析見下圖7，將F合力分解為F1、F2兩分力，F(xiàn)1是指刨刀切削時在垂直于刀片安裝面受到的力，它的大小影響著刀柄受力的大小，F(xiàn)1=F合力×Cos15°，可見度數(shù)越大，F(xiàn)1也就越小，刀柄受力也減少，因此我將刀排上的安裝刀片的斜面將原來的10°改為15°。最后重新設(shè)計(jì)了平、V導(dǎo)軌精刨代刮刀排（下圖8、9）。

經(jīng)過實(shí)際使用證明，刀具系統(tǒng)結(jié)合良好，緊固穩(wěn)定，切削時排削順暢。床身加工后在全長10.780m上直線度為0.025，滿足了設(shè)計(jì)要求。

3.3 刀具刃磨也很關(guān)鍵。參數(shù)確定后，按刀具設(shè)計(jì)要求其粗糙度為Ra0.1、直線度0.003，但我們公司刃磨刀具的精密磨床所用金剛砂輪無法進(jìn)行修整，刀具刃磨的粗糙度僅為Ra0.4左右、直線度在0.01，用這種刀進(jìn)行精刨代刮，加工出工件的粗糙度僅為Ra2.8左右（該數(shù)據(jù)已經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)），平面度也不符合要求。為此經(jīng)與有關(guān)方面聯(lián)系后，該刀具在無錫微研有限公司進(jìn)行刃磨，基本達(dá)到圖紙對刀具粗糙度的Ra0.1和直線度0.003要求，用這種刀具進(jìn)行精刨代刮，工件粗糙度達(dá)Ra1.45，平面度也達(dá)到刮12點(diǎn)的接觸度要求，完全符合工件圖紙要求。

3.4 設(shè)計(jì)了專用冷卻和潤滑油箱，用火油進(jìn)行滴流冷卻和潤滑，效果比較理想。

4 結(jié)論

經(jīng)過對過去經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和對現(xiàn)存問題的一些改進(jìn)，最終精刨代刮1001/MK8450X40床身的精度在10780mm上的直線度為0.03、粗糙度為Ra1.45、平面度達(dá)到鏟刮12點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求，在現(xiàn)場裝配和機(jī)床的試件切削過程中零件都能滿足功能要求，這也證明此工藝的可行性。

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[6]黃海濤，康征，張雪萍，胡俊.重型軋輥磨床變形預(yù)測與控制[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2010（05）.

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[8]姚兵，范洪遠(yuǎn)，王仁俊.軋輥磨床砂輪主軸部件的改造[J].機(jī)械工程師，2003（02）.endprint