一种淬硬钢材料硬车加工机床的设计

王微　崔明

摘 要：介绍了加工淬硬钢专用机床的整体设计结构，并对主要组成部件做了详细论述。该机床主要针对轴承内环进行加工，以“车代磨”加工后表面精度可以达到磨削水平。

关键词：以车代磨；轴承淬硬钢

一般情况下，工件在热处理淬硬之前就已完成粗加工工序，在淬硬状态下进行精加工，这样加工工序多，生产效率低，还易造成环境污染。为此，我们设计了以“车代磨”对淬硬轴承环内孔、外圆与端面进行硬态切削加工的专用机床。

1 机床的总体设计

1.1 整体结构

为了更好地加工、刀具排布、排屑等，本机床床身采用垂直床身（即90度床身），其上装配有主轴箱、X、Z轴驱动装置、刀架、排屑装置、液压系统、防护等主要部件。

1.2 机床主要参数

1.3 主要部件结构

1.3.1 床身

该机床床身采用90度床身结构，与其他床身相比较排屑、冷却更方便，床身分为上下两部分，上床身和下底座用螺栓和销钉连接，保证连接刚性和定位精度。上床身和下底座内部都分布着加强筋，具有较高的刚性。床身安装固定好后，再整体进行加工保证底座与上床身的垂直度。床身导轨面与主轴的平行度，从而保证机床的加工精度。

1.3.2 主轴箱

该机的主轴箱比较重要，车削淬硬钢与车削非淬硬钢相比，切削力将增加50%以上，切削所需功率增加2倍左右，所以硬车削对机床主轴刚性提出了更高要求。首先需要检验主切削力和总功率能不能满足要求。

Vc切削速度、ap切削深度、f进给量、η机械效率取一般常用值。单位切削力P、切削阻力kc，计算出主切削力和总功率，就可以知道选用多大主电机合适。再通过主电机的特性曲线和工件的特点、大小范围等机械特性计算出主轴的转速范围；进行主轴箱内部结构设计，主轴采用三支承主轴（如图），4双列圆柱滚子轴承与5双列推力角接触球轴承并排安装预紧，1高刚度双列圆柱滚子轴承为辅助支撑，不能预紧，保留游隙。该轴承配置前为主，后支承为辅，高速性较弱，但径向轴向刚度最好。伺服电机通过皮带轮降速，再通过大小齿轮降速，转矩增大，电机机械性能、主轴刚性满足硬车加工的必要条件。

1.3.3 X、Z轴驱动装置和排刀架

为了满足更多的工序加工，节省加工成本，该机床将普通的滚珠直线导轨副，改为公司新研发的更大规格的滚柱直线导轨副，与传统的滑动导向元件相比，高精度、高速度、高可靠性、低磨损。更重要的是采用上下双排刀结构，排刀安装在床鞍上，分别通过两个伺服电机连接滚珠丝杠，带动床鞍根据工件需要在X＼Z轴方向做上下左右往复运动。使工件一次装夹在机床上能加工完成多道工序。

2 控制系统及刀具

本机床采用国内最先进的双通道系统。具有精度高、运行速度快、价格低等特点。可控制双排刀同时做上下左右进给运动，满足不同工序的加工要求。

刀具是此机床的重要组成部分，由于硬车加工时，淬硬钢工件材料硬度大，切削力和切削温度高，影响刀具使用寿命。我们选用PCBN刀具，PCBN刀片除了在控制直径公差方面比不上磨削以外，其他性能都是首屈一指的。不仅能最大限度地增加硬车削的系统刚性，其车削的金属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，并且省去了砂轮修正等诸多时间，提高了机床的利用率。

3 结语

目前我国硬态车削工艺的应用还不够广泛。该机床目前主要对淬硬轴承环、齿轮内孔与端面以及量刃具等零件进行加工，达到了磨削效果，提高了加工效率。相信在未来我国“以车代磨”这种清洁型、高效型机床会更多的被研发，逐渐达到世界发达国家水平。

参考文献

[1]隋连香，王晶，刘丽芳.卧式重型数控车床的设计[J].制造技术与机床，2012，（12）：156-158.

[2]王连鹏.数控车床低温精切45淬硬钢的切削研究[D].辽宁工程技术大学，2002.

（作者单位：1.大连机床集团有限责任公司；2.中国人民解放军第七八一四工厂）