高端磨削技术的需求和国内磨床行业的现状
2013-5-7
作者：虞行国
对于大多数产品来说，当工艺进入到磨削阶段就证明产品零件前期已完成加工工序的90%以上，磨削是产品零件最后的加工工序，在目前的磨削领域中对高端产品都采用先进的手段来完成最终的加工。
先进的磨削技术是一门综合技术，涉及到磨削加工的设备状况、磨削工艺的科学性、磨具磨料的合理性及工件在整个加工过程中的在线检测等多项技术的集成，技术难度较大。
1.高端磨削技术的需求
各个行业在磨削加工时，都会结合本行业的不同技术要求，制定出符合产品的加工工艺并有针对性地选择能够加工出完全达到产品图样精度的设备。但是在我国的汽车制造、航空航天、装备制造、船舶制造、轨道交通制造及功能部件制造等领域里所应用的设备，因最终加工技术要求严格，尺寸精度和形位公差要求高，所以高集成磨削加工时采用的设备都被国外机床所垄断，造成磨削装备大量进口，特别是具有高速、高精、智能与柔性功能的磨床几乎全靠进口，国产的磨削装备大部分只能做一些半精加工之前的工序。我国是世界机床第一生产大国、第一消费大国，大批磨削机床的进口说明国产的磨削装备还不能满足高端产品磨削工艺的要求。
在汽车制造领域，具有代表性的发动机关键零件如曲轴、凸轮轴、连杆等需要高精度数控磨床（见图1），变速器关键零件需要齿形精加工磨床等，并且针汽车制造领域零件相对小但要求机床精度高、生产节拍短的特点，能上线的机床要求质量稳定可靠，故障率要小。
图1
国内外一流汽车制造企业的精密成形对磨削技术有进一步的需求，对发动机凸轮轴、连杆制造已经完成从切削向成形的战略转移，向着绿色、轻量化制造技术发展。目前英国LANDIS公司生产的曲轴磨床，用“扒皮法”一次装夹从毛坯到精磨完毕，耗时仅几分钟，磨削速度高达120 m/s。
在航空航天制造领域，制造技术将向高性能、精密化、数字化等方向发展。随着制造技术的发展与进步，航空航天工业对高速、精密、复杂形状构件如飞机起落架需要数控内外圆复合磨床以及数控精密磨削和多轴联动的磨削装备，同时将涉及重型、超重型装备等。在轨道交通领域里，需要大批轨道交通中型专用数控车轴外圆磨床以及加工柴油机曲轴需要的数控曲轴（见图2）磨床。
船舶制造业更加需要大型的数控曲轴磨床（见图3）。
在高端曲轴磨床中，具体反映在汽车制造企业是精度和生产节拍，在轨道交通领域里精度是首要，在造船领域里首先要考虑机床的载重。
2.国外磨床生产商
目前国外各类型的磨床具有代表性的生产商如附表所示。
磨床型号及生产商
磨床型号 生产商
高精度内外圆磨床 Studer、kellenberger、schleifring
高精度平面磨床 blohm、aba、ELB、 favretto
导轨磨床 waldrich coburg、favretto、住友精机
曲轴、凸轮磨床 junker、landis、studer、丰田工机
大型曲轴磨床 naxos union 、cetos、wohlenberg、唐津
大型轧辊磨床 ingesoll
无心磨床 koyo、mikrosa
珩磨机 格林、善能、那格尔
滚珠丝杆磨床 科堡、三井精机
齿轮磨床 Gleason
五坐标工具磨床 瓦尔特、安卡、萨克
在以上的设备中，包含有较高水平能加工工作母机关键零件以及功能部件配件的机形。如：机床主轴、机床导轨、精密分度盘、精密轴承及齿轮齿条、滚动导轨配件等零配件（如图4、图5）的加工机床。
图4
3.国产磨床技术现状
在计划经济时代，我国设备制造业基本有明确专业的分工，像上海机床厂生产外圆磨床系列，杭州机床厂生产平面磨床系列，无锡机床厂生产内圆磨床系列，天津机床厂以生产齿轮磨床系列，还有北京二机床、陕西机床、秦川机床、桂北机床、威海华东等厂生产制造出了一批代表我国较高水平的磨床，为我国的高端制造业作出了巨大贡献。目前这些老企业仍在拼搏，在奋斗。
在机床制造的行列中，目前到处可见拼装制造的那些小型数控车床、数控铣床和加工中心，但少见大量生产的磨床设备系列。这说明在这个制造领域里技术含量是难以突破的，也说明我国在机床工具行业存在很大不足，如主机多而不强不精，产品杂而不稳定，数控系统和功能部件产业小且落后，高档数控机床关键技术存在较大的差距，工艺服务和售后服务的体系还没有真正的形成。国内众多企业在选购设备的招标书中明确表明，要求制造企业具备有“交钥匙”工程和工艺服务以及售后服务的体系，有些企业则在最终加工关键零部件时明确说明要选用国外着名品牌的设备。
图6
图6是某国外企业制造的大型数控曲轴磨床在精加工柴油机曲轴，它采用了随动的跟踪磨削工艺，一次装夹完成全部磨削工序。在机床上还配有全套在线测量装置、中心架自动补偿功能等高配制。
图7是两种国外强力平面蠕动磨床，是加工柴油机连杆结合面齿形的专用磨削机床，每次成对加工，分粗细两刀成形，砂轮采用先进的CD修整工艺即连续修整法，提高了工作效率。
图8是同一家国外凸轮轴磨床制造企业三个不同时期所生产的产品，在磨削工艺上有了质的区别，对凸轮曲面形状磨削时分别采用凸轮靠磨板改变工件与砂轮磨削切点、砂轮磨头前后运动与凸轮轴工件磨削切点数控控制和机床全数控功能的磨削工艺。
图9是一条柴油机气伐生产线，它由外圆磨、面磨及无心磨等多台机床组建而成，完成对导杆外圆、阀面等工艺的磨削。
图9
4.国产磨削机床发展建议
我们已经认识到要提高国产数控磨床的竞争力，关键在于提高技术含量。在消化吸收国外先进技术的基础上要有开发创新，同时要提高服务质量，要让国内企业有信任度。
在提高机床精度上下功夫，要对机床的稳定性加以攻关，这是我国机床行业急需解决的问题。
现阶段在用的国产普通磨床还是存在许多问题，例如同样是大型龙门导轨磨床，国产的最大磨削量在0.08mm，而国外的磨削量就大大超过这个数值。原因是磨头在磨削时有反向作用力，而设计时没有很好地加以克服。同时还反映出工作台运动速度低于5m/min时就会有明显的爬行现象，严重地影响加工质量。
又如一台国产龙门导轨磨床在连续工作了8小时后，发现磨削的工件平行度超差，这种现象和问题一般因为工作台台面材质稳定性差和两端液压缸活塞杆连接装配工艺有问题。
不管是高端和低端的磨床，首先要求要有一个好的磨头主轴，在加工中虽然只进行切入磨削，但也要对磨头运动进行严格的考核。如果进行轴类加工要严格考核工作台的运动精度；对于高端数控磨床要进行全面的精度及功能性的考核。希望国产磨床制造厂的设计部门在设计时，加强对机床结构的分析设计、选用确凿可靠的功能部件，具有先进的复合磨削技术，在磨削工艺及磨削参数上有合理的优化技术并具有良好的CPK值，使生产制造的国产磨床具有高可靠性的砂轮自动更换系统，工作台在低速稳定无爬行现象的驱动功能以及先进的在线测量与误差补偿功能。
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