创新科技 发展未来
2015-12-25 来源：宁夏银川大河数控机床有限公司 作者：孙兵
以主题为“新常态、新发展”的第十四届中国国际机床展览会于4月20日——25日在首都北京成功举办，我有幸以中国机床工具工业协会钻镗床分会展品评述员的身份参加了此次展览会。本次展会展品种类繁多，亮点新颖，集中体现了我国国产数控机床的发展优势与技术实力，让我深切感受到了我国机床业旺盛的生命力和创新能力。
本次展会参展展品主要有大型复合加工中心、落地镗铣床、重型数控龙门加工中心、中小型加工中心、立式加工中心、珩磨机、智能机器人及机床各种转台、数控系统、刀具等机床配件。但凡展出的展品都具备高速、高精度性能，都在技术和工艺上有着很大的突破与革新，下面我就着重以珩磨机为例，分析此次展会上展品性能的优越性。
本次展会上珩磨机展出相对较少，主要有德国格林立式PT系列珩磨机，浙江台州新潮珩磨XCHM-4000强力型高精密珩磨机，宁夏中卫大河2MKH2215Z型立式数控珩磨机床等。
一、珩磨的优越性
珩磨加工是磨削加工的特殊形式，是一种低速表面精加工工序，又是一种高效率的加工方法，是零件内孔精加工的唯一途径，在工业制造中有着非常重要的作用。为了修正被加工件的尺寸、形状和表面质量，利用装在珩磨头上的珩磨油石与被加工表面保持一定的接触，并互有一定的压力，进行两坐标运动来切削加工。通过选取不同型号的珩磨工具，即可加工高硬度合金钢、也可以加工软钢、铜、铝合金、石墨、陶瓷等零件内孔，运用十分广泛。
由于珩磨加工精度高，所以珩磨工具、珩磨液、夹具及装夹方式等都会对珩磨效果产生不可忽视的影响，因此为解决生产中的不同问题，此次展会上各品牌珩磨机床都做了合理的配置，形成了有效的解决方案。
工件在珩磨过程中，由于砂条与工作表面的接触面积大，珩磨压力小，工件是柔性夹持，易于自动定心，且相对运动速度低，热变形小，因而能获得很高的尺寸精度、几何精度和表面粗糙度，不存在内圆磨容易产生的工件表面烧伤、内应力等问题，对深孔、细长孔的加工，珩磨比内圆磨更具优势。珩磨与手工或金刚石铰刀珩磨相比，效率要高很多。珩磨另一优点是被加工过的零件表面有交叉网纹，这些网纹相当于无数个储油槽，并形成油膜，从而改善零件的润滑条件，提高零件的使用寿命。
二、当前珩磨机床的组成部分及工作原理
珩磨机床主要由珩磨机构、夹紧机构、步伐式比例输送机构、冷却系统、气动液压系统及电器控制系统等部分组成，其中珩磨机构包括如下几部分：冲程控制机构、进给机构、气动测量系统、回转主轴及珩磨头。
珩磨机其实是珩磨头的进给机构，该进给机构是靠机械及液压传动配合电气控制、气动量仪完成砂条进给的，下面我们先分析其机械传动部分。例如此次展出的中卫大河2MKH2215Z型立式数控珩磨机床。该机构设有粗精珩和光珩磨、自动褪刀、手动调刀等功能。进给油缸在珩磨过程中，由于喷嘴与缸壁的间隙是不断变化的，这个间隙的变化量与气动量仪内的气压损失是线性的，这个压力变化值被测量仪的压电传感器转变为电信号来控制珩磨尺寸。当气动量仪测量没到尺寸时，量仪压力电气传感器给出电信号到进给电磁阀，高压油推动进给油缸活塞以珩磨冲程为脉冲来回运动，进给油缸活塞通过棘爪拨动进给齿轮，从而带动内螺纹套转动，驱动外螺纹套向下移动，带动进给挺杆，使得珩磨砂条向外膨胀，进给活塞每完成一个行程对应的进给量0.002mm，完成一次进给。
当粗精磨到尺寸后（气动量仪给出信号），这时量仪传感器发出信号给退刀电磁阀换向，高压油推动退刀活塞退回，砂条自动缩回原位。同时通过光珩电磁阀来的高压油推动光珩磨油缸活塞向下移动，带动光珩挺杆向下移动，从而将光珩砂条涨出进行光珩，光珩是靠时间控制的，到了设定时间，光珩电磁阀换向活塞上移带动挺杆退回，光珩砂条缩回。通过以上的进给原理分析，我们可以看到进给量是不连续的，有冲击现象，这样我们很难对加工情况进行必要的控制，对提高加工质量带来了一定的困难。下面我们再来简单分析以下其冲程的速度控制，冲程速度与主轴回转速度的匹配是保证网纹质量非常关键的因素，所以如果我们能够对其进行调整，就可以进行最优化的选择。
冲程的速度控制只有一个可手动调节的节流阀，并且该阀安装在机床顶部。当电磁阀不带电时，压力油经主换向阀进入珩磨缸的下腔，使得珩磨头向上移动，保持在上端位置，此时珩磨头油缸的活塞杆被抱刹油缸抱住，防止珩磨头下滑，抱刹油缸起保险作用，当要工作时，抱刹被液压油打开，先导阀电磁铁通电，高压油通过主换向阀同时进入珩磨油缸的上下腔，此时由于上腔活塞面积大所以活塞向下运动，当先导阀失电时，高压油进入活塞下腔，活塞向上运动，回油经单向节流阀回油箱。这样循环往复完成珩磨的冲程运动。
其中值得一提的是德国格林在此次展会上展出的PT系列珩磨机床，该机床采用主轴电机带动丝杠传动来完成主轴的往复运动，取代了传统的液压往复油缸，且有自动更换磨头装置，自动化程度相对较高，值得学习。如图：
其优越性主要体现在以下几方面：
1、高效性
PT系列机床具有很强的高效性，可应用于当今所有的珩磨加工。除传统珩磨外，新的珩磨工艺，包括：强力定位珩磨和激光珩磨，都可在PT系列机床上得到应用。机床优质加工和快速切削，不仅优化了工作流程，更提高了生产效率。机床模块化设计，使柔性最大化，再加上机床现代化生产的配置，因此机床不仅可以作为单机加工使用，同时也可以与生产线相连。标准功能模块化，并结合客户的要求以达到最佳的效果。
2、远瞻性
PT系列机床在配置上具有很好的远瞻性，其简单紧凑的主轴单元，强有力的行程驱动以及高效的主轴驱动，意味着将柔性加工达到了最高的等级。设备适用于不同尺寸范围的加工，加工孔径范围能从68-105毫米。配有带压力传感器的电子机械涨刀系统（EMZ-F），从而确保能达到最满意的珩磨效果。配有快速而有效的刀具更换系统，只需要非常短的刀具更换时间。为产品切换或工序切换提供了最佳的解决方案。适用于所有的发动机缸体加工，包括：直列缸体、V型缸体。
3、高精科技与时尚外形设计的完美结合
该产品的另一亮点就是高科技与时尚外形设计的完美结合。例如：超扁平的操作面板与强大的图形界面结合，将产生无与伦比的视觉效果。另外操作面板有型的设计，体现了其不断的革新精神。将最先进的技术与时尚的设计完美结合，这也意味着格林将继续沿着成功的道路前进。
此次展会格林展出的是PT600模块式数控珩磨机，它主轴为伺服电机驱动，最大转速可达2000转/min. 最大扭矩为140N/m。行程驱动为滚珠丝杠，行程为780mm.PT600已经被非常广泛的使用在生产加工中了，有更低的能源消耗设计，设备更为节能。由于机床专用于直列缸体的加工，因此占地面积更小。PT600紧凑式设计，机床主机携带电器柜，更便于机床的运输。可选的自动换刀装置最多可适用于6把刀具。
三、珩磨机的分类
珩磨机床的分类方法有很多种，如单轴，多轴的不同；如数控的，机械的差别；根据珩磨主轴的安装方式可分为二种：
1 立式珩磨机床
这种机型是普遍多见的大众机型，其珩磨主轴是垂直于工作台面。可以作成单头，双头及多头，珩磨工位可以作成2个、4个及多个；主轴的排列可以为圆形或直线式。立式珩磨机床可以增加在线测量和全闭环控制，保证加工零件的尺寸一致性；立式珩磨机床结构有利于冷却液快速带走珩磨后的切削微粒，完全避免了工件本身(或主轴)的重量因素在珩磨中的不良影响。立式珩磨机床受到厂房空间的限制及本身占地面积较小的原因，不大可能加工超长工件，如油缸。
2、 卧式珩磨机床
其主轴是平行于工作台面。一般设计为单头，在生产线上也可设计成直线式排列。单头卧式珩磨机床结构简单，又可分小型卧式珩磨机床和大型卧式珩磨机床。 小型卧式珩磨机床的最大特点是机床制造成本较低，机床的可靠性很高。其加工特点是工件处于相对浮动状态，工件的自重无法完全消除。所以，小型卧式珩磨机床一般不能加工超过15Kg的工件。 比如此次展出的浙江台州新潮珩磨XCHM-4000强力型高精密珩磨机，具有高性能、高精度、高效率的特征。双头同步，同时加工两样同种工件一次完成。双变频无级变速、同步刹车，主轴转速为250-3000转/min，无级变速，冲程速度为80-250次/min，可加工孔径为3-100的缸体工件。如图
大型卧式珩磨机床是专门为加工各种油缸而设计的；其加工特点是珩磨主轴处于相对浮动状态，珩磨主轴自重对精度仍然有一定的影响。
四、珩磨机的发展未来
珩磨加工这门工艺目前发展很快，今后的发展趋势是：向高精度、高效率、高表面质量和高寿命的方向发展。相应的珩磨机床及其珩磨工艺参数也将随之向前发展。
小型卧式珩磨机床向复杂化、数控化方向发展。卧式珩磨机床目前很少做到闭环控制，无法严格保证大批量生产的超高加工精度。未来的小型卧式珩磨机床通过NC控制，主动测量，应当能提高加工零件的尺寸一致性。目前，大型卧式珩磨机床的发展很迅速，已经作到NC控制，远程测量反馈，半闭环控制。立式珩磨机床将在目前完全闭环控制的基础上发展超高速主轴系统，进给频率更快，进给小的进给系统，能够自我修整珩磨油石的珩磨系统或者珩磨中心，各种人为因素的影响。目前，珩磨机床能实现平面、外圆、内圆的珩磨加工；通过珩磨工具的改进，能够实现椭圆内孔和曲面的珩磨。在珩磨外圆领域，将取得突破性发展，能够在大多数外圆加工中取代外圆磨。
珩磨机床作为复杂的生产工具，最根本的是加工工艺与主机结构布局设计，而各种新工艺，新材料，新元件，新刀具，新控制系统等也将运用在珩磨机床上，未来的珩磨机床的加工精度会更高，加工效率更快，加工范围更广泛。我相信在不久的将来机械加工将会更加的智能化自动化。全自动地从机械设备送进，到成品产出，粗精加工、淬硬处理、超精加工，自动检测、自动校正，将无所不能。机械设备也将重视环保、节能，呈现出绿色制造业的标志。有21世纪时代特征的IT功能是绝对不可少的，机械设备将通过网络与外界交换信息，获得最新的技术成果，人类的智慧将在高科技产品上得到充分的展现。
总之，珩磨加工发展的前途是光明的。虽然目前还处于发展阶段，在理论上和实践中还不如其他切削加工完美，但是可以肯定，只要不断努力，我国一定会在珩磨加工这门切削工艺中，有所发现、有所发明、有所创造，会创出更大的成绩，走向世界，走向未来。
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