重大型機床滑枕加工工藝及技術(shù)攻關(guān)

尚 紅

(沈陽機床中捷機床有限公司，遼寧沈陽 110141)

數(shù)控落地銑鏜床滑枕是萬能重大型數(shù)控機床的主要件之一。此類零件為長方體，內(nèi)腔有多處深孔，是替代機床主軸箱、尾部箱，從結(jié)構(gòu)上起定位支撐主軸及延長主軸(即W軸)伸出作用的關(guān)鍵件。由于滑枕與拖板的相對運動為Z軸，因此零件制造精度要求相當(dāng)高。

1 滑枕加工工藝

數(shù)控落地銑鏜床靜壓導(dǎo)軌滑枕見圖1，其鏜軸直徑φ200 mm;銑軸直徑φ320 mm;方滑枕尺寸520 mm×580 mm×3 895 mm;滑枕Z軸行程1 250 mm;鏜軸W軸行程1 200 mm。滑枕體四面為靜壓導(dǎo)軌面，腔內(nèi)軸向共3個孔，深孔φ360H7，距滑枕端面1 727 mm深，各孔同軸度要求φ0.01 mm。通過工藝攻關(guān)，該滑枕的加工精度及制造方法已達(dá)到國內(nèi)先進水平。

其加工工藝流程:毛坯(球墨鑄鐵QT500－7)—劃線—粗銑(龍門銑床)—粗鏜(鏜床)—時效(人工時效)—噴底漆—精銑(龍門五面)—搖鉆—鉗裝—半精磨(導(dǎo)軌磨床)—半精鏜(數(shù)控銑鏜床)—精磨(導(dǎo)軌磨)－精鏜(上鏜具)—銑(龍門五面)—鉗(清理)。

2 滑枕加工工藝分析

2.1 粗加工(毛坯－劃線－粗銑－粗鏜)

滑枕材料用球墨鑄鐵QT500－7是接近灰鑄鐵成分的鐵水，經(jīng)鎂或鎂的合金或其他球化劑球化處理后獲得的具有球狀石墨的鑄鐵。由于這種鑄鐵中的石墨呈球狀，所以大大減輕了石墨對金屬基體的分割性和尖口作用。球墨鑄鐵具有灰鑄鐵的優(yōu)良特性，又兼有鋼的高強度性能，擁有比鋼更好的耐磨性、抗氧化性、減振性及小的缺口敏感性［1］，可以進行多種熱處理以提高強度。滑枕材料采用的球墨鑄鐵，其基體組織的鐵素體及珠光體含量均占50%左右，球化率不大于4級。

劃線序照顧主軸套孔與滑枕四面導(dǎo)軌面對稱度，保證各面有足夠的加工余量。為使主要的加工面及孔粗加工后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力得到充分釋放，滑枕四面導(dǎo)軌面、主軸套深孔及端面均要進行粗加工，各面留量3 mm，孔徑留量8～10 mm。

2.2 半精加工(時效—精銑—鉗裝—半精磨—半精鏜)

滑枕在粗加工后內(nèi)部易殘存應(yīng)力，因壁厚不均勻，在鑄造加熱冷卻及相變過程中，會產(chǎn)生熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，所有這些內(nèi)應(yīng)力都必須消除。去應(yīng)力退火通常的加熱溫度為500～550℃保溫時間為2～8 h，然后爐冷(灰口鐵)或空冷(球鐵)，可消除鑄造、冷加工內(nèi)應(yīng)力的90%以上，鑄鐵組織不發(fā)生變化。

精銑序設(shè)備使用數(shù)控龍門鏜銑床，目的為糾正時效處理產(chǎn)生的工件變形及使后序加工余量均勻。此序?qū)⒋_定滑枕精加工導(dǎo)軌面及主軸套孔的基準(zhǔn)，工件除導(dǎo)軌面外各部位槽、孔、鑲蓋板等工步均在此序完成，加工后各導(dǎo)軌面平面度、垂直度誤差不大于0.05 mm，表面粗糙度至Ra3.2 μm以下。鉗裝序鑲裝滑枕兩側(cè)面蓋板，滑枕四面采用靜壓導(dǎo)軌形式時，需增加半精磨，此序?qū)⒒韨?cè)面蓋板與導(dǎo)軌面磨成共面，各導(dǎo)軌面平面度、垂直度誤差不大于0.03 mm，表面粗糙度至Ra1.6 μm以下。半精鏜序以導(dǎo)軌面為基準(zhǔn)，先鏜4處平衡油缸深孔，減少深孔加工對滑枕主軸套孔精度的影響，同時對主軸套孔進行半精鏜去除余量，為精鏜序做準(zhǔn)備。

2.3 精加工(精磨—精鏜—銑—鉗)

滑枕四面導(dǎo)軌面表面粗糙度要求Ra0.8 μm，半精磨后導(dǎo)軌各面留量0.2 mm，通過調(diào)整可調(diào)墊鐵找正滑枕磨削面(見圖2)，磨削X面保持平面度0.01 mm;再通過調(diào)整可調(diào)墊鐵找正X面，磨削Y面保證X、Y面垂直度0.01 mm。用自磨墊鐵(見圖3)，導(dǎo)軌磨自磨墊鐵后，分別以X、Y面為裝置面、磨削相對面，導(dǎo)軌面保證相對面平行度為0.01 mm。

精鏜序先精銑孔端面，再精鏜深腔孔?；砩钋豢椎木M是滑枕加工重點也是難點。經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)與生產(chǎn)實踐，我們總結(jié)了3種主要的加工方法:懸臂鏜削法、吊墻導(dǎo)向法和固定式雙支撐法?；砗笮蚣庸ぃ琮堥T五面序?qū)⒒砼c主軸套孔精度相關(guān)的滑塊座孔進行精加工，是保證裝配主軸時與主軸中心重合。一般建議滑枕精鏜后工件盡可能少吊轉(zhuǎn)搬運，以減少精密孔的變形及磕碰、劃傷。

3 滑枕深孔加工的技術(shù)攻關(guān)

3.1 懸臂鏜削法

滑枕深腔孔孔深不大于1 000 mm可采用主軸單臂懸伸的加工方法即懸臂鏜削法，用數(shù)控銑鏜床借用機床主軸端部長度、主軸伸出、鏜刀桿長度疊加進行懸臂精鏜孔(見圖4)。懸臂鏜削法刀具調(diào)整方便、在加工過程中便于觀察和測量，滑枕兩端孔及深腔孔同軸度主要靠機床工作臺的回轉(zhuǎn)精度和刀桿的剛性來保證。此加工方法精度低，現(xiàn)主要用于龍門機床滑枕孔的精鏜。工作臺回轉(zhuǎn)調(diào)頭鏜工件找正導(dǎo)軌面精度不大于0.01 mm/1 500 mm，鏜桿撓度需要機床Y軸進行經(jīng)驗值補償。

此方法由于懸臂較長，懸伸最遠(yuǎn)處端點會產(chǎn)生撓度，撓度值可通過對靜態(tài)和動態(tài)載荷的計算得出。由于整個懸長的變形量是由均布載荷和集中力P共同引起的，所以分別考慮其作用，再用疊加原則，可求出最終的撓度(見圖5)。

理論值主軸伸出250 mm，鏜刀編程長度500 mm，需機床補償值為0.025 mm，實際經(jīng)驗值撓度補償0.03 mm。當(dāng)主軸伸出500 mm，鏜刀編程長度450 mm，撓度補償0.06 mm。在實際生產(chǎn)中依據(jù)理論值，采用數(shù)控銑鏜床Y軸補償方式懸臂鏜滑枕端面孔及深孔，通過Z軸進給，主軸(W軸)旋轉(zhuǎn)，保證各腔孔同軸度。

3.2 吊墻導(dǎo)向法

滑枕深孔孔深大于1 000 mm時通常采用吊墻導(dǎo)向法，這種方法利用滑枕上帶有的方窗(窗口朝上)，在深孔窗口處安裝專用工裝——吊墻，在滑枕端孔安裝鏜套，形成雙導(dǎo)向的加工方法(見圖6)。此加工方法工件加工同軸度好，主要用于數(shù)控落地銑鏜床滑枕深孔的精鏜。

在安裝吊墻精鏜前，深腔孔要進行半精鏜徑向留量2 mm，以保證在精加工時孔內(nèi)溫度與室溫相同，前端面孔精鏜及深腔孔半精鏜后，前端面孔架鏜套，從窗口處上吊墻、穿鏜刀桿。

吊墻的調(diào)整方法:吊墻安裝見圖7，以滑枕體上面為裝置面，側(cè)立面為導(dǎo)向面。調(diào)整方法:(1)左右方向調(diào)整:緊固吊墻上緊定螺釘4，使吊墻側(cè)面與滑枕側(cè)基面緊密接觸，確保左右方向與前端孔同軸，不同軸時用調(diào)整墊在側(cè)基面處調(diào)整;(2)上下方向調(diào)整:主軸上檢棒輪表找正，當(dāng)?shù)鯄χ行目孜恢门c前端孔不同軸時，加調(diào)整墊(調(diào)整量需考慮沉表誤差)至與前端孔同軸止，用內(nèi)角螺釘8緊固。

精鏜時因鏜刀桿較長且兩端架套剛性差，鏜孔時主軸轉(zhuǎn)速不易高，一般為轉(zhuǎn)速S=15～30 r/min，進給速度F=2 mm/min左右，切深徑向1 mm，孔同軸度φ0.02～0.03 mm。

3.3 固定式雙支撐法

滑枕深孔大于1 500 mm時，因吊墻臂薄剛性差，易產(chǎn)生振動，為提高精鏜剛性采用固定式雙支撐加工方法(見圖8)。利用滑枕上帶有的方窗(窗口朝下)，滑枕裝夾通過鏜具安裝在機床上，鏜具上的前、后支撐座，形成雙導(dǎo)向。這種加工方法工件加工同軸度很好，加工質(zhì)量穩(wěn)定性好，較吊墻導(dǎo)向法加工效率高，主要用于數(shù)控落地銑鏜床更深孔的精鏜加工。

先將鏜具安裝在機床工作臺上，找正鏜具滑枕裝置面與鏜桿平行度0.01 mm，再安裝滑枕。穿鏜刀桿，精鏜時孔內(nèi)溫度要與室溫相同。用微調(diào)鏜頭切削參數(shù):轉(zhuǎn)速S=15～30 r/min，進給速度F=6 mm/min，切深徑向2 mm，效率是吊墻導(dǎo)向法的3倍以上，孔同軸度達(dá)到φ0.01 mm。

3.4 滑枕的測量

滑枕四面導(dǎo)軌面測量:滑枕導(dǎo)軌面在零級大理石平臺上檢測，用等高墊鐵放置在滑枕兩端導(dǎo)軌面長度的2/9處;用大理石平尺、電子水平儀測量導(dǎo)軌面直線度、平面度;用專用檢具、杠桿表測量導(dǎo)軌面的平行度;在確認(rèn)各項精度滿足導(dǎo)軌面精度要求后進行精鏜加工。

滑枕深腔孔的測量:滑枕深腔孔精鏜過程中，因鏜桿兩端架套無法用內(nèi)徑千分表直接測量孔直徑?，F(xiàn)需要依靠操作者的加工技能采用卡鉗測量，用這種方法所測出的數(shù)值測量擴展不確定度［2］U=kuc=2×2.16=4.32 μm，經(jīng)過多次摸卡鉗精鏜孔達(dá)到公差范圍內(nèi)。精鏜孔后，先將鏜桿卸下來，用內(nèi)徑千分表測量孔徑，如果孔徑滿足圖紙要求再拆卸滑枕;如果孔徑不滿足，需再穿鏜桿架上后繼續(xù)加工直到合格。

4 結(jié)語

滑枕加工是龍門數(shù)控、落地銑鏜床機械加工的重點及難點，我們對其加工方法從自主創(chuàng)新、工藝攻關(guān)、小批試制、批量生產(chǎn)過程中逐漸總結(jié)成熟經(jīng)驗。通過不斷的學(xué)習(xí)和實踐，以上是對滑枕加工技術(shù)的一些粗淺的經(jīng)驗和總結(jié)。在今后的工作中滑枕加工仍需解決:

(1)滑枕深腔孔測量采用更精確的激光、電子等手段測量，使測量結(jié)果更可靠。

(2)提高重大型龍門數(shù)控鏜銑床滑枕兩端孔與內(nèi)腔孔的同軸度精度。

［1］孟少農(nóng).機械加工工藝手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1987:2－78.

［2］國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計量司.測量不確定度評定與表示指南［M］.北京:中國計量出版社，2005.