数控强力成形磨床加工技术

　　强力成形磨削也称为缓进给成形磨削，是一种先进的磨削工艺。这种先进工艺自上世纪60年代以来的半个多世纪中，风靡全球，长盛不衰，并且技术不断进步。这项先进技术大大拓宽了平面磨床的加工领域，成功地使平面磨削的加工范畴跳出“平面”，而成为表面磨削，也就是英文“surface”的概念，可以磨削形状轮廓各异的工件。从平面到表面，这实在是一个具有重要意义的工艺革命，是一大技术创新。随着数控技术的进步，缓进给强力成形磨削技术也得到进一步的发展，并不断扩大和拓展应用领域，把这种先进工艺推广到包括航天、航空、汽车、精密机械加工等工业部门，成为加工诸多新型难加工材料的重要手段。对缓进给强力成形磨削而言，某一个工件的成功磨削就能拓展一个领域，就能为这个领域的用户承担交钥匙工程，在提供先进装备的同时还提供了先进的加工工艺，为用户创造可观的经济效益。

　　在飞机制造工业中发挥作用

　　在现代飞机制造工业中，有许多形状复杂、采用各种难加工材料制成的工件，用其它机械加工方法很难进行精密加工。几年来，杭机已为中国的国防工业、尤其是飞机制造工业提供了高技术含量的MKL7140数控双磨头强力成形磨床、MKL7150七轴五联动数控强力成形磨床、MKH450成形磨削加工中心、MKL7120数控强力成形磨床等机床，用来加工飞机发动机叶片枞树根榫齿、导向叶片圆弧叶冠、航空发动机蜂窝段圆弧面以及锁片槽等，多次得到国家国防工业部门的表彰。

　　如飞机发动机叶片加工精度、形状轮廓精度和对称度等要求很高，叶片的互换性要求很严。叶片的材料一般为镍基耐高温合金，属于难加工材料，用常规磨削或其它金切加工手段很难进行加工。叶片的安装根部，一般为对称的枞树根形状，两个的对称度要求很高，要求能一次加工成形。采用单磨头机床就要两次装夹两次加工才能完成磨削枞树根叶片的安装根部，这样精度很难保证。杭机开发的MKL7140数控双磨头强力成形磨床已成功用于叶片加工十年。整个修整与磨削过程均由程序控制自动进行，包括冷却液和滚轮的开停，操作者只需拆装工件即可。针对不同型号的叶片磨削，只需更换金刚滚轮即可。批量生产中，只需对第一个叶片进行对刀调试。按照叶片榫齿磨削单边余量2.5mm，齿部长度50mm来算。此类叶片的磨削效率为6分钟/件。此外，这种双磨头强力成形磨床在汽轮机行业也得到广泛应用。

　　为了提高涡轮发动机的工作效率，降低能源消耗及减少对环境的污染，近年来各国在设计制造涡轮发动机时，其各级涡轮叶片密封环组件大多采用蜂窝结构。根据每级涡轮叶片工作环境的不同，有的采用整体结构，而大多采用由多个扇形镶块组件拼合成一个密封环。而单个扇形镶块的蜂窝段弧面最后工序往往是由磨削加工完成的。

双磨头成形磨削照片

　　由于蜂窝段工件圆弧面半径往往在800-1,000mm左右，且设计要求工件蜂窝孔的轴线均应指向工作圆弧表面的中心轴线。这就要求磨削的蜂窝表面圆弧半径精度较高。需要机床X、Y轴进行数控联动磨削。涡轮发动机密封环组件的工作温度大约是650-900℃，目前大多选用具有良好抗氧化性和抗腐蚀性的高温合金制作。封环组件所用的高温铝合金其主要成份有Ni和Cr。材料有很大的延展性，机械切削性能较差。磨削后往往会在蜂窝口出现毛刺和毛边，大多要靠人工来去除，这大大影响了工件加工效率和成品率。针对这个工件的特点，采用工作台速度为12,000mm/min、磨削量0.005mm/次的往复式成形磨削。杭机的数控强力成形磨床已成功用于飞机涡轮发动机扇形镶块的蜂窝段弧面的加工。

飞机涡轮发动机扇形镶块的蜂窝段

　　此外，杭机制造的MKL7150×16/2型七轴五联动数控强力成形磨床则用于重型燃机叶片和飞机导向叶片圆弧叶冠的精密成形磨削；MKL7120×6数控强力成形磨则用于飞机叶片锁片槽的加工。叶片锁片槽的结构，在叶片的安装根部，一般为U形，槽底部圆弧与直线的连接要求圆滑过渡，且一次磨削成形。叶片锁片槽的精度要求较高，不仅叶片锁片槽本身的形状、轮廓度要求很高，而且叶片的互换性要求很严。

　　在汽车工业中大显身手

　　汽车转向齿条是汽车的重要零部件，是齿条齿轮转向系统中的关键件。2004年，杭机通过深入研究和试验，把该机床系列中通用性较好的MKL7150×10数控强力成形磨床成功用于汽车转向齿条的成形磨削加工。迄今为止，机床已批量提供给国内近10家汽车零部件制造企业，杭机在为用户提供加工设备的同时，把可靠的先进工艺连同机床一起提供给用户。针对汽车转向齿条磨削宽度在200 mm、切深在5-10 mm，且材料是实体的实际情况，MKL7150×10数控强力成形磨床系列中专用于汽车转向齿条磨削机床的磨头主轴电机功率高达77KW，是该系列机床中较大的一个品种。砂轮的宽度最大可达240 mm，是目前国内宽度最大的。砂轮全宽度磨削切深最大为8 mm。
 
　　汽车转向齿条

　　此外，除了用于上述汽车转向齿条外，还可以用于大模数汽车转向螺母齿的成形磨削。

　　解决液压件行业两大技术难题

　　近年来，杭机开发的数控强力成形磨床解决了转子槽和摆线轮的磨削加工难题。在转子的加工中，核心技术是槽口的磨削。随着技术进步，液压件行业对转子槽精度、表面粗糙度以及加工效率的要求越来越高，加上大规格转子的应用也越来越多。比如国内的船舶制造业所急需的液压马达要求对大型转子进行磨削，转子直径达295 mm，厚度195 mm，全槽需要淬火后磨削加工，表面硬度HRC60±3，槽宽尺寸公差要求在0.01 mm以内，平行度等精度要求均在0.007 mm内，这些要求都是较高的。而常见的转子规格外径一般仅在80 mm以内，长度在60 mm以内。

　　与国内同类转子槽磨床相比，杭机的转子槽磨床在结构上有较大创新。机床配置了刚性较好的能承受大规格转子的专用夹具，定位可靠，设计精巧。还增加了具有技术创新的每槽定位机构，能在磨削前对各条槽进行精定位。同时，还采用了对转子槽磨削至关重要的CBN砂轮进行磨削，CBN砂轮可以修整，修整一次可以磨削80-100只24条槽的转子。每片砂轮可以加工数百只转子，已接近国外先进水平。