車磨復(fù)合加工技術(shù)的出現(xiàn)為大幅度提高高精度軸類零件的加工效率和加工精度提供了一種新的解決方案。文章以瑞士STUDER公司的車磨復(fù)合加工機(jī)床為例，介紹了車磨復(fù)合機(jī)床的功能和綠色生態(tài)特點(diǎn)，分析了車磨復(fù)合加工相關(guān)的硬態(tài)車削技術(shù)和車磨復(fù)合工藝技術(shù)，并給出了車磨復(fù)合加工在航空產(chǎn)品中的應(yīng)用實(shí)例。實(shí)例表明，車磨復(fù)合加工技術(shù)在航空液壓產(chǎn)品的加工中具有一定的應(yīng)用前景。
1、復(fù)合加工技術(shù)
加工效率和加工精度是金屬加工領(lǐng)域追求的永恒目標(biāo)。在傳統(tǒng)的機(jī)械加工流程中，由于在制品在不同設(shè)備之間流轉(zhuǎn)，不可避免的產(chǎn)生加工等待、運(yùn)輸和定位裝夾，等行為，這些因素既影響加工精度，又增加了生產(chǎn)輔助時(shí)間。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)，機(jī)床技術(shù)和工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的加工理念已經(jīng)不能滿足人們對(duì)機(jī)械加工效率和精度的需要，在這樣的背景下，復(fù)合加工技術(shù)孕育而生。一般來(lái)講，復(fù)合加工技術(shù)就是在一臺(tái)加工設(shè)備上完成不同加工工序或者不同工藝方法的加工技術(shù)的總稱。目前，復(fù)合加工技術(shù)主要表現(xiàn)為兩種不同的形式[1]：一種是以能量或運(yùn)動(dòng)方式為基礎(chǔ)的不同加工方法的復(fù)合；另一種是以工序集中原則為基礎(chǔ)的、以機(jī)械加工工藝為主的復(fù)合。車磨復(fù)合加工技術(shù)是近年來(lái)產(chǎn)生的一種新的復(fù)合加工方式。
對(duì)于車削和磨削機(jī)床，適合加工的零件是回轉(zhuǎn)類零件。磨削的特點(diǎn)是：磨削前毛坯一般都進(jìn)行了淬火處理，毛坯的硬度高，所留余量較少，砂輪每次吃刀量少，相對(duì)車削加工效率較低。車削屬于粗加工或半精加工工種，選擇合適的刀具和切削參數(shù)后加工效率高。車磨復(fù)合加工設(shè)備集成了車削和磨削的特點(diǎn)，能夠大幅度提高軸類零件，特別是高精度軸類零件的加工效率。
2、車磨復(fù)合機(jī)床及關(guān)鍵技術(shù)
目前，車磨復(fù)合加工技術(shù)作為一種先進(jìn)的制造技術(shù)，由于它的高精度性和只能加工回轉(zhuǎn)類零件的局限性，在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較少。本文通過(guò)介紹一臺(tái)車磨復(fù)合加工中心，對(duì)車磨復(fù)合技術(shù)的特點(diǎn)以及設(shè)備功能進(jìn)行一定的研究和探索。
車磨復(fù)合，就是在同一臺(tái)設(shè)備上既能進(jìn)行車削加工，又能進(jìn)行磨削加工的一種復(fù)合方式。從復(fù)合加工的特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，就是一次裝夾完成零件的車削和磨削工序，減少了的零件的裝卸次數(shù)，避免重復(fù)定位誤差，能夠更好地保證零件精度。但，車磨復(fù)合加工設(shè)備又具備許多特點(diǎn)。
為了大幅度提高軸類高精度零件的加工效率，瑞士STUDER公司推出車削和磨削復(fù)合的機(jī)床——S242車磨復(fù)合加工中心。該設(shè)備可配置左、右、正斜砂輪架和轉(zhuǎn)塔刀架，3種橫向砂輪架和車刀架可有15種配置方案。設(shè)備具有一次裝夾完成磨外圓、內(nèi)孔，車削外圓、內(nèi)孔的強(qiáng)大功能。其中之一配置參數(shù)如圖1和表1所示。
通過(guò)對(duì)S242的研究，對(duì)車磨復(fù)合加工的特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討。
2.1、綠色生態(tài)機(jī)床
機(jī)床在使用過(guò)程中不僅消耗能源，還會(huì)產(chǎn)生各種廢棄物，對(duì)工作環(huán)境和自然環(huán)境造成直接或間接的污染。從整個(gè)機(jī)床生命周期內(nèi)審視，如何減少對(duì)環(huán)境沖擊的綠色生態(tài)機(jī)床就成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
綠色生態(tài)機(jī)床愿景應(yīng)該具有以下特點(diǎn)[2]：（1）機(jī)床主要零部件由再生材料制造。（2）機(jī)床的重量和體積減少50％以上。（3）通過(guò)減輕移動(dòng)部件質(zhì)量、降低空運(yùn)轉(zhuǎn)功率等措施使功率消耗減少30％～40％。（4）使用過(guò)程的各種廢棄物減少50％～60％，保證基本沒(méi)有污染的工作環(huán)境。（5）報(bào)廢后機(jī)床的材料100％可回收。
S242車磨復(fù)合加工中心具有綠色生態(tài)機(jī)床的主要特征如下：
1)床身采用GranitanS103人造花崗石。該種材料是樹脂混凝土，與傳統(tǒng)的鑄鐵結(jié)構(gòu)相比，具有阻尼系數(shù)大、抗震性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。
2)可以進(jìn)行硬車加工，硬車時(shí)采用干切削，不使用冷卻液，消除了切削液對(duì)環(huán)境的污染。
3)采用斜床身，排屑路徑通暢，切屑不與床身直接接觸，保持機(jī)床的熱穩(wěn)定性。
機(jī)床綠色化是未來(lái)機(jī)床發(fā)展的一大特點(diǎn)。車磨復(fù)合加工中心融入綠色元素后，機(jī)床的剛性更強(qiáng)，加工效率和機(jī)床精度也有了大幅提高。
2.2、硬車加工技術(shù)
車磨復(fù)合加工機(jī)床可以硬車加工。過(guò)去高硬度零件的精加工一直是采用磨削完成,由于超硬材料刀具的出現(xiàn)及數(shù)控機(jī)床等加工設(shè)備精度的提高,以硬態(tài)切削代替磨削完成零件的最終加工已成為一種新的精加工途徑[3]。
硬態(tài)車削是指把淬硬鋼的車削作為最終精加工工序的工藝方法。硬態(tài)車削與常規(guī)切削相比的顯著特點(diǎn)就是徑向切削力要大于主切削力。硬態(tài)車削還有切削溫度高、刀具使用壽命短的特點(diǎn)，這就要求硬態(tài)車削的刀具耐熱性和耐磨性應(yīng)更好，機(jī)床系統(tǒng)要有高剛度、大功率以及較好的熱穩(wěn)定性。
S242車磨復(fù)合加工中心具有斜床身的導(dǎo)軌、足夠的機(jī)床剛性和高精度，這些特征保證了該機(jī)床可以硬態(tài)車削。試驗(yàn)表明，選擇合適的刀具和切削參數(shù)，在S242上進(jìn)行外圓，外槽的淬硬車削加工，不僅能夠很好的保證零件的尺寸精度和表面粗糙度要求，而且可以大幅度提高切削效率。對(duì)于高精度軸類零件的加工，完全可以采用“以車代磨”的加工思路。
由表2可看出，“以車代磨”不僅能夠大幅提高產(chǎn)品加工效率，而且加工成本低。車磨復(fù)合機(jī)床進(jìn)行硬車加工具有很高的柔性，通過(guò)程序直接實(shí)現(xiàn)走圓弧、走斜線等運(yùn)動(dòng)軌跡，解決磨削對(duì)此類特征加工困難的問(wèn)題。
2.3、車磨復(fù)合的工藝技術(shù)
車磨復(fù)合加工技術(shù)對(duì)零件加工工藝也產(chǎn)生了很大的影響。傳統(tǒng)的高精度軸類零件加工流程一般包括：毛坯-粗車-精車-熱處理-粗磨-精磨工序。這種工藝流程的思路是，用粗車去毛坯的大部分余量，熱處理前精車完成零件的基本外形加工并給磨削留一定的余量，熱處理后零件的硬度一般達(dá)到57HRC以上，分粗、精磨保證零件的精度要求。對(duì)于細(xì)長(zhǎng)軸或熱處理易變形的軸類零件，這種典型的工藝流程具有一定的缺陷，主要會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題：
（1）熱處理后零件易變形，尤其是在軸線方向也會(huì)發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短，磨削已無(wú)法消除零件的變形。
（2）精車后留多少余量合適難控制。精車后余量的多少對(duì)磨削工序會(huì)產(chǎn)生很大影響，如果精車留余量較少，熱處理后零件變形，無(wú)法磨出零件要求的精度尺寸；如果余量較大，磨削時(shí)間變長(zhǎng)，成本高，磨削困難。
（4）工藝流程長(zhǎng)，加工周期相應(yīng)變長(zhǎng)。加工需要的設(shè)備較多，不可避免的產(chǎn)生等待浪費(fèi)，搬運(yùn)浪費(fèi)等情況，增加產(chǎn)品的交付周期。
采用車磨復(fù)合加工工序后，零件的加工流程如下：毛坯-粗車-熱處理-車磨復(fù)合。粗車去大部分余量后熱處理，然后進(jìn)行車磨復(fù)合工序，對(duì)于易變形的加工特征，粗車留余量完全可滿足要求。
車磨復(fù)合工序主要完成的內(nèi)容和產(chǎn)生的效果有：
（1）一次裝夾，完成車削和精磨的工序，消除重復(fù)裝卸帶來(lái)的定位誤差；
（2）可以“以車代磨”，消除傳統(tǒng)加工流程中精車留多少余量合適的問(wèn)題，并且能夠很好保證加工精度，提高加工效率；
（3）硬車時(shí)可采用干切，消除了對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)可降低處理切屑成本。
總之，采用以車代磨和車磨復(fù)合加工工藝方法，不僅能夠大幅度提高產(chǎn)品的加工效率，而且能夠更好的保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量。車磨復(fù)合工藝技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)工藝方法的一次重大突破和變革。
3、車磨復(fù)合加工技術(shù)在航空業(yè)的應(yīng)用
近年來(lái)，隨著航空工業(yè)迅速發(fā)展，航空產(chǎn)品多品種、小批量等特點(diǎn)越來(lái)越明顯，產(chǎn)品的加工工藝過(guò)程更加復(fù)雜，且難加工材料應(yīng)用越來(lái)越廣，在制造過(guò)程中普遍存在制造周期長(zhǎng)、材料切除量大、加工效率低以及加工變形嚴(yán)重等瓶頸。為了提高航空產(chǎn)品的加工效率和加工精度，工藝人員一直在尋求更為高效精密的加工工藝方法。車磨復(fù)合加工技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)航空軸類零件的高效精密加工無(wú)疑是一個(gè)新的思路和解決方法。
在航空液壓舵機(jī)等系統(tǒng)中，閥芯、閥套類零件主要包括的特征有：濾油的內(nèi)外膠圈槽、內(nèi)外儲(chǔ)油槽、需要精密配合的外圓和內(nèi)孔。這些特征都有很高的尺寸、配合精度和表面質(zhì)量，加工過(guò)程中易變形，加工難度大。車磨復(fù)合加工技術(shù)的出現(xiàn)，為此類問(wèn)題提供了一個(gè)解決方案。
為航空某重點(diǎn)型號(hào)舵機(jī)液壓閥芯，該零件的基本信息、切削參數(shù)、刀具參數(shù)及加工精度如表3所示。
實(shí)例表明，S242車磨復(fù)合加工中心通過(guò)“以車代磨”和車磨復(fù)合工藝技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠很好的保證加工精度，而且可大幅度提高加工效率。車磨復(fù)合加工技術(shù)在航空液壓產(chǎn)品加工領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用前景。
4、結(jié)束語(yǔ)
車磨復(fù)合加工機(jī)床的出現(xiàn)對(duì)提高高精度軸類零件的加工效率和加工精度有很大促進(jìn)作用。但是，國(guó)內(nèi)外在此方面的應(yīng)用還很少。本文通過(guò)介紹S242車磨復(fù)合加工中心的功能和特點(diǎn)，分析了車磨復(fù)合加工的硬車技術(shù)和工藝技術(shù)，并給出了一個(gè)在航空產(chǎn)品方面的車磨復(fù)合加工應(yīng)用實(shí)例。以此對(duì)車磨復(fù)合技術(shù)在航空產(chǎn)品加工領(lǐng)域進(jìn)行初步的探索和研究。
