以車代磨工藝在實踐中的應用分析

陳 素

（廣州數控設備有限公司，廣東廣州510530）

0 引言

所謂“以車代磨”，就是在工件加工過程中，以精車加工代替磨削加工，保證工件尺寸精度、形位精度及表面粗糙度的方法。電機軸加工的傳統工藝，在粗加工后還必須要磨削來達到規定的要求。磨削的量比較小，需要多次磨削，費工費時，降低了電機軸加工的效率，增加了成本。另外，磨削的部位多，需要配置多臺磨床，占地面積大，設備維護費用高，耗能巨大；需要人員多，工資成本壓力大。以車代磨設備的出現，使得電機行業在工藝上有了新的轉機，尤其是近兩年來，以車代磨作為一種具有較好經濟性的代替磨削的方法正在普及，國內外軸類加工大都已采用以車代磨技術，收到了良好的加工效果及經濟效益。

1 以車代磨電機軸新工藝的優勢

以車代磨加工方法與傳統的加工方法相比，具有以下優點：

（1）車床可以實現較高的轉速，刀具安裝多，換刀快，一次裝夾可以完成多種表面的加工，車削的金屬去除率是磨削的3～4倍，而且節省了砂輪修正時間，效率可比磨削加工快3倍，而所消耗能量僅為磨削加工的1/5。因此，車削比磨削具有更高的加工效率。

（2）一次裝夾使精度和生產安全性明顯提高，可獲得較高的表面質量和尺寸精度，避免磨削加工帶來的表面燒傷及裂紋。

（3）車削加工是潔凈加工，不需要添加切削液，避免了“驟冷”帶給刀具壽命及表面質量的不利影響，環保效果好，還能減少冷卻液處理的費用。

（4）設備數量減少，配合機械手更容易實現自動化加工，車削加工對人員的技術要求比磨削要求低，工人的來源相對容易找，資金投入少，維護費用低，工人技術要求低。確保生產率的同時，車床的投資只有磨床的1/10～1/3，并且輔助系統費用也較低。

2 以車代磨工藝研究

以車代磨，是在數控車床上，利用高硬度、高強度、高耐磨性的刀具材料，高速度加工切削工件的一種工藝方法。本文電機軸（圖1）以車代磨工序分為四序：第一序，以兩頂定位、端面壓緊的裝夾方式精車外圓；第二序，精車后軸承位的左端面，精車2°錐體，精車外圓端；第三序，精車后軸承位的右端面；第四序，精車外圓。

2.1 機床

本文研究的以車代磨加工工藝，采用ELITE 42 ULTRA精密數控車床以及FANUC 0i-TD控制系統，ELITE ULTRA機床X軸和Z軸上各采用兩根#28重載型滾珠線性導軌，比傳統型導軌剛性增強了30%，接觸面也更大，意味著運動系統有著更高的剛性、更高的承載能力、很低的靜態和動態摩擦力，使軌跡運動及精確圓弧插補都能夠有效地完成，不但質量穩定，加工的精確度也高。動力刀具采用單獨的FANUC電機驅動，轉速為6 000 r/min，輸出功率為3.7 kW（5 HP），扭矩為25 N·m，可使用ER25夾頭。

2.2 刀具

外圓切削刀具（車外圓）選用TCMX16T304-WF1515和TCMT16T304-WF1515，車刀柄：STGCR/L 2020K16；外圓切削刀具（車端面）選用DNMG 110404-DM，車刀柄：MDJNR/L 2020K11。能夠輕松地進行加工，山特維克刀片能夠滿足數控車床的精確性要求。

3 新舊工藝的比較

在磨削加工過程中，磨削加工切削的深度及搖擺的速度都會影響加工效率。另外，主軸剛性和機床剛性以及砂輪靜平衡精度影響切削的速度，致使加工質量很難保證。本文研究的電機軸以車代磨加工工藝，采用的數控車床和刀片剛度及強度都非常高，既提升了生產效率，又有效提升了產品加工質量。

傳統電機軸加工的第四～七工序，運用以車代磨新工藝，只要兩臺設備就能完成。關鍵的零部件在布局和形式上減少了中間的過渡環節，既減少了設備，又節省了廠房空間。機床能夠實現非常高的轉速，一次裝夾能夠有效完成多種表面的加工。

4 電機軸加工對以車代磨的工藝要求

（1）電機軸的中心孔加工尺寸要一致，軸的長短要控制在0.5 mm以內。

（2）電機軸在以車代磨加工前需要粗加工，保證圖1所示各長度尺寸、外圓允許公差、粗糙度達到相關要求。

（3）夾具要求帶中心孔定位的浮動卡盤。

（4）第一序夾爪要求剛性爪，第二序要求柔性爪。

（5）尾座的頂緊壓力根據工件的直徑變化進行調節。

5 現場加工試驗

5.1 試驗條件

機床：ELITE42ULTRA精密數控車床；刀具：TCMX16T304-WF1515、TCMT16T304-WF1515、DNMG 110404-DM。

5.2 試驗結果

（1）在試驗的過程中，通過不同的主軸轉速進行測試，發現主軸轉速過高或過低都會影響電機軸的表面精度，同時會降低尺寸穩定性。試驗表明：精車外圓φ22的主軸轉速3 200～3 500 r/min、其余主軸轉速2 300～2 500 r/min時電機軸產品的精度最高，表面粗糙可達0.56 μm，相當于以前磨車加工精度。

（2）根據零件的表面粗糙度、加工精度要求，考慮刀具及工件材料等因素，在試驗過程中，兼顧切削效率、經濟性和加工成本，外圓φ22最合適的進給量為0.1～0.18 mm/r，其余為0.16 mm/r。精車效率是磨車加工的3～4倍。

加工電機軸的精度檢驗結果如表1所示。

表1 加工電機軸的精度檢驗結果

6 結語

縱觀全球，以車代磨工藝優良的加工效率和質量保證已經在國內外得到了印證，在機械加工行業將得到更加廣泛的應用。以車代磨工藝實際加工過程中位面要保持干凈，保證每個工件定位基準一致；熱機后再進行車削，以保持加工尺寸穩定；要檢查機床的剛性能否滿足車削時切削力增大而引起的尺寸、形狀精度變化。在實際加工中，一定要考慮到刀具磨損的三個階段（初期磨損、正常磨損、急劇磨損）。以車代磨完全能夠滿足工藝的要求，避免了熱處理后磨削的缺陷，也顯著提高了生產效率。