近年來，中國(guó)的鋼鐵工業(yè)發(fā)展迅速，不僅成為世界上鋼鐵產(chǎn)量zui大的國(guó)家，而且在鋼材的品種和品質(zhì)方面也有非常大的發(fā)展。在鋼板生產(chǎn)中，鋼鐵企業(yè)需要大量地用來切削各種鋼板的刀片。因此，必須采用一種的專門設(shè)備——數(shù)控剪刃成形磨床來制造和修磨鋼板軋機(jī)的剪刃，對(duì)鋼廠熱軋鋼板和冷軋寬厚板剪機(jī)上的切頭剪、雙邊剪、定尺剪和試樣剪等多種剪刃的刀背曲面和平面進(jìn)行修磨。這些型面形狀復(fù)雜、精度要求高，規(guī)格長(zhǎng)度大，目前要求可承接zui大剪刃長(zhǎng)度為6000mm的平面和圓弧曲面磨削。
配對(duì)剪刃的刀背曲面和平面
國(guó)內(nèi)鋼企長(zhǎng)期依賴進(jìn)口
長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)主要依靠進(jìn)口的刀片磨機(jī)床對(duì)剪刃進(jìn)行磨削加工，zui的是德國(guó)的reform公司和goeckel公司的刀片磨來實(shí)現(xiàn)剪刃的刀背曲面的磨削加工。這兩家公司都是德國(guó)老牌機(jī)床制造企業(yè)，有100多年的歷史，刀片磨都采用磨頭移動(dòng)式結(jié)構(gòu)，工作臺(tái)不進(jìn)行縱向移動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)可確保在很長(zhǎng)和很寬的磨削范圍里達(dá)到較高的磨削精度，同時(shí)由于機(jī)床工作臺(tái)不運(yùn)動(dòng)，占地面積很小，機(jī)床結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單而維護(hù)費(fèi)用較低。這種刀片磨的加工范圍較大，reform公司磨削寬度達(dá)到120-1200mm，磨削長(zhǎng)度1000-20000mm，磨頭電機(jī)功率7.5-300kw，機(jī)床有雙磨頭或附加磨削附件。reform公司中文名為銳鋒機(jī)床公司，近幾年中國(guó)朝陽博文機(jī)床公司（前身為朝陽機(jī)床廠）與銳鋒機(jī)床公司建立了長(zhǎng)期合作關(guān)系，由博文公司代理其曲線長(zhǎng)刀片磨床。
goeckel公司則有立式長(zhǎng)工作臺(tái)平磨，磨頭功率從2kw-350kw，磨削長(zhǎng)度1200-15,000mm，磨削寬度可達(dá)1300mm；臥式長(zhǎng)工作臺(tái)平面磨和曲面磨的磨頭功率從10kw-60kw，磨削長(zhǎng)度900-16,000mm，磨削寬度可達(dá)1000mm。機(jī)床可以采用二個(gè)固定工作臺(tái)，如使用左右二個(gè)工作臺(tái)同時(shí)進(jìn)行磨削和工件裝夾，可以避免由于工件上下料時(shí)的停機(jī)。以上刀片磨廣泛應(yīng)用在木材加工、造紙工業(yè)、鋼鐵以及食品工業(yè)中。同類刀片磨在國(guó)內(nèi)雖然也有制造，有代表性的是江西第三機(jī)床廠承擔(dān)批量制造的任務(wù)，產(chǎn)品多用在木材加工等行業(yè)。幾年前，我們也曾試制過磨頭縱向移動(dòng)刀片磨，雖也出了產(chǎn)品，但考慮到機(jī)床巿場(chǎng)等因素而沒有投入批量制造。
因此，就縱向磨頭移動(dòng)式的刀片磨而言，無論在規(guī)格、加工精度、控制等方面與國(guó)外機(jī)床相比都存在一定差距。迄今，在國(guó)內(nèi)的鋼鐵行業(yè)未見使用國(guó)產(chǎn)刀片磨對(duì)剪刃進(jìn)行加工。
近年來，國(guó)內(nèi)的天津磨床廠、山東臨清磨床廠等相繼開發(fā)了一些工作臺(tái)移動(dòng)結(jié)構(gòu)的剪刃磨床，在鋼鐵行業(yè)逐漸得到推廣應(yīng)用，滿足了一部分規(guī)格較小的剪刃磨削需要。在機(jī)床的型面輪廓精度及效率等方面與國(guó)外產(chǎn)品相比均存在一定差距，難以與國(guó)外的磨床產(chǎn)品抗衡。
因此，鋼鐵行業(yè)普遍希望國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)能制造精密數(shù)控剪刃成形磨床，特別是加工長(zhǎng)度達(dá)到6米的精密數(shù)控剪刃成形磨床，以滿足他們加工剪刃刀片的需要。為此，近幾年來寶鋼、鞍鋼、萊鋼等國(guó)內(nèi)重點(diǎn)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)多次在全國(guó)招標(biāo)，對(duì)剪刃磨削設(shè)備的效率、精度、型面質(zhì)量、性能指標(biāo)均提出較高的要求。
國(guó)產(chǎn)機(jī)床顯風(fēng)采
為了滿足鋼鐵行業(yè)用戶的需要，杭州機(jī)床集團(tuán)決定盡快研制的數(shù)控精密剪刃成形磨床，以替代國(guó)外進(jìn)口機(jī)床。自2006年以來，為馬鞍山鋼鐵公司等鋼企設(shè)計(jì)制造了許多不同規(guī)格和結(jié)構(gòu)的數(shù)控剪刃磨，形成了自己的技術(shù)特色和優(yōu)勢(shì)。自主創(chuàng)新開發(fā)研制的mkc7150×60系列型數(shù)控精密成形剪刃磨床就是為適應(yīng)鋼鐵企業(yè)近年來規(guī)模發(fā)展的巿場(chǎng)需要，針對(duì)寶鋼、鞍鋼、萊鋼等各大鋼廠工程擴(kuò)建項(xiàng)目所需，配套的一類cnc數(shù)控成形剪刃磨床。在該系列設(shè)備上加工出來的各類剪刃，其精度*達(dá)到國(guó)外圖紙的要求，機(jī)床可以代替進(jìn)口設(shè)備，為用戶節(jié)約大數(shù)額設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用，深受鋼鐵行業(yè)用戶歡迎。
杭機(jī)自主開發(fā)的mkl7132x25
該系列機(jī)床主要適用于鋼廠熱軋鋼板和冷軋寬厚板剪機(jī)上的切頭剪、雙邊剪、定尺剪和試樣剪等多種剪刃的刀背曲面和平面修磨?？沙薪觶ui大剪刃長(zhǎng)度為6000mm的平面和圓弧曲面磨削，亦可用作其它多種復(fù)雜曲面及一些難磨材料零件的平面磨削，機(jī)床具有磨削成形精度高，型面表面質(zhì)量好，磨削效率高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。
該系列機(jī)床主要技術(shù)特點(diǎn)有：
（1）采用成熟的工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)
與國(guó)外刀片磨不同，機(jī)床采用了成熟的工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的平面磨床結(jié)構(gòu)，而且采用了快速往復(fù)式成形磨削新工藝。這種工藝不同于一般的強(qiáng)力緩進(jìn)給成形磨削工藝，它適用于縱向型面較長(zhǎng)的曲面的成形磨削，磨削效率高于強(qiáng)力緩進(jìn)給成形磨削。針對(duì)機(jī)床長(zhǎng)度較大的特點(diǎn)，機(jī)床床身及縱向直線滾動(dòng)導(dǎo)軌均采用三段精密拼接的*工藝技術(shù)，以此來保證大型床身導(dǎo)軌的幾何精度和縱向運(yùn)動(dòng)精度。
（2）具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的滾珠絲杠雙柔性輔助支撐系統(tǒng)
機(jī)床的主要傳動(dòng)部件——縱向6m細(xì)長(zhǎng)高速滾珠絲杠副的直線度問題（即撓度問題）成了高速滾珠絲杠在該設(shè)備應(yīng)用中的瓶頸問題。
滾珠絲杠雙柔性輔助支撐結(jié)構(gòu)示意圖
增大絲杠直徑及加大裝配時(shí)的預(yù)緊力固然能解決絲杠的撓度及在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的顫動(dòng)問題，但隨之帶來的是增大絲杠直徑必然會(huì)使絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量急劇變大，以致無法與驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速器相匹配；加大裝配預(yù)緊力又將會(huì)降低絲杠副及絲杠兩端精密軸承的使用壽命，其運(yùn)動(dòng)精度也將受到嚴(yán)重影響。為解決以上問題，經(jīng)過一系列的理論計(jì)算及可行性探討，自主創(chuàng)新研究開發(fā)了一套集機(jī)電液于一體的滾珠絲杠雙柔性輔助支撐系統(tǒng)，該輔助支撐主要使用于細(xì)長(zhǎng)絲杠的在線支撐，采用彈簧柔性支撐液壓快速驅(qū)動(dòng)支撐座向下運(yùn)動(dòng)以使往復(fù)運(yùn)動(dòng)的螺母順利通過的形式。其功能是減小細(xì)長(zhǎng)絲杠撓度，保證機(jī)床工作狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)精度，提高絲杠的使用壽命。該單元技術(shù)的成功研發(fā)既彌補(bǔ)了同類結(jié)構(gòu)的缺陷，也*。
目前“一種長(zhǎng)絲杠液壓式柔性支承裝置”已獲國(guó)家發(fā)明和實(shí)用新型技術(shù)（號(hào)分別為cn200810062456.5和zl200820088733.5）。
（3）正弦式回轉(zhuǎn)磁性工作臺(tái)結(jié)構(gòu)
機(jī)床采用了多塊拼接的正弦式回轉(zhuǎn)磁性工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，其回轉(zhuǎn)工作臺(tái)由三塊磁性吸盤聯(lián)結(jié)于一體，左右為二端支撐中間設(shè)有輔助支撐及輔助鎖緊裝置，安放在磁性工作臺(tái)上經(jīng)磁性固定后的工件，可輕松轉(zhuǎn)動(dòng)左邊回轉(zhuǎn)分度盤，通過各高精度聯(lián)軸結(jié)構(gòu)將三塊矩型磁性工作臺(tái)同軸旋轉(zhuǎn)到所需角度后鎖緊分度盤即可，使安放在磁性工作臺(tái)上的工件曲面與砂輪軸線保持平行，來完成與水平成任意角度曲面的磨削，實(shí)現(xiàn)同一工件的一次夾緊多曲面磨削效果。
該功能部件的成功設(shè)計(jì)大大縮短了對(duì)同一工件的多個(gè)曲面磨削的工作節(jié)拍，有效提高了工作效率，適合于批量生產(chǎn)。
（4）復(fù)雜曲面磨削方案
針對(duì)含有各種復(fù)雜曲面（包括橢圓曲面）的剪刃磨削工藝，是自動(dòng)磨削程序的編制技術(shù)關(guān)鍵，其特點(diǎn)是根據(jù)刀片刃口形狀，計(jì)算出每個(gè)曲面的近似圓弧半徑，通過數(shù)控系統(tǒng)的二軸聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)刀背圓柱曲面的磨削，用同樣的方法磨削出其他刃口曲面。采用近似大圓弧方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)橢圓面的磨削，可大大降低磨削程序編制的復(fù)雜程度及加工難度，又降低了加工成本，經(jīng)考核所磨刀片各刀背曲面與實(shí)際尺寸誤差甚小，保證了配對(duì)剪刃的嚙合精度。
（5）機(jī)床應(yīng)用*的數(shù)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)加工
機(jī)床的自動(dòng)砂輪修整、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)快速趨近、程序磨削以及自診斷功能，保證了全自動(dòng)磨削。采用過渡圓弧插補(bǔ)和軌跡誤差補(bǔ)償技術(shù)，有效控制和消除了工件縱向曲面磨削中所產(chǎn)生的波紋，使工件具有較高的型面質(zhì)量?？刂葡到y(tǒng)安全防護(hù)除具有帶失磁檢測(cè)保護(hù)功能和斷電保護(hù)功能外，還具有在磨削中出現(xiàn)意外斷電時(shí)砂輪軸自動(dòng)退刀功能，使機(jī)床具有較高的安全性，該系列機(jī)床根據(jù)用戶需求，采用西門子840d或802dsl多軸數(shù)控系統(tǒng)，能對(duì)機(jī)床的三個(gè)直線軸，即x軸：工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)；y軸：磨頭垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；z軸：磨頭橫向移動(dòng)，進(jìn)行單獨(dú)控制或任意二軸的聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)磨削循環(huán)，自動(dòng)補(bǔ)償砂輪的修整量。砂輪恒線速控制。
x、y、z三向運(yùn)動(dòng)均由交流伺服電機(jī)——滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)完成。采用高精度直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，在結(jié)構(gòu)上*保證了機(jī)床磨削時(shí)的動(dòng)靜態(tài)精度和剛性。磨頭主軸結(jié)構(gòu)緊湊，cnc控制砂輪以*恒線速度狀態(tài)進(jìn)行磨削加工，進(jìn)口高精度成組角接觸滾動(dòng)球軸承作為主軸前后軸承，并預(yù)加負(fù)荷，保證裝配后主軸徑向和軸向精度≦0.003mm，保證了產(chǎn)品的精度磨削。機(jī)床工作臺(tái)快速往復(fù)式運(yùn)動(dòng)和正弦式可回轉(zhuǎn)磁性工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，保證了產(chǎn)品的率磨削。
根據(jù)數(shù)控成形磨削的多軸任意二軸聯(lián)動(dòng)特征及用戶提出的一些要求，機(jī)床選用相應(yīng)的功能部件匹配。機(jī)床具有自動(dòng)修整連續(xù)磨削功能，可自動(dòng)完成對(duì)剪刃復(fù)雜曲面或平面的磨削，同時(shí)還可以作為大型平面磨床使用。正弦式可回轉(zhuǎn)磁性工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工件一次裝夾多型面磨削效果，提高了同一工件多曲面磨削的工作節(jié)拍，有利于批量加工。機(jī)床控制系統(tǒng)的安全防護(hù)除具有帶失磁檢測(cè)保護(hù)功能和斷電保護(hù)功能外，還具有在磨削中出現(xiàn)意外斷電時(shí)砂輪軸自動(dòng)往案上退刀功能，具有較高的機(jī)床安全性。
前景廣闊
mkc7150×60大型系列數(shù)控精密成形剪刃磨床，適用于大規(guī)格剪刃成形表面的精密磨削，設(shè)備各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均按精密臥軸矩臺(tái)平面磨床標(biāo)準(zhǔn)要求加工制造。在結(jié)構(gòu)上各進(jìn)給機(jī)構(gòu)均采用絲杠直聯(lián)的形式，使設(shè)備各傳動(dòng)部件具有較高的動(dòng)靜態(tài)精度穩(wěn)定性，同時(shí)也提高了設(shè)備的加工精度穩(wěn)定性。
機(jī)床與國(guó)外產(chǎn)品相比具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，*可替代進(jìn)口數(shù)控刀片磨。精度、效率、機(jī)床價(jià)格等均優(yōu)于進(jìn)口設(shè)備。據(jù)目前對(duì)國(guó)內(nèi)幾家已從德國(guó)reform公司或goeckel公司引進(jìn)的數(shù)控剪刃磨設(shè)備的了解，其主要規(guī)格參數(shù)與杭機(jī)集團(tuán)mkc7150×60系列剪刃磨床比較對(duì)照表。
與德國(guó)機(jī)床的對(duì)比表
從表可見，由于結(jié)構(gòu)上的原因，mkc7150×60系列數(shù)控剪刃磨床的精度大大優(yōu)于進(jìn)口刀片磨，機(jī)床的規(guī)格也較大，可以滿足鋼鐵行業(yè)加工大規(guī)格剪刃的要求。機(jī)床的性價(jià)比優(yōu)于進(jìn)口機(jī)床，缺點(diǎn)是由于機(jī)床的工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，機(jī)床的占地面積較大。
該系列機(jī)床的成功制造打破了發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)中國(guó)鋼鐵工業(yè)建設(shè)和發(fā)展所需重大裝備的技術(shù)壁壘和封鎖，實(shí)現(xiàn)重大技術(shù)裝備國(guó)產(chǎn)化。據(jù)粗略估算，國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)對(duì)數(shù)控精密剪刃成形磨床的年需求在30臺(tái)以上，如果其中的60%在國(guó)內(nèi)解決，就需要20臺(tái)的批量，應(yīng)用前景良好。
（來源：杭州機(jī)床集團(tuán)公司 金鳳芳 駱廣進(jìn) 姚峻）