高精度数控内凹端面磨床的开发

孙远见

摘要：高精度数控内凹端面磨床，主要是针对电控共轨柴油喷射系统中关键零部件（喷油器体）的内凹端面及外端面的精密加工，开发的一台磨床设备，本文主要介绍了该设备的主要用途、加工精度、主要结构，分析了该设备的关键技术及产生的经济社会效益。

关键词：高精度数控内凹端面磨床；主要用途；加工精度；转台；关键技术；经济效益

0、引言

随着我国汽车工业的蓬勃发展，我国对电控共轨柴油喷射系统的需求与日俱增。电控共轨柴油喷射系统是汽车零部件中技术含量最高的关键组件，目前电控共轨柴油喷射系统中的关键零部件（喷油器体）的内凹端面及外端面的精密加工大部分依赖进口，长期以来，由于国内技术相对落后，导致了高端数控内凹端面磨床全部依赖于进口的被动局面。为此本项目开发的高精度数控内凹端面磨床，可替代同类进口产品，满足汽车制造业关键零部件的急需。同时该产品也可广泛应用于船舶、军工等行业。本项目研发成功，对提高我国高端机床的制造能力，拉动国产功能部件，提高我国装备制造业技术水平，增强市场竞争力有深远的意义。

1、设备用途

高精度数控内凹端面磨床，主要应用于电控共轨柴油喷射系统中的关键零部件（喷油器体）的内凹端面及外端面的精密加工，也可用于军车、舰船、工程机械、农机、机械等行业关键零部件的内凹端面及外端面的精密加工。

2、设备的加工精度指标：

图1.加工零件

3、设备的主要结构简介

3.1、设备立式布局（如图2所示），采用四个工位，在转台上均分布置。四个工位分别是上下料工位、测量工位、粗磨工位、精磨工位。

图2.机床结构外形图

3.2、转台支承在高精密轴承上，旋转电机带动回转，由光栅控制获得精确的角度位置。

3.3、在转台的四个工位处，有四套工件旋转主轴固定在转台上。

3.4、上下料工位，转台每转一个分度时，可进行一次上下料操作。

3.5、工件夹具由3爪卡盘和后挡块组成。夹紧力为弹簧驱动，松开由气缸推开。

3.6、工件主轴的回转驱动电机在磨削工位，固定在机床底座上。回转驱动电机通过电磁离合器与工件主轴接合。

3.7、在磨削工位的上方，有电主轴和进给滑台。进给滑台由伺服电机经滚珠丝杠驱动进给。进给滑台和电主轴间安装有力传感器。进给滑台可以倾斜微调，以保证需加工平面的略凸或略凹。

3.8、在磨削工位配有两测头在线测量装置，计算两测头数据，保证端面间的长度。

3.9、在测量工位，气缸驱动滑板使三压条接触夹具基准环，探针在另一气缸驱动移动接触内凹端面，测出内凹端面到基准圆盘面间距离。

3.10、机床控制系统采用SIEMENS840D。含有计数功能和故障显示功能。机床所用功能可以通过切换选择进行手动点动。

3.11、气动单元装有减压阀、水分离器和加油器，供给机床恒定质量的气源。

3.12、机床带有集中自动润滑系统。

3.13、机床带有自动灭火系统和油雾吸收系统。

3.14、机床带有磨削液油箱，油箱上装有磁性分离器、油冷却和过滤系统。

4、设备的关键技术

4.1、高精度高刚性的工件主轴和砂轮电主轴的设计与制造技术

为实现端面平面度≤0.9μm(内凹)的磨削要求，需解决工件主轴和砂轮电主轴的精度和刚性问题，目前国内还没有此类电主轴产品，通过本项目的实施，全新设计开发高精度高刚性工件主轴系统和砂轮电主轴系统，解决高精度高刚性的工件主轴和砂轮电主轴的设计和制造是关键技术之一。

图3.自主开发的电主轴设计软件

4.2、砂轮主轴和工件主轴空间相对位置的调整技术

采用工件旋转磨削方法磨削工件时，砂轮主轴轴线与工件回转主轴轴线之间角度是决定工件面型精度的主要因素。在双主轴四工位磨削系统中，同时保证粗、精磨砂轮主轴与四工位工件旋转主轴的空间相对位置，并能够根据实际磨削工件面型进行主轴轴线之间角度实时调整是需要解决的关键技术。本项目将根据开发设备的结构特点和磨削过程的运动学关系，研制粗、精磨砂轮主轴轴线与四工位工件回转轴线之间角度的协同微调整装置，实现面型精度的主动精确控制。

4.3、在线测量与位置控制技术

为保证工件的正确定位及内凹端面与外端面之间的尺寸精度，本项目采用在线测量系统，利用该系统实现磨削尺寸的动态监测。

4.4、高可靠性的工装夹具系统

在磨削过程中，工件的装夹定位是保证磨削精度的关键之一，特别是喷油器体内凹端面和外端面的磨削需二次装夹，因此磨削端面对基准轴线的重复装夹定位精度是需要重点解决的关键技术。

4.5、磨床数控技术与直线驱动技术

机床控制系统拟采用西门子数控系统，可分别对加工余量、砂轮转速、工作台电主轴转速等参数进行实时监控，控制面板采用液晶显示器，有独立的电器控制柜，并配备空调系统。旋转工作台采用伺服电机驱动，高精度齿牙盘定位，实现工位的自动切换。磨削电主轴直线进给采用高精度直线导轨和滚珠丝杆结构，实现微量进给。

4.6、系统磨削工艺试验

研究不同的磨削工艺参数、材料、冷却等对工件加工精度的影响，寻找最佳磨削工艺参数。

5、设备的经济社会效益分析

我国2011年全行业多缸喷油泵产量为470.29万台，按市场需求量测算，我国对高精度数控内凹端面磨床的需求量在705台左右。

随着2010年之后排放法规的严格要求，常规燃油喷射系统己无法满足要求，使用电喷系统是必然的趋势，因此更多的车用发动机需要安装共轨系统，同时，伴随着全球轿车柴油化的趋势，中国市场上也将会有越来越多的轿车用发动机采用柴油机。所以，市场对高精度数控内凹端面磨床的需求量将呈现逐年递增的趋势。

6、结语

本项目产品已做出样机一台，目前正在试磨阶段，产品的成功开发，将满足中国燃油系统产品制造企业急需的高压共轨系统产品中关键零部件的精密制造，对突破我国汽车工业关键组件技术具有深远的意义。