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長期以來在經濟上，機床制造工業的競爭壓力一直很大。中小型企業必須持續向前發展，以滿足在加工任務方面日益增長的對質量和經濟性的要求。

當一臺車床已經無法滿足特定的加工質量要求時，需要在加工中心上配置一種精削單元，可以成為新的精細加工中心，這是一種比較經濟的購置選項。在一套加工中心上組合多種加工工藝，雖然會使生產設備和工藝流程變得更加復雜，但是可以提高機床設備的靈活性和生產率(圖1)。

圖1 CNC車床上擺放著一個精密軸件的操作室。通過車削和珩磨組合加工，可以一次裝卡完成加工

采用多種工藝時僅需一次性裝卡步驟

切削技術上經常用到的工藝組合是硬車削和磨削的組合。如果車削工藝的表面質量不能滿足部件的要求，則通常需要后接一個磨削工序。加工工藝組合的一個重要優勢在于所有決定質量的表面均可在一次裝卡中接受加工，由此可以排除因后續加工步驟中換裝產生的誤差，因更換設備所需的額外放置、輸送和裝卡時間均可得以省去。

本研究課題的長處在于，從經濟性角度對軸件的整體加工工藝進行了研發和優化。可以在一臺CNC標準型車床設備上結合應用車削和精削的組合工藝。

在精削時因切削運動重疊產生網狀磨削

精削通常被稱為超級精加工、微精加工或精細研磨。它是一種采用幾何外形不確定的刀片所進行的切削。帶有幾何外形不固定的多刃刀具是由兩個分量構成的切削動作，運動分量呈現振蕩狀態。通過運動分量的疊加，產生精削過程中典型的網狀磨削現象。此外在精削加工過程中，工件和刀具之間的面接觸和壓力是加工過程的決定性因素。

在本文所述的應用場合中，精削過程是一個單級的加工過程，以避免在批量加工過程中需要換帶而造成時間損失。人們開發出一種既緊湊又輕便的精整附加裝置，它可以方便地設置在標準車床的轉塔刀架上，在機床工作室的內外側均可達到舒適的操作。車削和精削所產生的粗糙度在很大程度上取決于加工時間。為了開發出時間較短的加工工藝，對粗加工(工件輪廓的車削)的表面質量和精加工(表面精削)的工藝參數進行匹配，從而實現所需的安全、可重復和經濟性好的Rz< 0.8?μm的平均粗糙度。圖2所示為車削加工可達到的粗糙度和制造精密軸件所需的表面要求。

對旋轉對稱工件的加工，在擁有不額外產生能量的系統接口的標準型車削加工中心上進行。出于這種原因，人們一直在研發新的可匹配的，能夠保持能量產生方式并利用現有接口的單元，以便達到良好的靈活性。在采用傳統的適配精整裝置時，通常需要借助于一個氣動壓力生成器來施加壓力，而這就需要用到一個額外的壓縮空氣供應源。

為了實現一種創新型的加工流程，新一代適配精整單元上有兩個功能組件非常重要。這是一種線性導向的振蕩器與一種機械壓力生成器，以使系統在施壓的方向上進行脫耦。借助于基準設備的調節軸，可以通過壓力彈簧和可調節彈簧特性曲線來提升所需的靜態加工力。通過內置的力傳感器，可以對壓力進行在線測量。

此外，精整單元以剛性和緊湊的整體系統而見長。通過這種構造，加工力可以得到靈活和快速的調節。例如力-行程-控制的加工導向方案。這種設計的一個好處便是可以降低能源供應方面的連接成本。在刀具轉塔刀架上可以實現“即插即用”原理和標準化支座。

圖2 為車削加工可達到的粗糙度和制造精密軸件所需的表面要求

圖3 本圖闡明了力-行程-控制的加工流程方案

精加工的粗糙度和加工時間對結果產生影響

工作目標是在軸上對車削和精削加工組合進行優化，這樣既可最大程度降低加工時間又能確保所需Rz<0.8?μm的粗糙度。對此，這兩個加工步驟必須相互協調好。可在試驗前期對精整加工的各個參數的影響進行系統性的測定。

從實驗中可以看出，粗加工的粗糙度和精加工的加工時間對最終結果產生影響。必須測得最佳的車削粗糙度Rz，才能實現盡可能短的最終加工時間。研究表明車削加工的粗糙度必須被調整至大約3?μm，以便在后續的精整工序中以每50?mm軸寬，40?s的加工時間，達到Rz<0.8?μm粗糙度。第二試驗序列清晰地反映出這一點。如果車削粗糙度過高，則單級精整加工所需的最終粗糙度就無法達到。通過降低車削進給量，可以縮短精整加工的時間，但是這又會導致車削操作時間的極大延長。加工時間和獲得最終粗糙度方面的最佳折中方案在第二基本試驗序列中獲得。

變動的帶進給量可以縮短加工時間

為了進一步縮短精加工流程時間，在加工過程中可以變動帶進給量。在精加工開始時，可以以較高的帶進給量(60?mm/min)操作20?s，以便獲得初始粗糙度的快速降低。

緊接著通過程序控制把帶進給量調整到較低的水平(8?mm/min)，以生成所需的表面。這個后續10?s的加工目標是要磨去粗糙度的峰值，以便實現典型的平整加工面。事實表明，在加工過程中通過調整帶進給量，可以在切入工藝上繼續節省10?s的加工時間。由此，可以借助于單級精整加工流程，使粗糙度降低五倍。

圖4 從圖中可以看到安裝在車床轉塔刀架上新開發的精加工單元和車削刀具。借助于一次裝卡的組合加工工藝，可以縮短加工時間并排除因換裝而造成的差錯

從所獲得的加工結果上可以清楚看出，通過采用所開發的組合加工工藝，可以以13?min的總加工時間完成一件長827?mm的精密軸件(材質：42CrMo4)的加工。與現有的加工流程(如在兩臺加工中心上進行的車削和磨削)相比，在一臺加工中心上采用開發出的加工工藝，可以使加工時間縮短43%，由此提高生產率。

所開發出的帶有創新型加工策略的適配性精加工單元，可以為很多工業行業用戶(圖4)提供一個很有吸引力的技術方案，即以較低的投資成本實現加工工藝的組合和應用，由此大幅提高其生產設備的工作靈活性和生產率。