杭州机床在汽车制造行业的应用

杭州机床集团公司的机床销售形势较好，其中前来订购汽车转向齿条成形磨床的用户不少。汽车转向齿条成形磨床是杭机的强势产品，在该公司数控强力成形磨床系列产品中，MKL7150X10汽车转向齿条成形磨床是最具有成长性的并已批量提供给用户，在汽车零部件行业已有较大影响的品种。

汽车转向齿条是汽车齿条齿轮转向系统中的关键件。齿条齿轮转向系统是轿车、小型货车普遍使用的一种转向机构。当转动汽车方向盘，转向器齿轮转动，使与之啮合的齿条沿着轴向移动，通过齿条将方向盘旋转运动转化成车轮传动所需要的线性运动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮实现偏转而实现汽车转向。在齿条齿轮转向系统中，转向齿条的精度、啮合度高低非常重要，转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成。转向齿条精度差会造成转向不灵敏、操纵不稳，需大幅转动方向盘，不仅影响汽车的操作宜人性，甚至会造成转向系统故障而导致事故。国际上，汽车生产大厂曾出现由于转向系统问题而召回的事例。

汽车转向齿条齿型部分的宽度一般为200mm左右，加工深度在5-10mm。长期来，我国的汽车行业大多采用插削、铣削或拉削方法进行汽车转向齿条齿型的加工。从这些工艺的实际应用来看，插削、铣削的精度精度较低，效率一般，而拉削的精度稍好，效率也较高，但是这几种加工方式的精度和效率都不及强力成形磨削，而且所使用的刀具成本高，加工的柔性较差。

2001年以来，杭州机床集团公司陆续开发出一批高档的数控强力成形磨床，如能加工航空发动机叶片的七轴五联动数控的MKL7150强力成形磨、MKH450成形磨削加工中心等。这些机床分别用于磨削航空发动机精密零件如叶冠、锁片槽等难切削零件的成形，磨削汽轮机的叶片、转子槽等，磨削精密数控机床中的鼠牙盘、船舶工业中的叶轮型面等，占领了国内数控强力成形磨床制造领域的许多制高点，其中的许多机床都是国内首台机床，打破了工业发达国家对我们的限制和垄断。2004年以后，为了更好地为国内方兴未艾的汽车制造工业服务，该公司以汽车工业中加工批量最大的转向齿条为突破口，通过深入研究和试验，把该机床系列中通用性较好的MKL7150×10数控强力成形磨床成功用于汽车转向齿条的成形磨削加工。迄今为止，机床已批量提供给国内近10家汽车零部件制造企业，最多的一家先后购置了8台MKL7150数控强力成形磨床。据了解，机床总体的使用情况都较好，得到用户的肯定和赞许。MKL7150数控强力成形磨床的结构先进，技术成熟，拥有多项自主知识产权。该机床的横向导轨置于立柱中部两侧，其结构属国内首创。X、Y、Z三轴导轨具有先进的结构性和工艺性，进给灵敏，加工精度高。机床采用德国西门子802D/810D/840D数控系统，对工作台纵向移动、磨头垂直进给、立柱横向进给和砂轮轴电机进行单独控制或联动。有线性插补和圆弧插补等补偿功能，能实现自动磨削循环。机床可采用多种成形修整技术，如台面金刚滚轮修整、金刚笔通过X、Y两轴联动修整或采用国际先进的盘形修整技术，修整成形精度高。机床纵向有快速进给功能，可实现普通平磨的往复式磨削。机床磨削区域采用全封闭式结构，同时贯彻强制性安全标准，采标先进，操作宜人性好。

杭机集团在为用户提供加工设备的同时，还在深入研究用户工艺后把可靠的先进工艺连同机床一起提供给用户。针对汽车转向齿条磨削宽度在200mm、切深在5-10mm，且材料是淬硬的实体的实际情况，机床的磨头主轴电机功率高达77KW，砂轮的宽度最大可达240mm，是目前国内宽度最大的。砂轮全宽度磨削切深最大为8mm，可实现高效率的超宽砂轮、超大功率主轴大切深强力成形磨削，掌握这项先进技术的企业在国际上也为数不多。机床采用台式金刚滚轮修整器或者采用台式金刚碟形应用Y、Z轴联动实现成形修整的方法，在最大厚度为240mm的砂轮上修整出齿条齿形轮廓。机床采用缓进给强力深切成形的方式，在砂轮的全宽度上磨削出整体的齿形。转向齿条采用五工位液压夹具夹紧，一次装夹五件。机床的数控系统为西门子840D系统，在磨削过程中，除工件装卸外，均可执行数控程序自动完成加工，磨削工作循环是“粗磨－修整砂轮－精磨”，工艺上采用工件整体淬硬，垂直总进给量6.5mm，直接磨出成形齿，单件加工时间约为4分钟。但目前国内仍采用把热处理作为末道工序的工艺流程，在未淬火的材料上磨出齿型，然后淬硬。但国外有些厂家已把磨削优化为末道工序，因为如果在整体淬硬的实体材料上直接磨出全宽度齿型可以明显提高加工质量和生产效率。当然，各个生产厂根据自身的设备、加工批量、生产效率等因素采用不同的加工工艺。如机床经过荆州恒隆等汽车零部件生产厂的实际生产验证，使用情况很好。该公司所购置的几台MKL7150数控强力成形磨床基本处于24小时连续工作的状态。现在，该公司为了充分利用原有的生产设备，同时节约加工费用，也为了进一步提高加工效率，由原来的粗磨、精磨分两刀进行，改成在上磨床进行成形磨削之前，用铣床在工件上先铣出一个顶面，再上MKL7150数控强力成形磨床磨一刀就下料了，每台机床每天的产量在1000件左右。MKL7150数控强力成形磨床除了用于上述汽车转向齿条外，还可以用于汽车转向摇臂轴扇形齿的成形磨削。

近年来，我国的汽车工业连续保持高速增长的发展势头，2009年全年的汽车产销分别达到1379.1万辆和1364万辆，双双超过1300万辆，成为名副其实的汽车产销大国。到2020年，我国的汽车产量将达到1800万辆，国家要求，到时汽车制造业所需高端数控机床要求80%来自国内，因此数控机床的发展前景是很好的。有关专家认为，今后10年是我国发展国产汽车装备的最佳和最后战略机遇期。我们应该牢牢把握，为汽车工业提供更多的数控强力成形磨床，努力拓展成形磨床的应用领域。同时，象汽车转向齿条这类磨床在技术上已成熟，国内的汽车零部件厂都可以放心地采用，而不必再进口昂贵的机床。

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