一种加工淬硬深冷后完全马氏体合金钢的机床的制作方法

本实用新型属于金属机械切削加工领域，具体地说，涉及一种加工淬硬深冷后完全马氏体合金钢的机床。

背景技术：

合金钢冷轧工作辊经热处理淬火后硬度一般在HRC61～63度，由于直径小，一般在∮140～∮180mm，长径比一般≥7，因为工件细长，热处理淬火存在变形，工艺上一般都要为精磨前留单边2～2.5mm余量，由于弯曲变形往往会造成外圆余量不均匀，一边多，一边少，会形成余量断续切削。合金钢材料抗拉强度比较高，这样给高硬度切削机床带来困难。由于合金钢冷轧工作辊在淬硬过程在存在非百分之百的马氏体组织形成，还存在部分残余奥氏体组织，这样会造成冷轧工作辊在使用中产生局部剥落现象。

目前先进的工艺是采用国外先进的深冷技术，将淬硬后的合金钢冷轧工作辊再放在零下196度的液态氮极冷箱内，再深冷4个小时，通过深冷工艺，将合金钢冷轧工作辊的金属基体组织内的部分残余奥氏体组织，转换成完全马氏体组织。同时根据金属材料深冷物理现象，经过在零下负196度的液态氮深冷，金属材料的机械性能会有大幅度提高，深冷后析出超细碳化物，提高了抗冲击韧性。改善了工件内应力分布，提高了抗疲劳强度，提高了工件的耐磨性，同时提升了工件的硬度及抗拉强度，使用寿命能有成倍提高。这些理论成果已经被国内外学者达成共识。面对通过深冷技术处理的合金钢冷轧工作辊，它获得了更加高的抗拉强度，更加全面的高硬度。但这样反而给切削完全马氏体淬硬层带来了更加高的难度。如何解决切削超硬、超强完全马氏体金属的问题，如何解决断续切削，成为金属切削行业中加工机床的难题。

目前国内超硬刀具行业中无论硬质合金刀、陶瓷刀、涂层刀、PCD刀、PCBN刀、焊接复合CBN刀、都面临不能强力、高速车削不均匀断续余量淬硬钢的禁区。只能采用低切削速度进行切削，一般为50m～80m/min、低切削深度在0.3～0.5mm左右，低进给量在0.1mm/r左右的切削，加工效率都比较低，究其原因是现有刀具和加工机床加工能力不足所致。能够解决金属超硬、超强的完全马氏体剥离的刀具，只能是整体陶瓷刀、整体立方氮化硼CBN刀。而整体陶瓷刀、整体立方氮化硼CBN刀，从自身硬度上讲是可以满足的，但是从他们基体强度上讲，比较脆弱，不耐冲击，不耐强振动，刀片容易碎裂。按目前国标常规车床规格，从回转直径∮400～∮630mm的车床来看，一般属于普通轻型车床，根本是没有完全满足以上要求的加工能力。面对淬硬合金钢冷轧工作辊在进过深冷技术处理后，形成完全马氏体组织，提升了工件的硬度及抗拉强度。重新选择配置一种能够强力切削的机床，始终是金属切削机床行业中的难题。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现有机床无法高效加工淬硬深冷完全马氏体合金钢的问题，本实用新型提供一种加工淬硬深冷后完全马氏体合金钢的机床，突破了淬硬深冷完全马氏体合金钢切削禁区，实现了强力切削，获得了高精度、高效率切削加工的有益效果。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种加工淬硬深冷后完全马氏体合金钢的机床，包括主电机、减速机、主轴箱、中拖板、大拖板、电动刀架、导轨和回转尾座，所述的主电机和减速机均独立固定设置在地面上，与机床床身分离设置；所述的主轴箱与机床床身为一体结构；所述的主轴箱内设置有一根纯主轴，完全没有变速齿轮，所述的主轴与所述的减速机通过皮带轮装置连接；所述的导轨采用四导轨或三导轨结构，所述的大拖板和所述的回转尾座分别错位设置在导轨上；所述的大拖板上设置有与导轨方向垂直的燕尾凸起；所述的中拖板底部设置有与所述的燕尾凸起对应的燕尾凹槽；所述的燕尾凹槽卡合在所述的燕尾凸起上；所述的电动刀架固定设置在所述的中拖板上。

优选地，所述的主轴箱与所述的机床床身采用米汉纳铸铁一体成型铸造。

优选地，所述的回转尾座内置回转顶尖；所述的尾座套筒直径为220mm，回转轴直径为160mm。

优选地，所述的皮带轮装置包括分别固定于所述的主轴上和所述的减速机输出轴上的两个皮带盘；两个所述的皮带盘之间设置八根齿形皮带。

优选地，所述的主电机采用功率为22～30KW的交流伺服电机。

优选地，所述的中拖板的宽度尺寸为480mm或者520mm。

优选地，所述的电动刀架宽度设计配置300mm×300mm。

优选地，所述的导轨采用宽度为1100mm的四导轨结构；所述的大拖板和回转尾座分别设置在两条不同的导轨上。

优选地，所述的导轨采用三导轨结构；所述的三导轨宽度为850mm。

优选地，所述的电动刀架上设置有整体式CBN刀具，所述的CBN刀具刀片前角γ0＝-6～-7度，后角α0＝6度，刀尖倒棱为a＝0.2mm×20°；所述的整体式CBN刀具的主偏角κr＝75°或者45°。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型实现了强力、高切削深度、高速车削；实现了对超强、超硬完全马氏体组织的切削、剥离，工作效率成倍提高；

(2)本实用新型主轴箱和床身是一体结构，选用强韧性米汉纳铸铁(HT-300)，一体成型铸造技术铸造，可以保证整体刚性强，使用可靠性高；

(3)本实用新型选用高刚性一根纯主轴结构，主轴箱内无变速齿轮，采用铬钼合金钢，配合大直径P4级(JIS)高精密圆柱滚子轴承及高速斜角接触滚珠轴承(日本NSK轴承，内径200mm)，前端固定、后端浮动支撑，可承受径向、轴向及合成负荷；主轴内部密闭式油脂润滑，可保证主轴高速平稳运转；满足硬碰硬挤压切削必须的主轴旋转扭矩；

(4)本实用新型按不同回转直径的车床配置相应功率的交流伺服电机，主电机再直接连接配备1：8高精密主轴减速箱，实现在全程速度范围内无级变速，同时提高了输出扭矩，可以实现硬碰硬挤压切削必须的旋转扭矩；

(5)本实用新型机床电动刀架宽度设计300mm×300mm，这样宽刀架的要求，对应地采用大型宽体中拖板，中拖板宽度尺寸480mm或者520mm，这样必须同时增加车床导轨宽度，更加能提高机床的总体刚性，本实用新型中回转直径500车床选择了三导轨，宽度850mm，回转直径630车床选择了四导轨，宽度1100mm，按大型车床结构设计，应用在小回转直径车床上，极大地提高了机床刚性和稳定性；

(6)本实用新型交流伺服主电机、减速机独立安装，和机床床身完全分离，大大降低了噪音及振动，只有降低振动，才能有利于采用CBN刀具使用，克服了CBN刀具怕振动的缺点；

(7)本实用新型直接采用8根高韧性同步齿型皮带传递扭矩，这种主轴箱无齿轮结构确保了淬硬马氏体合金钢冷轧工作辊硬碰硬切削的主轴大扭矩输出的刚性条件，同时又大大降低了噪音及振动；

(8)本实用新型解决了原来普通小回转直径车床不能加工淬硬后完全马氏体合金钢的问题，同时在同行业内首先突破对淬硬冷轧工作辊经过深冷技术处理后形成超强、超硬完全马氏体组织的切削加工，在深冷技术提升了工件的硬度及抗拉强度的情况下，本实用新型仍能够完全实现了高速、强力的切削，大大提高了生产效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构图；

图2为本实用新型整体式CBN刀具的结构图。

图中：1、主电机；11、减速机；

2、主轴箱；21、主轴；22、皮带轮装置；

3、电动刀架；4、导轨；5、回转尾座；6、中拖板；7、大拖板。

具体实施方式

分析认为，深冷技术在我国推广时间不长，由于设备和使用成本比较高，同行业推广使用单位还不多，因此在淬硬冷合金钢轧工作辊在经过深冷工艺处理后，形成完全马氏体组织，对超强、超硬完全马氏体的剥离方面可借鉴的经验基本上没有。我们分析认为国产的CBN刀具，是继人造金刚石之后的又一种新型高新技术产品，虽然目前可借鉴的加工超强、超硬材料方面的经验不多，但是根据CBN它具有的很高的硬度、良好的耐热性和热稳定性，只要通过综合多方面的参数去进行优化，多次实践。是可以突破禁区，去实现强力、高速切削淬硬冷轧工作辊特别在经过深冷技术处理后，形成完全马氏体组织，对超强、超硬完全马氏体的剥离的。关键的是如何根据CBN刀具的特殊要求，去对机床进行一种特殊配置，来针对性地适应和实现对淬硬合金钢冷轧工作辊完全马氏体组织，并且提升了工件的硬度及抗拉强度后的加工。

因此对加工机床的要求比较苛刻，这种机床1.必须要满足有高刚性；2.能够安装大横截面刀杆的刀架；3.能有大扭矩输出；4.有高转速能力；5.机床要求极低振动；6.为克服切削中挤压让刀、打刀现象，要采用大直径内置式回转尾座。

由于所加工的工件回转直径≤∮200mm，面对淬硬合金钢冷轧工作辊在进过深冷技术处理后，形成完全马氏体组织，提升了工件的硬度及抗拉强度。需要通过对∮400～∮630mm的回转直径车床，重新选择专门的一种特殊配置，才能来实现强力、高切削深度、高速车削。实现对超强、超硬完全马氏体组织的剥离，来提高生产效率。

为此，采用如下实施方案：

实施例1

如图1所示，一种加工淬硬深冷后完全马氏体合金钢的机床，包括主电机1、减速机11、主轴箱2、中拖板6、大拖板7、电动刀架3、导轨4和回转尾座5，

主电机1采用功率为30KW的交流伺服电机；减速机11采用1：8高精密主轴减速箱；能够实现在全程速度范围内无级变速，同时提高了输出扭矩，可以实现硬碰硬挤压切削必须的旋转扭矩；

主电机1和减速机11均独立固定设置在地面上，与机床床身分离设置；

主轴箱2与机床床身为一体结构，并采用米汉纳铸铁HT-300一体成型铸造，一体成型铸造技术铸造可以保证整体刚性强，使用可靠性高；主轴箱2内设置有一根纯主轴21，主轴21的中心高回转直径为630mm；主轴21与减速机11通过皮带轮装置22连接，皮带轮装置22包括分别固定于主轴21上和减速机11输出轴上的两个皮带盘；两个皮带盘之间设置八根齿形皮带；这种主轴箱无齿轮结构确保了淬硬马氏体合金钢冷轧工作辊硬碰硬切削的主轴大扭矩输出的刚性条件，同时又大大降低了噪音及振动；

电动刀架3的宽度设计配置300mm×300mm，电动刀架3上设置有整体式CBN刀具，整体式CBN刀具刀杆的横截面为40mm×40mm；如图2所示，CBN刀具刀片前角γ0＝-6度，后角α0＝6度，刀尖倒棱为a＝0.2mm×20°；整体式CBN刀具的主偏角κr＝75°；

导轨4采用宽度为1100mm的四导轨结构；大拖板7和回转尾座5分别设置在两条不同的导轨上，大拖板7上设置有与导轨4方向垂直的燕尾凸起；中拖板6底部设置有与燕尾凸起对应的燕尾凹槽；燕尾凹槽卡合在燕尾凸起上；电动刀架3固定设置在中拖板6上，中拖板6设计配置成大型宽体中拖板，其宽度为520mm，与宽度配置300mm×300mm的电动刀架3相匹配，满足稳定要求；

回转尾座内置回转顶尖；尾座套筒直径为220mm，回转轴直径为160mm；超强的刚性在受到横向挤压切削中，有效克服了让刀现象；同时由于回转尾座5体积比较大，尾座底座长度800～900mm、体积均是标准车床尾座的一倍以上，稳定性非常好，切削过程中能够完全抵抗横向挤压力量，有效克服了旋转切削中让刀现象和圆周偏心旋转打刀现象，可以满足CBN刀具使用。

实施例2

一种加工淬硬深冷后完全马氏体合金钢的机床，与实施例1相同，所不同的是：一根纯主轴21的中心高回转直径为500mm，相应的主电机1采用功率为22KW的交流伺服电机；导轨4采用三导轨结构；三导轨宽度为850mm；中拖板6宽度设置为480mm，大拖板7和回转尾座5分别错位设置在三条导轨上，电动刀架3固定设置在中拖板6上。

本实施例中回转直径500车床选择了三导轨，宽度850mm，按大型车床结构设计，应用在小回转直径车床上，极大地提高了机床刚性和稳定性；解决了原来普通小回转直径车床不能加工淬硬后完全马氏体合金钢的问题，同时在同行业内首先突破对淬硬冷轧工作辊经过深冷技术处理后形成超强、超硬完全马氏体组织的切削加工，在深冷技术提升了工件的硬度及抗拉强度的情况下，本实用新型仍能够完全实现了高速、强力的切削，大大提高了生产效率。