高效切削,永远在路上

作者:北京精密机电控制设备研究所工艺管理处处长/研究员 项迎 点击数:612 发布时间:2018-02-22
北京精密机电控制设备研究所是集设计、加工、研发和小批量生产于一体的伺服机构专业研究所,主要生产的产品就是液压伺服机构,包括其中的各种柱塞泵、伺服阀、作动器等精密液压元件和整机制造。各种传统的精密加工、热表处理技术方面,也一直处于国内同行业先进水平。
高效切削,永远在路上

北京精密机电控制设备研究所工艺管理处处长/研究员 项迎

北京精密机电控制设备研究所工艺管理处处长/研究员 项迎

北京精密机电控制设备研究所是集设计、加工、研发和小批量生产于一体的伺服机构专业研究所,主要生产的产品就是液压伺服机构,包括其中的各种柱塞泵、伺服阀、作动器等精密液压元件和整机制造。各种传统的精密加工、热表处理技术方面,也一直处于国内同行业先进水平。

北京精密机电控制设备研究所生产的产品中,加工周期最长、工序最多的零件是集成油路多孔系结构复杂壳体。在当年,我们研究所与美国HR-textron公司洽谈合作项目,对方要求我们加工生产伺服阀的功率级三大件——阀体、阀套和阀芯,年订货量为1500套。但是研究所当时仅有一台立卧转换五轴四联动加工中心,要达成这样的工作量,在当时是非常艰难的,也就是从那时起,让我意识到我们对高效切削方面的尝试不应停止。

如何实现“集成油路多孔系结构复杂壳体”的高效加工,一直是我们的“痛”。因为其结构特点是使用了强化不锈钢材料,结构紧凑,多孔系。其孔的种类包括螺纹盲孔、螺堵孔、深孔(径长比大于1:6,有些甚至到1:10)、交叉的空间角度斜孔、多环形密封槽的内孔及定位销孔,除此之外还包括端面的环形密封槽。

近年来,我们一直在对集成油路多孔系结构复杂壳体加工进行一系列改进。在内孔加工方面,我们将使用反复退屑的麻花钻,改变为使用带内冷的麻花钻,进而采用高切削效率的U钻、枪钻;将内孔由钻削+粗镗,改为一次钻削到半精加工状态。对于螺纹盲孔的加工也从只是在数控机床上加工螺纹底孔,改变为高效率的刚性攻丝和无屑挤压丝锥加工;多环形密封槽的内孔加工,从原来必须将其从加工中心上拆卸下来,改变为可在车床上加工,变成了用T型铣刀在加工中心上完成,并发展成现在的复合刀具多个环形槽一次加工完成。外表面上的台阶,都是采用波形刃立铣刀来实现大切削量的高效加工方式。现用刀具大部分是整体硬质合金加各种涂层,其中U钻和枪钻的使用,使切削效率提高了5倍以上,挤压丝锥、玉米铣(波形刃立铣刀)及多刃复合铣等的使用效率都有数倍的提升。

值得一提的是,平行式纵切车床的这种加工方式,是在同一时间节点上,对零件采用正反多刀同时参与外圆的切削(可使径向切削力得以抵消),并可以复合以内孔加工,以及在圆柱面上的平面铣削,这种同时参与切削的方式,通常属于所说的“并行”作业方式,与“串行”方式相比,工作效率的提升幅度可想而知。

所以在我看来,高效切削分为两个层面:第一,充分利用现有设备资源,通过挖潜和对高效刀具的使用,使切削效率得到提升;第二,依靠技术改造为项目增加设备,以此作为支撑,可充分进行调研,更合理的配置高性能的设备和使用新技术,更大范围地实行高校切削。

在智能制造方面,高效切削固然重要,但是前期的设计和工艺安排方面的合理性则在工作过程中表现的更为直接,例如用精铸、模锻及超速成型等近净成型工艺大幅降低切削余量。

在此之后,就刀具而言,其供货商可以把刀具研发的加工试验数据打包,作为切削参数的专家系统,以软件形式交给客户,让客户在采购刀具时,除了得到硬件的支持外,也能够获得可应用的专家系统。使用时,将刀具的材料和热处理硬度、塑和脆性数据输入后,得到推荐的最佳切削使用参数(如果可对机床主轴的扭矩和功率方面的有效采集,还可以通过扭矩和功率的提升数据,预判刀具寿命,为及时更换刀具提供支撑),这无疑会最大限度地实现高效切削成为可能。

除以上各点,对刀具进行合理的冷却和润滑处理,如极压润滑油润滑、高压油雾微量润滑和刀具冷却以及低温润滑,均是高效切削的保证和支持。同时,对冷却液的合理选择还是实现绿色制造的有效途径。

我认为,高效切削不只用于铣加工中心,在车削中淬火钢硬车和以车代磨,在磨削中大切深蠕动缓进给磨削等,均属于高效切削范畴。另外,多轴机床的使用,也是提高切削效率的有效手段之一。对于高效切削在未来的发展与应用,我期待超声振动刀柄,配合在不同刀具上实现在普通加工中心上的超声振动加工。