切削-滾壓復(fù)合加工

近年來(lái)，對(duì)油缸缸筒的加工刀具，在能力和效率等方面的要求發(fā)生了明顯的變化。由于需要加工的缸筒直徑和長(zhǎng)度范圍有明顯的擴(kuò)大，此外還有材質(zhì)的變化，以及需要消除所加工缸筒不理想的尺寸精度和形狀精度。同時(shí)，市場(chǎng)需要刀具能柔性用于不同類(lèi)型的缸筒加工，以及通過(guò)減少基本時(shí)間和輔助時(shí)間來(lái)獲得高的生產(chǎn)率。
　　總部設(shè)在德國(guó)下薩克森州Celle的Ecoroll股份公司除了開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)硬化滾壓和光整滾壓工具外，還開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)液壓油缸孔加工的刀具系統(tǒng)。Omega和RIO積木式系統(tǒng)的新結(jié)構(gòu)也是屬于這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域里的產(chǎn)品。
　　目前，液壓油缸是由冷拔或熱軋的管子來(lái)制造的。管子的直徑范圍為(38～500)毫米。其長(zhǎng)度范圍約從200毫米到18000毫米。冷拔缸筒的內(nèi)孔加工主要是采用鏜削和光整滾壓工藝。珩磨工藝應(yīng)用越來(lái)越少，愈來(lái)愈多地由鏜削和滾壓這種復(fù)合加工工藝所取代。熱軋管在精加工之前擴(kuò)孔是不可缺少的工序。迄今，利用復(fù)合刀具同時(shí)進(jìn)行鏜削和滾壓，或者進(jìn)行擴(kuò)孔、鏜削和滾壓絕對(duì)是液壓油缸進(jìn)行內(nèi)孔加工最經(jīng)濟(jì)的加工工藝。
　　強(qiáng)制進(jìn)行工藝改進(jìn)
　　持續(xù)以先進(jìn)的工藝來(lái)加工和光整液壓油缸的缸筒，需要堅(jiān)持不懈的改進(jìn)和開(kāi)發(fā)復(fù)合加工用的刀具。缸筒坯件存在著較大的直徑偏差和較大的圓度誤差(棱形和橢圓)，不良螺旋波紋后果的產(chǎn)生(圖1)以及孔中心線(xiàn)偏移范圍達(dá)0.5mm和(200～600)mm的波紋長(zhǎng)度而大大增加了波紋度，這促使需要開(kāi)發(fā)先進(jìn)的缸筒精加工工藝(缸筒坯件的直徑和形狀誤差是由鋼管的冷拔制作和校直過(guò)程中造成的。采用常規(guī)的鏜刀頭進(jìn)行鏜削，只能部分消除這些誤差。所以當(dāng)管子在鏜削和滾壓后，就在整個(gè)管子長(zhǎng)度上出現(xiàn)了螺旋狀的波紋。—譯注)。加工長(zhǎng)度高達(dá)18m和加工直線(xiàn)度偏差達(dá)2mm/m的管子。即使是管子的經(jīng)濟(jì)也會(huì)使要求發(fā)生變化。按照發(fā)展趨勢(shì)，管子的強(qiáng)度會(huì)進(jìn)一步提高，硬度的分布會(huì)變得不均勻，從而擴(kuò)大了表面缺陷。工業(yè)部門(mén)的另一個(gè)要求是提高生產(chǎn)率。需要縮短加工時(shí)間，提高設(shè)備利用率，便于更換易損件和能快速調(diào)整刀具。通過(guò)提高易損件的使用壽命以實(shí)現(xiàn)附加的降低成本。
　　

圖1.液壓油缸缸筒不良的螺旋波紋效果，促使對(duì)孔加工刀具提出高要求。
　　Omega系統(tǒng)減少圓度誤差
　　在最近幾年里，Ecoroll公司研發(fā)并獲得了專(zhuān)利權(quán)的Omega系統(tǒng)在市場(chǎng)上成功地站穩(wěn)了腳跟。Omega系統(tǒng)通常是規(guī)定用來(lái)配備裝有三個(gè)鏜刀的鏜刀頭的(可供選擇：裝有兩個(gè)鏜刀的鏜刀頭供要求較低的情況使用，裝有六個(gè)鏜刀的鏜刀頭供要求較高的情況使用)。所有鏜刀整個(gè)是利用一個(gè)浮動(dòng)布置的錐體來(lái)支撐，并保持鏜刀在一定的直徑上(圖2)。這個(gè)錐體用來(lái)集中調(diào)整鏜刀的直徑。對(duì)于較長(zhǎng)調(diào)整行程的情況，通過(guò)返回液壓裝置來(lái)使處于靜止?fàn)顟B(tài)的鏜刀縮回(圖3)。
　　

圖2.在Omega系統(tǒng)是利用了一個(gè)浮動(dòng)布置的錐體來(lái)支撐鏜刀，
并使鏜刀保持在一定的直徑上。
　　

圖3.縱向截面：對(duì)于較長(zhǎng)的移動(dòng)行程，
錐體通過(guò)返回液壓裝置使處在靜止?fàn)顟B(tài)的鏜刀產(chǎn)生退刀移動(dòng)。
　　用戶(hù)可以獲得很多使用上的好處：
　　較好的圓度和圓柱度，避免或者減少螺旋波紋效果。
　　通過(guò)較高的切削速度和較大的進(jìn)給速度縮短了加工時(shí)間。
　　可以采用較大的切削深度。
　　較長(zhǎng)的刀刃使用壽命。
　　顯著縮短輔助時(shí)間。
　　刀具直徑調(diào)整較簡(jiǎn)單。
　　易損件更換十分簡(jiǎn)便。
　　Omega系統(tǒng)的性能和使用效果說(shuō)明了一個(gè)在原始姿態(tài)下具有0.5圓度誤差的冷拔管子，在經(jīng)過(guò)一道加工工序(鏜削和滾壓)后，圓度誤差減小到0.01，這在圓度方面得到了明顯的改善。
　　Omega系統(tǒng)還有利于減小管子軸向方向上的波紋度。為此，隨后對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析計(jì)算，由管子在原始狀態(tài)下的0.2mm波紋度，經(jīng)一道加工工序后波紋度減小到0.06mm。
　　刀具匹配較高的電機(jī)功率
　　迄今，Omega系統(tǒng)在刀具/工具結(jié)構(gòu)系列RDO得到了應(yīng)用。最初是局限于歐洲地區(qū)，因?yàn)橹挥性谶@里才有被認(rèn)可控制循環(huán)的缸筒加工機(jī)經(jīng)濟(jì)。在國(guó)際大范圍里，絕大部分的機(jī)經(jīng)濟(jì)是有著與前者相反的控制循環(huán)和在套筒中設(shè)有快速液壓連接裝置。為了這個(gè)刀具市場(chǎng)，Ecoroll公司在RDO系列的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了新的RIO刀具結(jié)構(gòu)系列，這個(gè)結(jié)構(gòu)系列的刀具是可以同時(shí)應(yīng)用于存在在國(guó)際市場(chǎng)上的機(jī)經(jīng)濟(jì)。
　　為了滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)較短加工時(shí)間和較高切削效率的要求，當(dāng)今用于進(jìn)行鏜削和滾壓的機(jī)床至少裝有50kW的電動(dòng)機(jī)功率，而用于同時(shí)進(jìn)行三個(gè)加工工藝(擴(kuò)孔，鏜孔和滾壓)的機(jī)床則裝備了75KW的電機(jī)功率。相應(yīng)地配備有較高轉(zhuǎn)矩。這增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)系列R10的刀具。此外，為了加工大直徑管子，采用了直徑為20mm的滾壓滾柱。對(duì)于這個(gè)結(jié)構(gòu)系列的所有規(guī)格推薦采用統(tǒng)一的100巴的操作控制壓力。在進(jìn)行整個(gè)加工期間必須要維持壓力。加工到管子的末端壓力降低，鏜刀縮入鏜刀頭，滾壓頭松開(kāi)。
　　因此，刀具結(jié)構(gòu)系列RI0是一種獨(dú)立的刀具系列，其備件除了刀片外，而對(duì)于同樣規(guī)格的直徑，除了滾柱和保持架之外，是不能與結(jié)構(gòu)系列RDO進(jìn)行互換的。
　　在擬訂刀具結(jié)構(gòu)系列時(shí)是考慮了在缸筒加工時(shí)的各種不同的要求(見(jiàn)表)。為了加工長(zhǎng)度高達(dá)18m和(38～400)mm直徑范圍的長(zhǎng)管，設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)系列RI0K。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系列的鏜刀頭制造成類(lèi)似于人們所熟悉的RDO型那種結(jié)構(gòu)。它使用比較靈活，通過(guò)一個(gè)快速連接裝置與鏜桿進(jìn)行連接。導(dǎo)向條布置在鏜刀頭的整個(gè)長(zhǎng)度上，如對(duì)于加工長(zhǎng)度超過(guò)4m的管子就需要這樣的鏜刀頭。所以，即使是加工長(zhǎng)度高達(dá)18m的管子，這種刀具可以消除擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)和補(bǔ)償由于彎曲和套管直線(xiàn)度偏差所引起的同軸度誤差。

　　
　　對(duì)于這種模式的刀具，即使是小直徑范圍(38mm～60mm)也采用了三個(gè)鏜刀和串聯(lián)的刀刃。因?yàn)�，最大的加工長(zhǎng)度取決于套管的彎曲特性，加工達(dá)10m長(zhǎng)，管徑較小的缸筒，通常只有借助于加固的套管才是可能的。
　　專(zhuān)門(mén)為加工(0.4～1.5)m長(zhǎng)和(60～400)mm直徑范圍的短管設(shè)計(jì)了RI0L刀具結(jié)構(gòu)系列，與RIOK相比，這種刀具比較簡(jiǎn)單并縮短了長(zhǎng)度。鏜刀頭通過(guò)快速連接裝置直接并剛性地同刀桿進(jìn)行連接。鏜刀利用彈簧單元而保持在一定的位置。這種刀具配備有較短的導(dǎo)向條。裝導(dǎo)向條的其余空槽處用鋼質(zhì)填塊嵌上。因此，對(duì)于這樣結(jié)構(gòu)的刀具就可避免把切屑擠入導(dǎo)向條，并由此完全避免產(chǎn)生退刀痕。刀具直徑的調(diào)整，如像所有其他的變型結(jié)構(gòu)系列那樣，同樣是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)在刀具前端部處的內(nèi)六角扳手孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)RIO變型刀具結(jié)構(gòu)系列經(jīng)少許的改變就得到RIOF型刀具結(jié)構(gòu)，不同的是這種刀具采用了較長(zhǎng)的導(dǎo)向條。通過(guò)刀具在套筒中良好的導(dǎo)向，因此可以加工達(dá)4.5m長(zhǎng)的管子。通過(guò)簡(jiǎn)單交換導(dǎo)向條就可以從RIOL改裝成RIOF。
　　刀具結(jié)構(gòu)系列RIO的另一種變型是RIOA。添加了一個(gè)擴(kuò)孔刀頭，復(fù)合的鏜削和滾壓工藝補(bǔ)充了擴(kuò)孔加工工藝。目前，可以采用這種同時(shí)實(shí)現(xiàn)三種加工工藝的刀具，在一道加工工序中來(lái)對(duì)熱軋的鋼管進(jìn)行擴(kuò)、鏜和光整滾壓。鏜削刀頭是與RIOF型的鏜削刀頭一樣的。在這里將法蘭拆卸后，擴(kuò)孔刀頭就可以同針對(duì)較大刀具長(zhǎng)度的調(diào)整裝置裝在一起。擴(kuò)孔刀具配備有三個(gè)各裝有一把擴(kuò)孔刀的刀座。三個(gè)硬質(zhì)合金導(dǎo)向條用于刀具實(shí)際上不存在間隙的徑向?qū)�向支撐，從而確保所需的具有最大誤差為0.5/m的孔的直線(xiàn)度。