切削-滾壓復(fù)合加工

近年來，對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)，市場需要刀具能柔性用于不同類型的缸筒加工，以及通過減少基本時(shí)間和輔助時(shí)間來獲得高的生產(chǎn)率。
　　總部設(shè)在德國下薩克森州Celle的Ecoroll股份公司除了開發(fā)和生產(chǎn)硬化滾壓和光整滾壓工具外，還開發(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制造的。管子的直徑范圍為(38～500)毫米。其長度范圍約從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)用越來越少，愈來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)以及孔中心線偏移范圍達(dá)0.5mm和(200～600)mm的波紋長度而大大增加了波紋度，這促使需要開發(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)管子長度上出現(xiàn)了螺旋狀的波紋。—譯注)。加工長度高達(dá)18m和加工直線度偏差達(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，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)并獲得了專利權(quán)的Omega系統(tǒng)在市場上成功地站穩(wěn)了腳跟。Omega系統(tǒng)通常是規(guī)定用來配備裝有三個(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)布置的錐體來支撐，并保持鏜刀在一定的直徑上(圖2)。這個(gè)錐體用來集中調(diào)整鏜刀的直徑。對于較長調(diào)整行程的情況，通過返回液壓裝置來使處于靜止?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)布置的錐體來支撐鏜刀，
并使鏜刀保持在一定的直徑上。
　　

圖3.縱向截面：對于較長的移動(dòng)行程，
錐體通過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)整較簡單。
　　易損件更換十分簡便。
　　Omega系統(tǒng)的性能和使用效果說明了一個(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，Ecoroll公司在RDO系列的基礎(chǔ)上開發(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)用于存在在國際市場上的機(jī)經(jīng)濟(jì)。
　　為了滿足市場對較短加工時(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。
　　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(見表)。為了加工長度高達(dá)18m和(38～400)mm直徑范圍的長管，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)長度上，如對于加工長度超過4m的管子就需要這樣的鏜刀頭。所以，即使是加工長度高達(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度偏差所引起的同軸度誤差。

　　
　　對于這種模式的刀具，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)�，最大的加工長度取決于套管的彎曲特性，加工達(dá)10m長，管徑較小的缸筒，通常只有借助于加固的套管才是可能的。
　　專門為加工(0.4～1.5)m長和(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，這種刀具比較簡單并縮短了長度。鏜刀頭通過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，同樣是通過轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)在刀具前端部處的內(nèi)六角扳手孔來實(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的導(dǎo)向條。通過刀具在套筒中良好的導(dǎo)向，因此可以加工達(dá)4.5m長的管子。通過簡單交換導(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對熱軋的鋼管進(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較大刀具長度的調(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的孔的直線度。