“十五”期間，不少軍工企業(yè)引進(jìn)了大量高檔數(shù)控機床，但由于當(dāng)時工藝技術(shù)落后，基礎(chǔ)技術(shù)及配套和管理跟不上，部分企業(yè)的數(shù)控設(shè)備使用效率不高，嚴(yán)重制約了高速機床性能的發(fā)揮。為了提高高速機床的加工效率和利用率，國防科工委在國防基礎(chǔ)科研計劃中安排了高效切削工藝技術(shù)專項，開展技術(shù)攻關(guān)和示范應(yīng)用，并在全行業(yè)開展國防科技工業(yè)千臺數(shù)控機床增效工程，全面推廣應(yīng)用先進(jìn)數(shù)控技術(shù)和數(shù)字化集成制造技術(shù)。北京衛(wèi)星制造廠(以下簡稱衛(wèi)星廠)作為航天科技集團(tuán)的技術(shù)支持單位，率先開展這項工作，通過優(yōu)化切削工藝向加工要效益，收到了很好的成效。
可轉(zhuǎn)位刀具助力增效降本
在鋁合金工件的粗加工中，衛(wèi)星廠使用可轉(zhuǎn)位刀具替代傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金刀具，實現(xiàn)了效率和成本的雙贏。
可轉(zhuǎn)位刀具在提高鋁合金工件粗加工到半精加工的效率方面發(fā)揮了重要作用。可轉(zhuǎn)位刀具設(shè)計精巧,加工中刀具發(fā)生磨損時只需更換刀片而無需從機床上拆卸刀體,從而大大縮短了機床的停機時間。衛(wèi)星廠機電產(chǎn)品事業(yè)部副部長張加波從事機加工多年，他對此感受頗深：以前，衛(wèi)星廠使用硬質(zhì)合金刀具加工型腔類零件，刀具磨損嚴(yán)重，且需要經(jīng)常更換刀具進(jìn)行修磨。不僅如此，完成一個型腔的加工至少要30多分鐘的時間。而采用瓦爾特的可轉(zhuǎn)位刀具后，一個型腔的加工只需5分鐘就可完成，而且刀具成本也顯著下降。例如，加工航天器上的陀螺支架，需要在一個長方體的鋁合金材料上加工出多個繁雜的腔體，材料去除率高達(dá)80%～90%。采用硬質(zhì)合金刀具加工該工件時，刀具的長徑比大(>10)，工藝系統(tǒng)剛性差，刀具易產(chǎn)生振動，加工效率低下，加工一個工件需要2周的時間。采用瓦爾特的可轉(zhuǎn)位刀具后，衛(wèi)星廠對工藝路徑進(jìn)行了優(yōu)化，現(xiàn)在5～6天就可完成一個工件的加工。
可轉(zhuǎn)位刀具的刀體壽命極長,分?jǐn)偟絾蝹€工件上的加工成本可忽略不計,且更換刀片的成本比修磨焊接刀具的成本低得多，因此，使用成本低于傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金刀具。此外，涂層刀片的磨損非常小，互換性強，存在可優(yōu)化空間。
經(jīng)濟(jì)的高精、高效車削加工
航天器中的大量機構(gòu)關(guān)節(jié)類零件的加工精度要求極高，達(dá)到2～3μm。為確保這些軸、盤類回轉(zhuǎn)體零件的加工精度，衛(wèi)星廠在先進(jìn)的肖不林車床上采用硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行加工。實踐證明，萬能的刀具是不存在的。最初，衛(wèi)星廠為了方便刀具管理，在車削加工中也全部使用硬質(zhì)合金刀具。由于車刀的刀片角度并不是真正意義上的“尖”，而是帶有一定的弧度，且這個弧度在刀具的修磨過程中非常難以控制，盡管北京衛(wèi)星廠擁有自己的刀具修磨車間，但車刀的使用成本仍然一直居高不下。為此，衛(wèi)星廠決定嘗試進(jìn)行改變，選用一種更為經(jīng)濟(jì)的加工方式。
更長的刀具壽命、流暢的切屑排除和更短的加工時間是車削加工中十分重要的指標(biāo)。經(jīng)過對多家產(chǎn)品的綜合比較后，衛(wèi)星廠決定采用“肖不林車床+瓦爾特車刀”的組合，加工這些軸、盤類回轉(zhuǎn)體零件。實踐證明，瓦爾特在車削加工方面的優(yōu)勢十分突出，其車刀產(chǎn)品性能優(yōu)異，具有很好的性價比。同時，瓦爾特的車削專家還幫助北京衛(wèi)星廠規(guī)劃并優(yōu)化了整個加工流程，找出薄弱環(huán)節(jié)，從而提升了肖不林機床的加工能力。
非標(biāo)刀具解決加工瓶頸
品質(zhì)高、精度高、批量小及加工難度大,是航天器零件的典型特征.如果加工過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題,那么整個工件都將報廢，從而影響到航天器的制造周期和成本。此外，航天器上的很多部件形狀獨特，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普通標(biāo)準(zhǔn)刀具無法滿足加工要求，只能采用特制的非標(biāo)刀具。例如，在航天器艙體的組合加工中需要將刀具伸到工件背面進(jìn)行加工，這是普通刀具無法實現(xiàn)的。為了解決這一瓶頸問題，衛(wèi)星廠采用了由刀具制造商瓦爾特生產(chǎn)的T型槽銑刀。Protostar N12 系列T型槽銑刀由優(yōu)質(zhì)高速鋼制成，可用于T型槽成型銑削，也可以用來反銑工件背側(cè)平面，實現(xiàn)普通銑刀無法滿足的應(yīng)用需求。該刀具的特點是設(shè)計精巧，穩(wěn)定性好，加工精度高，能夠滿足使用要求，且交貨速度快。
在實際生產(chǎn)中,因加工導(dǎo)致尺寸超差的質(zhì)量問題一直是困擾提高加工效率的關(guān)鍵問題,這也是很多生產(chǎn)企業(yè)引進(jìn)歐洲先進(jìn)機床卻達(dá)不到預(yù)期效能，成本居高不下、生產(chǎn)效率上不去的主要原因。對此，南京航空航天大學(xué)機電學(xué)院李亮教授的觀點十分明確，先進(jìn)刀具技術(shù)的應(yīng)用一定要建立在實際使用的基礎(chǔ)上，不能照搬國外的經(jīng)驗。而非標(biāo)刀具必須根據(jù)實際應(yīng)用情況為用戶定制，這對刀具供應(yīng)商提出了更高的要求，必須有一支專業(yè)化的銷售和技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊進(jìn)行支持。目前，衛(wèi)星廠使用的刀具中非標(biāo)定制的比例高達(dá)30%～40%。因此，在選擇刀具供應(yīng)商時衛(wèi)星廠十分慎重，可靠的產(chǎn)品固然重要，而可靠的服務(wù)和技術(shù)支持也是必須的。
工欲善其事，必先利其器
在機加工過程中，刀具的選擇和參數(shù)的確定十分重要，決定了機床設(shè)備的加工性能和加工效率。無論機床設(shè)備多么先進(jìn)，如果沒有先進(jìn)適用的刀具支持，那么其優(yōu)異性能也是無法正常發(fā)揮出來的。
以衛(wèi)星制造廠的經(jīng)驗來看，雖然機床的更新?lián)Q代周期很長，但切削技術(shù)的革新卻在日新月益，這對提升機加工的效率和質(zhì)量具有重大意義。刀具的選用需要結(jié)合實際加工情況，先進(jìn)適用的刀具加上合理的加工參數(shù)，才能最大限度地發(fā)揮高速機床的性能，降低加工成本。此外，生產(chǎn)一線的技術(shù)人員也需要不斷進(jìn)行知識更新，以及時對現(xiàn)有的加工方式及使用刀具進(jìn)行調(diào)整。
在為用戶提供刀具產(chǎn)品的同時，瓦爾特更加關(guān)注如何讓用戶更好地應(yīng)用其刀具提高生產(chǎn)效率。正如張加波副部長所談及的，每個優(yōu)秀的刀具品牌都有著自己的特點和特長，生產(chǎn)企業(yè)只有根據(jù)自身的設(shè)備條件和加工要求正確選擇和使用刀具，才能獲得理想的回報。與瓦爾特的合作，讓衛(wèi)星廠受益匪淺。
圖1：北京衛(wèi)星制造廠機電產(chǎn)品事業(yè)部副部長張加波
圖2：品質(zhì)高、精度高、批量小及加工難度大，是航天器零件的典型特征。如果加工過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題，那么整個工件都將報廢，從而影響到航天器的制造周期和成本。
圖4：瓦爾特Protostar N12 系列T型槽銑刀系列按涂層不同有兩大類，無涂層的因比較鋒利，適合加工鋁合金材料;TiCN涂層的適合加工鋼件，可延長刀具壽命。