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北京衛星制造廠向加工要效益

2015-3-3 來源：數控機床市場網作者：瓦爾特

應用案例

航空航天結構件鈦合金鋁合金高速加工

向加工要效益

隸屬于中國航天科技集團公司第五研究院的北京衛星制造廠，創建于1958年，是中國第一顆人造地球衛星“東方紅一號”和中國第一艘飛船“神舟一號”的誕生地。經過多年的努力，北京衛星制造廠已經發展成為專門從事航天器制造的國有大型企業，掌握國內領先的大型金屬結構數控加工、精密加工、復合材料結構制造、大型薄壁金屬結構焊接及管路焊接、表面涂層、無損檢測和星上二次電源研制、機電一體化產品研制和電子裝聯等具有鮮明航天特色的核心技術。

“十五”期間，不少軍工企業引進了大量高檔數控機床，但由于當時工藝技術落后，基礎技術及配套和管理跟不上，部分企業的數控設備使用效率不高，嚴重制約了高速機床性能的發揮。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科研計劃中安排了高效切削工藝技術專項，開展技術攻關和示范應用，并在全行業開展國防科技工業千臺數控機床增效工程，全面推廣應用先進數控技術和數字化集成制造技術。北京衛星制造廠（以下簡稱衛星廠）作為航天科技集團的技術支持單位，率先開展這項工作，通過優化切削工藝向加工要效益，收到了很好的成效。

可轉位刀具助力增效降本

在鋁合金工件的粗加工中，衛星廠使用可轉位刀具替代傳統的硬質合金刀具，實現了效率和成本的雙贏。

可轉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揮了重要作用。可轉位刀具設計精巧，加工中刀具發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。衛星廠機電產品事業部副部長張加波從事機加工多年，他對此感受頗深：以前，衛星廠使用硬質合金刀具加工型腔類零件，刀具磨損嚴重，且需要經常更換刀具進行修磨。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80%～90%。采用硬質合金刀具加工該工件時，刀具的長徑比大（＞10），工藝系統剛性差，刀具易產生振動，加工效率低下，加工一個工件需要2周的時間。采用瓦爾特的可轉位刀具后，衛星廠對工藝路徑進行了優化，現在5～6天就可完成一個工件的加工。

可轉位刀具的刀體壽命極長，分攤到單個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，使用成本低于傳統的硬質合金刀具。此外，涂層刀片的磨損非常小，互換性強，存在可優化空間。

經濟的高精、高效車削加工

航天器中的大量機構關節類零件的加工精度要求極高，達到2～3μm。為確保這些軸、盤類回轉體零件的加工精度，衛星廠在先進的肖不林車床上采用硬質合金刀具進行加工。實踐證明，萬能的刀具是不存在的。最初，衛星廠為了方便刀具管理，在車削加工中也全部使用硬質合金刀具。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，衛星廠決定嘗試進行改變，選用一種更為經濟的加工方式。

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。經過對多家產品的綜合比較后，衛星廠決定采用“肖不林車床+瓦爾特車刀”的組合，加工這些軸、盤類回轉體零件。實踐證明，瓦爾特在車削加工方面的優勢十分突出，其車刀產品性能優異，具有很好的性價比。同時，瓦爾特的車削專家還幫助北京衛星廠規劃并優化了整個加工流程，找出薄弱環節，從而提升了肖不林機床的加工能力。

非標刀具解決加工瓶頸

品質高、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質量問題，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，結構復雜，普通標準刀具無法滿足加工要求，只能采用特制的非標刀具。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行加工，這是普通刀具無法實現的。為了解決這一瓶頸問題，衛星廠采用了由刀具制造商瓦爾特生產的T型槽銑刀。Protostar N12 系列T型槽銑刀由優質高速鋼制成，可用于T型槽成型銑削，也可以用來反銑工件背側平面，實現普通銑刀無法滿足的應用需求。該刀具的特點是設計精巧，穩定性好，加工精度高，能夠滿足使用要求，且交貨速度快。

在實際生產中，因加工導致尺寸超差的質量問題一直是困擾提高加工效率的關鍵問題，這也是很多生產企業引進歐洲先進機床卻達不到預期效能，成本居高不下、生產效率上不去的主要原因。對此，南京航空航天大學機電學院李亮教授的觀點十分明確，先進刀具技術的應用一定要建立在實際使用的基礎上，不能照搬國外的經驗。而非標刀具必須根據實際應用情況為用戶定制，這對刀具供應商提出了更高的要求，必須有一支專業化的銷售和技術服務團隊進行支持。目前，衛星廠使用的刀具中非標定制的比例高達30%～40%。因此，在選擇刀具供應商時衛星廠十分慎重，可靠的產品固然重要，而可靠的服務和技術支持也是必須的。

工欲善其事，必先利其器

在機加工過程中，刀具的選擇和參數的確定十分重要，決定了機床設備的加工性能和加工效率。無論機床設備多么先進，如果沒有先進適用的刀具支持，那么其優異性能也是無法正常發揮出來的。

以衛星制造廠的經驗來看，雖然機床的更新換代周期很長，但切削技術的革新卻在日新月益，這對提升機加工的效率和質量具有重大意義。刀具的選用需要結合實際加工情況，先進適用的刀具加上合理的加工參數，才能最大限度地發揮高速機床的性能，降低加工成本。此外，生產一線的技術人員也需要不斷進行知識更新，以及時對現有的加工方式及使用刀具進行調整。

在為用戶提供刀具產品的同時，瓦爾特更加關注如何讓用戶更好地應用其刀具提高生產效率。正如張加波副部長所談及的，每個優秀的刀具品牌都有著自己的特點和特長，生產企業只有根據自身的設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，讓衛星廠受益匪淺。