切削-滚压复合加工

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近年来，对油缸缸筒的加工刀具，在能力和效率等方面的要求发生了明显的变化。由于需要加工的缸筒直径和长度范围有明显的扩大，此外还有材质的变化，以及需要消除所加工缸筒不理想的尺寸精度和形状精度。同时，市场需要刀具能柔性用于不同类型的缸筒加工，以及通过减少基本时间和辅助时间来获得高的生产率。
总部设在德国下萨克森州Celle的Ecoroll股份公司除了开发和生产硬化滚压和光整滚压工具外，还开发和生产液压油缸孔加工的刀具系统。Omega和RIO积木式系统的新结构也是属于这个技术领域里的产品。
目前，液压油缸是由冷拔或热轧的管子来制造的 。管子的直径范围为（38～500）毫米。其长度范围约从200毫米到18000毫米。冷拔缸筒的内孔加工主要是采用镗削和光整滚压工艺。珩磨工艺应用越来越少，愈来愈多地由镗削和滚压这种复合加工工艺所取代。热轧管在精加工之前扩孔是不可缺少的工序。迄今，利用复合刀具同时进行镗削和滚压，或者进行扩孔、镗削和滚压绝对是液压油缸进行内孔加工最经济的加工工艺。
; C" U) o$ T9 r! S+ L. v. k强制进行工艺改进
持续以先进的工艺来加工和光整液压油缸的缸筒，需要坚持不懈的改进和开发复合加工用的刀具。缸筒坯件存在着较大的直径偏差和较大的圆度误差（棱形和椭圆），不良螺旋波纹后果的产生（图1）以及孔中心线偏移范围达0.5 mm和(200～600) mm的波纹长度而大大增加了波纹度，这促使需要开发先进的缸筒精加工工艺（缸筒坯件的直径和形状误差是由钢管的冷拔制作和校直过程中造成的。采用常规的镗刀头进行镗削，只能部分消除这些误差。所以当管子在镗削和滚压后，就在整个管子长度上出现了螺旋状的波纹。—译注）。加工长度高达18m和加工直线度偏差达2 mm/m的管子。即使是管子的材料也会使要求发生变化。按照发展趋势，管子的强度会进一步提高，硬度的分布会变得不均匀，从而扩大了表面缺陷。工业部门的另一个要求是提高生产率。需要缩短加工时间，提高设备利用率，便于更换易损件和能快速调整刀具。通过提高易损件的使用寿命以实现附加的降低成本。
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图1. 液压油缸缸筒不良的螺旋波纹效果，促使对孔加工刀具提出高要求。Omega 系统减少圆度误差
( L4 K9 q* g- ]) f8 [在最近几年里，Ecoroll公司研发并获得了专利权的Omega系统在市场上成功地站稳了脚跟。Omega系统通常是规定用来配备装有三个镗刀的镗刀头的（可供选择：装有两个镗刀的镗刀头供要求较低的情况使用，装有六个镗刀的镗刀头供要求较高的情况使用）。所有镗刀整个是利用一个浮动布置的锥体来支撑，并保持镗刀在一定的直径上（图2）。这个锥体用来集中调整镗刀的直径。对于较长调整行程的情况，通过返回液压装置来使处于静止状态的镗刀缩回（图3）。
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图2. 在Omega系统是利用了一个浮动布置的锥体来支撑镗刀，
- K( V3 f" N6 p( j8 X. ]$ ?- K并使镗刀保持在一定的直径上。

% g% F/ H4 }7 g$ T7 E* H" z图3. 纵向截面：对于较长的移动行程，
0 K! _# _$ T3 J# s$ R锥体通过返回液压装置使处在静止状态的镗刀产生退刀移动。用户可以获得很多使用上的好处：
' h' F3 A1 D2 x6 c/ _较好的圆度和圆柱度，避免或者减少螺旋波纹效果。
' I* g4 u% v  P0 D6 Y8 d通过较高的切削速度和较大的进给速度缩短了加工时间。
可以采用较大的切削深度。
9 e* O. y7 \9 H& M* }4 w, Y较长的刀刃使用寿命。
, Q  Y, g4 v2 o& K8 e9 s显著缩短辅助时间。
刀具直径调整较简单。
易损件更换十分简便。
Omega系统的性能和使用效果说明了一个在原始姿态下具有0.5圆度误差的冷拔管子，在经过一道加工工序（镗削和滚压）后，圆度误差减小到0.01，这在圆度方面得到了明显的改善。
6 b# j# t4 `  l- ]5 q1 A7 R" rOmega系统还有利于减小管子轴向方向上的波纹度。为此，随后对刀具运动机构进行了分析计算，由管子在原始状态下的0.2 mm波纹度，经一道加工工序后波纹度减小到0.06 mm。
( {2 Z4 G' M# Y, L3 |* W% B刀具匹配较高的电机功率
/ u( L' Y3 \- i9 n迄今，Omega系统在刀具/工具结构系列RDO得到了应用。最初是局限于欧洲地区，因为只有在这里才有被认可控制循环的缸筒加工机床。在国际大范围里，绝大部分的机床是有着与前者相反的控制循环和在套筒中设有快速液压连接装置。为了这个刀具市场，Ecoroll公司在RDO系列的基础上开发了新的RIO刀具结构系列，这个结构系列的刀具是可以同时应用于存在在国际市场上的机床。
为了满足市场对较短加工时间和较高切削效率的要求，当今用于进行镗削和滚压的机床至少装有50 kW的电动机功率，而用于同时进行三个加工工艺（扩孔，镗孔和滚压）的机床则装备了75 KW的电机功率。相应地配备有较高转矩。这增强了结构系列R10的刀具。此外，为了加工大直径管子，采用了直径为20 mm的滚压滚柱。对于这个结构系列的所有规格推荐采用统一的100巴的操作控制压力。在进行整个加工期间必须要维持压力。加工到管子的末端压力降低，镗刀缩入镗刀头，滚压头松开。
# J" u/ @% O. Z1 T5 N+ e1 n& G- a因此，刀具结构系列RI0是一种独立的刀具系列，其备件除了刀片外，而对于同样规格的直径，除了滚柱和保持架之外，是不能与结构系列RDO进行互换的。
  W/ E+ ^, L4 D% `3 e9 p+ L在拟订刀具结构系列时是考虑了在缸筒加工时的各种不同的要求（见表）。为了加工长度高达18 m和（38～400）mm直径范围的长管，设计了标准系列RI0K。这个标准系列的镗刀头制造成类似于人们所熟悉的RDO型那种结构。它使用比较灵活，通过一个快速连接装置与镗杆进行连接。导向条布置在镗刀头的整个长度上，如对于加工长度超过4 m的管子就需要这样的镗刀头。所以，即使是加工长度高达18 m的管子，这种刀具可以消除摆动运动和补偿由于弯曲和套管直线度偏差所引起的同轴度误差。
  R0 s- x4 T7 D. C0 w 对于这种模式的刀具，即使是小直径范围（38 mm～60 mm）也采用了三个镗刀和串联的刀刃。因为，最大的加工长度取决于套管的弯曲特性，加工达10 m长，管径较小的缸筒，通常只有借助于加固的套管才是可能的。
7 C  r0 j1 {! k# Q% |- Q; H专门为加工（0.4～1.5）m长和（60～400）mm直径范围的短管设计了RI0L刀具结构系列，与RIOK相比，这种刀具比较简单并缩短了长度。镗刀头通过快速连接装置直接并刚性地同刀杆进行连接。镗刀利用弹簧单元而保持在一定的位置。这种刀具配备有较短的导向条。装导向条的其余空槽处用钢质填块嵌上。因此，对于这样结构的刀具就可避免把切屑挤入导向条，并由此完全避免产生退刀痕。刀具直径的调整，如像所有其他的变型结构系列那样，同样是通过转动设在刀具前端部处的内六角扳手孔来实现。这个RIO变型刀具结构系列经少许的改变就得到RIOF型刀具结构，不同的是这种刀具采用了较长的导向条。通过刀具在套筒中良好的导向，因此可以加工达4.5 m长的管子。通过简单交换导向条就可以从RIOL改装成RIOF。
+ J" ]$ P1 D  Z/ L刀具结构系列RIO的另一种变型是RIOA。添加了一个扩孔刀头，复合的镗削和滚压工艺补充了扩孔加工工艺。目前，可以采用这种同时实现三种加工工艺的刀具，在一道加工工序中来对热轧的钢管进行扩、镗和光整滚压。镗削刀头是与RIOF型的镗削刀头一样的。在这里将法兰拆卸后，扩孔刀头就可以同针对较大刀具长度的调整装置装在一起。扩孔刀具配备有三个各装有一把扩孔刀的刀座。三个硬质合金导向条用于刀具实际上不存在间隙的径向导向支撑，从而确保所需的具有最大误差为0.5 / m的孔的直线度。
文章关键词： 切削加工 刀具