隶属于中国航天科技集团公司第五研究院的北京卫星制造厂,创建于1958年,是中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”和中国第一艘飞船“神舟一号”的诞生地。经过多年的努力,北京卫星制造厂已经发展成为专门从事航天器制造的国有大型企业,掌握国内领先的大型金属结构数控加工、精密加工、复合材料结构制造、大型薄壁金属结构焊接及管路焊接、表面涂层、无损检测和星上二次电源研制、机电一体化产品研制和电子装联等具有鲜明航天特色的核心技术。
“十五”期间,不少军工企业引进了大量高档数控机床,但由于当时工艺技术落后,基础技术及配套和管理跟不上,部分企业的数控设备使用效率不高,严重制约了高速机床性能的发挥。为了提高高速机床的加工效率和利用率,国防科工委在国防基础科研计划中安排了高效切削工艺技术专项,开展技术攻关和示范应用,并在全行业开展国防科技工业千台数控机床增效工程,全面推广应用先进数控技术和数字化集成制造技术。北京卫星制造厂(以下简称卫星厂)作为航天科技集团的技术支持单位,率先开展这项工作,通过优化切削工艺向加工要效益,收到了很好的成效。
在铝合金工件的粗加工中,卫星厂使用可转位刀具替代传统的硬质合金刀具,实现了效率和成本的双赢。
可转位刀具在提高铝合金工件粗加工到半精加工的效率方面发挥了重要作用。可转位刀具设计精巧,加工中刀具发生磨损时只需更换刀片而无需从机床上拆卸刀体,从而大大缩短了机床的停机时间。卫星厂机电产品事业部副部长张加波从事机加工多年,他对此感受颇深:以前,卫星厂使用硬质合金刀具加工型腔类零件,刀具磨损严重,且需要经常更换刀具进行修磨。不仅如此,完成一个型腔的加工至少要30多分钟的时间。而采用瓦尔特的可转位刀具后,一个型腔的加工只需5分钟就可完成,而且刀具成本也显着下降。例如,加工航天器上的陀螺支架,需要在一个长方体的铝合金材料上加工出多个繁杂的腔体,材料去除率高达80%~90%。采用硬质合金刀具加工该工件时,刀具的长径比大(>10),工艺系统刚性差,刀具易产生振动,加工效率低下,加工一个工件需要2周的时间。采用瓦尔特的可转位刀具后,卫星厂对工艺路径进行了优化,现在5~6天就可完成一个工件的加工。
可转位刀具的刀体寿命极长,分摊到单个工件上的加工成本可忽略不计,且更换刀片的成本比修磨焊接刀具的成本低得多,因此,使用成本低于传统的硬质合金刀具。此外,涂层刀片的磨损非常小,互换性强,存在可优化空间。
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