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数控刀具和量仪技术的发展方向

发布时间:2017-04-14 浏览:1619

我国制造领域国家优先发展重大专项包含了能源、汽车、航空航天以及交通运输等有关国计民生重要领域,而这些行业重大装备制造所涉及到典型、关键零件特点:大、重、复杂、精密,其新型难加工材料(如硅铝合金、钛合金、高强度耐热钢、碳纤维及复合材料等)切削加工占据了相当大比重。这给数控切削加工技术数控切削机床装备提出了新课题,也对数控刀具数字化测量技术量具量仪提出了新要求挑战,提供了新发展机遇舞台。当前我国数控刀具仪器发展落后于数控机床发展,已经成为阻碍我国数控切削技术数控切削机床发展瓶颈,改变现状刻不容缓。


    为了更清晰、真实了解数控机床用刀具量仪我国重大机械装备制造业需求应用现状,尤其为了进一步明确关键零部件切削加工,国产数控刀具量仪现状及其与国外先进技术产品差距,以便有助于客观、科学确认:“十一五”期间及今后一段时间内,我国工具行业数控刀具数字化测量仪器领域攻关方向目标,2008年6月,作者有幸参加了由国机床工具工业协会组织、对核电风电装备制造业及工具制造业部分厂商调研,对我国数控刀具量仪国家重要机械装备制造业现状发展有了更深刻感受。


    一、核电风电设备制造业数控刀具数字化量仪应用现状能源装备制造业,尤其清洁能源如核电、风电设备制造业近年发展迅猛。发电设备一些典型关键零部件如汽轮机叶片、转子轮槽以及汽轮发电机转子嵌线槽等切削加工,由于被加工材料属于耐热高强度合金钢、不锈钢等难加工材料,切削量大,切削负荷重,对数控刀具切削性能,诸如高温红硬性、弯曲剪切强度、抗磨损性、抗粘接性、摩擦系数等有很高要求。与此同时,高精度复杂型面切削对数控刀具本身精度也提出了更高要求。因此,这些发电装备典型零件加工检测,一定程度上代表并反映了先进切削技术及先进数控刀具、先进数字化测量技术及测量仪器最新成果水平,备受工具制造行业关注。此外,调研所见到高精度、大规格风电增速传动箱齿轮成形加工测量,以及传动滚动丝杆硬切削成形加工等新技术也给人留下了深刻印象。


    1.汽轮机叶片型面数控切削加工当今,汽轮机叶片五轴联动数控切削加工工艺已得到广泛应用。汽轮机叶片数量大、规格多、轮廓形状复杂、精度高,难加工。而具有耐热、高强度、抗腐蚀高性能合金钢工件材质更增加了切削加工难度,因而对叶片数控刀具可转位刀片基体材质涂层性能要求很高。目前,工厂加工大多采用仍国外硬质合金涂层刀具/刀片。调研了解到,对于整体锻件冲击式水轮机叶轮叶片加工还有待攻关。关于汽轮机叶片形状精度检测,通常采用三坐标检测进行点位测量,如采用PC-DMISBLADE软件三坐标测量机上进行三坐标检测及叶片参数分析;或现场用样板光隙法检测,但后者缺乏定量判定。企业期待市场上能提供方便应用于生产现场、能对批量叶片实现快速精密测量数字化仪器。


   2.汽轮机转子枞树型轮槽数控切削加工加工汽轮机转子枞树型轮槽成形铣刀精度要求很高,型线精度达微米级。目前国产化(包括汽轮机厂自行开发)枞树型轮槽铣刀(M42高速钢基体+TiAlN涂层)切削性能精度基本上已能满足用户需求,正逐步进入生产现场,替代进口。


    3.汽轮发电机转轴嵌线槽数控切削加工汽轮发电机转轴嵌线槽采用专用可转位转子槽铣刀,数控转子槽铣床上加工而成。由于转轴材质为高强度合金钢,切削槽深,铣刀直径大,切削速度高,切削负荷重,对不重磨数控硬质合金涂层刀片质量要求较高。生产现场仍以国外刀具产品为主。


    4.风电增速传动箱齿轮数控切削加工作为清洁环保、可再生能源风力发电设备近年我国发展迅猛。为适应风电增速传动箱高精度、大模数硬齿面齿轮批量生产要求,齿轮数控成形加工技术装备得到推广应用。我国重要风电增速箱开发制造基地XX厂,采用了先进齿轮成形干铣削技术成形磨削技术,以及相应大型CNC数控成形铣齿机CNC数控成形磨齿机等数控装备进行生产,实现了高质量风电增速箱产品快速增长。加工过程及完成后,对每个齿轮进行了规定精度检测监控,这制造高性能、长寿命风电增速传动箱重要保证。格里森一普法特大型成形磨齿机上采用了数控机齿轮测量装置,可对齿轮齿廓、齿向偏差进行机扫描测量;新进克林贝格P300型3米座式CNC齿轮测量仪能对齿轮加工几何精度进行高精度测量。该仪器采用工作台面气浮技术,便于重型工件安全装调,高精度光栅传感器测头能对工件安装偏心进行快速找正实施软件补偿。值得一提,国产数控大型成形铣齿机数控铣齿刀盘已该厂得到应用。


因势利导,按照工具行业发展规律,拓展上下游延伸技术产品领域。以便更好满足、适应市场/国家发展需求,为企业战略发展目标实现打下基础。


    3.注重基础、共性、关键技术研究开发,积极承接国家、地方科技攻关项目,建立“产学研用”科研开发体制,迅速提升企业创新能力技术/产品优势。


    XX近年投入科研经费平均占销售收入4%以上,年开发新产品30余项,专利165件。2005年承担国家863计划项目“HSK工具圆锥量具”标准起草制定,2006年承担了哈尔滨市“高速数控机床用HSK工具系统研究应用”项目。2007年承担国家标准“刀具预调测量仪”制定工作,以及承担哈尔滨市“CNC及CCD自动瞄准高精度刀具预调测量仪研制”科技攻关项目等。上工近年承担了国家科技部创新基金“汽车制造业精密复合孔加工刀具高效复合涂层刀具开发”,上海市经委科技攻关项目“刀具研究开发计算机平台建设”、“高速切削涂层刀具研究与开发”、“高效精密数控刀具制造应用技术”等,获得了多项刀具涂层专利。


    4.通过企业收购兼并、专业人才及技术引进,实现资源整合优化,提高企业整体实力。


    XX于2005年成功兼并德国XX公司,奠定了批量生产国际水平HSK工具系统数控刀具预调测量仪制造开发技术能力。上工则依靠上海XX股份有限公司香港上市,募集资金,2007年投巨资开展了“发展数控刀具生产技术改造项目”。通过与意大利XX公司组建XX公司,引进了先进齿轮刀具制造工艺技术诀窍,增强了齿轮刀具制造实力。


    通过调研,我们感受到工具行业技术水平生产规模得到快速发展进步同时,也看到与国外先进水平差距仍然很大。风电、核电等能源装备制造业,关键零部件切削加工所采用数控刀具测量仪器,几乎全部由国外产品所垄断,主要厂商为山特维克、肯纳、伊斯卡、赛科等。国内刀具主要用于非关键部位及粗、半精加工工序。与国外产品相比,除了切削性能指标有较大差距外,更大问题质量不稳定,不可靠,产品性能分散性大。此外,用户服务上差距也小可忽视。


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