Mandelli加工中心刀具及工艺的国产化

　　1 问题的提出

　　我公司八十年代末从意大利Mandelli公司引进4台大型立、卧转换式加工中心，用于意大利菲亚特90系列大功率轮式拖拉机LF80-90、LF100-90两种机型4个传动箱壳体的高精度加工。其中一台Mandelli3型为具有24个主轴箱的换箱加工中心，其余三台R1200U型为主轴可立、卧转换的加工中心，采用全闭环数控系统。这些加工中心的加工精度、柔性和自动化程度很高，是我公司大功率轮式拖拉机生产的关键设备。引进的Mandelli加工中心为交钥匙工程，其加工工艺和刀辅具等均由Mandelli公司提供(价值130000美元)。由于随机进口的刀辅具数量有限，经过一段时间的生产损耗后急需补充。但进口刀辅具价格昂贵(分别为国产刀具的5～10倍、国产辅具的10～20倍)，且需要数量大(共600余项)、品种多(近400个)、涉及面广(涉及10余家公司的标准和非标产品)，很难保证及时供货。在这种情况下，依靠公司技术力量对所需刀辅具进行国产化研制是解决问题的最佳途径。另一方面，由于我们在加工中心的操作使用上缺乏经验，维修水平低，备件供应不及时等，造成4台加工中心生产率很低，达不到生产纲领(2000台/年)，加工中心故障率也较高；此外，因国产毛坯余量大、材质组织不均等原因使加工中心进行大负荷粗加工过多，影响了机床精度及零件加工质量，因此需要在进行刀具国产化的同时进行工艺改进，以解决上述问题。

　　2 进口刀辅具特点分析

　　Mandelli加工中心的刀辅具具有以下特点：

　　1) 工具系统相当庞杂，刀具品种多、数量大、来源广泛(涉及Sandvik、Walter、Valentte、Horn、Ham、Guhring等10余家公司的产品)，基本代表了国际上数控工具系统先进水平。在数百种刀辅具中，有121种为专用非标刀辅具，其余为标准产品。专用非标刀具只有引进时随机带来的示意图，标准产品也只有部分产品样本。

　　2) 模块化刀柄、刀杆系统的联接方式各不相同，有Sandvik的Varilock方式、Walter的ABS方式、Valentte方式等，这些联接方式大多为厂家专利。

　　3) 非标刀辅具多。在391种刀辅具中，非标刀辅具121种，占31%。

　　4) 硬质合金机夹可转位刀具多。除钻头、丝锥、铰刀类刀具外，基本上全部为机夹刀具(其中还有两种机夹钻头、4种机夹切槽铣刀)。

　　5) 刀具结构先进，联接方式精度高、方便可靠，如整体硬质合金钻头、内冷却钻头和铰刀、加工变速滑杆孔用?16×490mm内冷却钻头、镗刀和铰刀、精镗单元、微调机夹小孔镗刀、精密可调镗刀、机夹切槽铣刀、机夹钻头、A型镗刀夹、模块式数控工具系统等，这些刀具代表了国际先进水平，大部分国内还不能制造。

　　6) 与国产刀具相比，进口刀具加工尺寸精度及稳定性好、耐用度高、切削效率高，刀具及其配件具有良好互换性，一般装配后即可达到精度要求。

　　3 刀辅具及工艺国产化的方法与过程

　　3.1 刀辅具的国产化研制

　　1) 统计与分类。根据生产需求情况，按“先急后缓，先易后难，逐步展开”的原则对全部刀辅具进行统计、整理、分类，列出急需刀辅具清单。

　　2) 测绘与设计。对库存量少的急需刀具(如钻头、铰刀、内冷钻头、刀片等)进行测绘、分析，根据测绘参数(几何角度、结构参数等)，结合实际使用情况及我国刀辅具标准，设计出相应的刀辅具图纸。这是刀具国产化研制的基础工作及主要工作内容。

　　3) 调研。对国内刀具生产厂家进行广泛的调研、考察、咨询和对比，确定成量集团数控刀具分厂、上海工具厂、四平工具厂、株洲硬质合金厂等单位为刀具国产化联合试制单位。

　　4) 试制与试用。由一拖装备公司刀具设计、制造部门与上述联合试制单位协同攻关，试制出大部分急需刀辅具，如整体硬质合金钻头、内冷却刀具等。对进口刀辅具和国产化刀辅具的精度、切削效率、耐用度、加工质量等进行对比分析和切削试验，积累有关数据，并进行生产现场试用，对试用合格、基本达到或接近同类进口产品水平的国产化刀辅具进行正式设计出图，纳入工艺文件。

　　3.2 加工工艺的国产化改进

　　对国内目前尚不能制造或经国产化后仍达不到加工质量要求(或成本仍太高)的刀辅具，我们采用改进加工工艺的方法来解决。例如，加工传动箱壳体4个变速滑杆孔的几种特长型内冷却刀具(直径?14～16mm，长490mm，带?3mm冷却孔)制造难度大、成本高。我们通过工艺分析，认为该工序完全可改在摇臂钻床上用普通钻头、铰刀进行加工。生产实践证明，改进工艺后不但完全可以满足加工质量要求，而且大大降低了刀具成本，缩短工时40分钟，提高了生产效率。

　　对传动箱和减速器壳体加工工艺作了改进，将加工工时较长、严重影响加工中心精度和加工质量的粗加工工序(如粗铣面、粗镗孔、加工前后端面螺钉孔等)由加工中心移至组合机床、铣床或摇臂钻床上加工，有效保护了加工中心精度。尽管新增8道工序，但产量提高2～3倍，生产能力由约600台/年增至2000台/年，产品质量也大幅度提高，废品率下降，零件合格率由不到80%提高到90%以上。

　　4 刀辅具选用原则

　　虽然进口刀辅具在耐用度、切削速度、加工质量等方面优于国产刀辅具，但价格比国产刀辅具高出5～20倍。因此，在工艺设计和刀辅具国产化工作中，应对价格性能比和综合经济效益进行分析比较，既不需要一概选用进口刀具，也不必盲目进行全盘国产化。我们在刀辅具选用上主要遵循以下原则：

　　·粗加工工序尽量选用国产刀辅具(如粗铣刀、粗镗刀等)，因为国产毛坯余量较大，刀具消耗量大，且粗加工精度要求较低，国产刀具容易胜任。

　　·钻头、丝锥、锪钻、铰刀、扩孔钻等应尽量选用国产刀具。尽管国产刀具质量不如进口刀具，但此类刀具调整、更换方便，价格上也更为合算。

　　·加工中心工具系统如刀柄、刀杆等(尤其是专用非标工具系统)宜采用国产品，因为进口专用非标刀柄、刀杆价格极为昂贵，而国产数控工具系统的质量已可基本满足使用要求。

　　·精加工刀具(如精铣刀、精镗刀等)采用进口刀具为好，尽管其价格相对较高，但加工质量稳定性、耐用度、切削效率等比国产刀具高1～5倍，对于降低零件废品率、减少刀具调整更换时间、提高产品质量效果显著，可获得更高的综合经济效益。

　　·小孔径(≤?20mm)微调镗刀采用进口产品较好，此类刀具的微调机构设计极为精密，制造难度大，目前国内仅有个别数控刀具厂家试制，产品质量尚不可靠。

　　·对于有一定批量的加工任务，尽量减少用加工中心进行粗铣面、粗镗孔等切削力较大的粗加工，以保护加工中心精度，提高加工中心的生产效率。

　　·在单件或小批量生产中，数控工具系统应尽量选用标准的模块化工具系统，以节省加工成本；而在大批量生产中，为减少换刀、调整等辅助时间，提高加工效率，则应考虑采用专用组合刀具。

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