本文譯自德國(guó)Werkstatt und Betrieb雜志

　　Voith集團(tuán)旗下的渦輪器部門為全球客戶提供智能化驅(qū)動(dòng)技術(shù)、系統(tǒng)以及定制服務(wù)，其開發(fā)的未來型增壓技術(shù)和數(shù)字化解決方案服務(wù)于石油、天然氣、能源、采礦、工程機(jī)械、海運(yùn)以及鐵路等諸多領(lǐng)域。

　　位于德國(guó)慕尼黑附近的加興工廠是Voith集團(tuán)的重要生產(chǎn)基地之一，該工廠在15米長(zhǎng)的生產(chǎn)線上加工GD-ALS 110鋁合金材料的DIWA系列公交車變速器。安裝在自動(dòng)生產(chǎn)線控制計(jì)算器上方的XXL監(jiān)控器可實(shí)時(shí)顯示復(fù)雜公交車變速器殼體變型的全部加工過程。Voith公司數(shù)控加工程序員Steffen Seifert介紹：“對(duì)我們來講，這里的全部加工過程意味著粗加工和包括達(dá)到最后加工尺寸要求的精加工在內(nèi)的銑削、鉆屑、倒角和攻絲加工——所有這些都在生產(chǎn)線上的3個(gè)夾具中完成。”這些任務(wù)由3臺(tái)恒輪MC 20臥式加工中心完成，并配有清洗機(jī)構(gòu)和機(jī)器人負(fù)責(zé)上下料及運(yùn)輸。

　　Seifert指出：“當(dāng)然，最短的切削加工時(shí)間和始終如一的高加工質(zhì)量最為重要；但切削加工過程的絕對(duì)可靠性也至關(guān)重要。隨著科技的不斷革新，行業(yè)內(nèi)正積極尋找創(chuàng)新的切削解決方案，以進(jìn)一步優(yōu)化和完善現(xiàn)有的加工流程。在此過程中，數(shù)控編程人員特別指出：“刀具的選擇至關(guān)重要。”作為CAM部門的一員，Seifert與其團(tuán)隊(duì)共同負(fù)責(zé)刀具管理，深知這一點(diǎn)。以最新研發(fā)的攻絲刀具為例，它便是一個(gè)顯著提升生產(chǎn)效率的有力證明。

　　優(yōu)勢(shì)顯著

　　Voith集團(tuán)，作為刀具采購的多元化企業(yè)，長(zhǎng)期以來與弗蘭肯地區(qū)的刀具巨頭Emuge-Franken保持著緊密的合作關(guān)系，尤其是在公交車變速箱殼體螺紋加工方面，Emuge的絲攻產(chǎn)品一直備受信賴。然而，一個(gè)名為Taptor的革新性螺紋加工技術(shù)，憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，深深吸引了Voith公司的目光。

　　Seifert回憶道，他敏銳地關(guān)注到Emuge-Franken公司與奧迪攜手研發(fā)的Taptor技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)采用的特種刀具能在鋁合金變速箱殼體上一次性完成M6螺紋底孔的鉆孔與攻絲，徹底顛覆了傳統(tǒng)分步加工的模式。這種創(chuàng)新不僅大幅縮短了換刀時(shí)間，更在螺紋質(zhì)量上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。尤為重要的是，他注意到奧迪的測(cè)試案例與Voith集團(tuán)的變速箱殼體螺紋加工高度相似，這立即激發(fā)了他探索Taptor技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)的濃厚興趣。

　　Seifert找到了Emuge Franken公司負(fù)責(zé)Garching工廠的銷售代表Armin Kusch商談Taptor技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。Kusch也承諾將Taptor技術(shù)轉(zhuǎn)移到公交車變速箱M6和M8螺紋的現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證。

　　將鉆和絲攻的功能集成到一起

　　Emuge-Franken公司技術(shù)專家Thomas Funk介紹說道：“二合一專用刀具的進(jìn)給速度就像絲攻一樣，刀具每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的進(jìn)給量相當(dāng)于一個(gè)螺距。一旦達(dá)到所需的鉆孔深度刀刃就會(huì)空切。到達(dá)孔底時(shí)也不會(huì)有不完整的螺紋了。這樣，根據(jù)不同的螺紋直徑螺孔底部只有一個(gè)螺距大小的尺寸沒有螺紋。當(dāng)專用刀具反向旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)退出螺紋孔。”這一螺紋加工技術(shù)即可用于盲孔也可用于通孔的螺紋加工。

　　根據(jù)Funk的說法，可靠地從螺紋底孔中排出鐵屑也是非常重要的。因此，專用攻絲刀具橫刃上的斷屑槽可以確保加工的鐵屑很短，并有著始終如一的相同形狀。這里被稱為斷屑槽、分屑器的鉆尖橫刃有著很大的后角，這種大后角也有助于保持很小的軸向力。Funk強(qiáng)調(diào)說：“這就是為什么與整體硬質(zhì)合金鉆頭相比在進(jìn)給速度相同時(shí)產(chǎn)生的切削力要低得多。”

　　作為Taptor技術(shù)的早期參與者，F(xiàn)unk深知奧迪對(duì)新刀具的嚴(yán)苛要求，包括螺紋強(qiáng)度等。鑄鋁材料制造的發(fā)動(dòng)機(jī)零件中常見的螺紋都在攻絲過程中形成了受“擠壓”的表面——這對(duì)鋁合金材料的零件強(qiáng)度來講是一個(gè)有益無害的事情。Funk說：“這就是為什么我們也要通過測(cè)試專門測(cè)試一下Taptor螺紋加工技術(shù)加工的螺紋是否有著與常規(guī)螺紋攻絲工藝相同的強(qiáng)度等級(jí)。因此，我們?cè)跍y(cè)試時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)特殊的內(nèi)螺紋 —— 一部分切削成形，另一部分?jǐn)D壓成形。”

　　最終，拉伸試驗(yàn)的優(yōu)異成績(jī)證明了Taptor螺紋加工技術(shù)及刀具完全勝任Voith集團(tuán)公交車變速箱的螺紋加工需求。Funk自豪地補(bǔ)充：“值得一提的是，Taptor加工的螺紋還成功通過了DIN ISO 1502標(biāo)準(zhǔn)螺紋塞規(guī)的嚴(yán)格檢測(cè)。”

　　螺紋加工NC數(shù)控程序

　　接下來，讓我們聚焦于加興生產(chǎn)基地的實(shí)際情況，特別是關(guān)于螺紋加工數(shù)控程序的編制。Funk，作為數(shù)控程序開發(fā)的負(fù)責(zé)人，詳細(xì)介紹了Taptor技術(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方式：“我們采用G331數(shù)控加工指令來控制Taptor技術(shù)，這一指令在西門子Sinumerik數(shù)控系統(tǒng)中尤為高效，它允許我們?cè)诓皇褂酶?dòng)夾頭的情況下，順利完成攻絲循環(huán)。發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)也提供了類似的解決方案，而對(duì)于其他數(shù)控系統(tǒng)，我們正積極與制造商協(xié)商，以確保兼容性的實(shí)現(xiàn)。”Funk先生強(qiáng)調(diào)，機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能和主軸的脈沖傳感器對(duì)于確保螺紋加工同步性至關(guān)重要。為支持客戶，Emuge公司還提供了Taptor加工循環(huán)所需的G代碼應(yīng)用示例，以簡(jiǎn)化集成過程。

　　然而，對(duì)于Voith集團(tuán)而言，這一步驟并非必需。因?yàn)閂oith集團(tuán)的程序員Seifert本人就是一個(gè)數(shù)控技術(shù)專業(yè)人員，在得到Emuge-Franken公司提供的基礎(chǔ)信息后他就在很短時(shí)間里完成了Taptor螺紋加工循環(huán)的控制程序。而且Voith集團(tuán)使用的MC 20臥式加工中心本身配備的就是Sinumerik 840D數(shù)控系統(tǒng)。在數(shù)控加工循環(huán)的控制下，Taptor攻絲刀具可以直接完成螺紋全深的攻絲加工。Seifert說：“數(shù)控加工循環(huán)，這里最重要的是螺紋的螺距。當(dāng)達(dá)到螺紋的規(guī)定攻深時(shí)恰好完成螺紋底孔的孔口倒角和螺尾空刀。”然后主軸反向旋轉(zhuǎn)、并在同一加工循環(huán)的控制下控制著Taptor刀具退出螺紋孔。Seifert說：“重要的是，Taptor刀具加工時(shí)的起始位置必須與退出位置必須完全重合，否則螺紋就會(huì)亂扣。”

　　隨著一切準(zhǔn)備就緒，螺紋加工試驗(yàn)正式拉開序幕。攻絲時(shí)的切削速度為每分鐘3000轉(zhuǎn)。恒輪MC 20臥式加工中心的螺紋加工循環(huán)很容易實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)速的同步。“由于我們?cè)诋?dāng)前測(cè)試階段的Taptor技術(shù)時(shí)沒有使用Speedsynchro速度同步器，因此直接將Taptor刀具系統(tǒng)裝夾在整體式熱縮刀柄中進(jìn)行測(cè)試。”Seifert所說的Speedsxnchro速度同步器是一個(gè)具有長(zhǎng)度補(bǔ)償并集成有Emuge-Franken公司開發(fā)的“快速”補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的刀具夾頭。用了這一刀柄之后可以將電機(jī)主軸轉(zhuǎn)速每分鐘2000轉(zhuǎn)時(shí)的同步速度提高大約4倍。Voith集團(tuán)當(dāng)時(shí)使用的快速補(bǔ)償裝置只適合用來加工變速箱殼體上M8的螺紋，并沒有適用M6的快速補(bǔ)償裝置。

　　令人信服的冷卻和排屑

　　Seifert說：潤(rùn)滑和冷卻液是機(jī)械加工最重要的工藝參數(shù)之一。“通常，我們?cè)诩庸ぶ行睦锸褂玫亩际沁^濾精度很高的冷卻潤(rùn)滑液。”這也是Voith公司為3臺(tái)MC 20臥式加工中心配備IDV Engineering過濾系統(tǒng)的原因。這種旁通式過濾器可以過濾掉大于10μm的碎屑和其他顆粒物。為微米級(jí)的冷卻液過濾對(duì)內(nèi)冷式的Taptor刀具系統(tǒng)是非常重要的。因?yàn)闃O為微小的顆粒物也會(huì)干擾螺旋狀內(nèi)冷通道中的冷卻液流動(dòng)。有了良好的冷卻潤(rùn)滑之后就可以克服攻絲過程中切屑帶來的許多問題，包括螺紋牙形的高溫?zé)g。Seifert說：“高溫?zé)g是Taptor技術(shù)中一個(gè)非常敏感的問題。因?yàn)槲覀冞@里的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量就等于一個(gè)螺距。”

　　在Emuge-Franken公司的幫助下，尤其是在Kusch的幫助下測(cè)試的結(jié)果非常成功。Seifert說：“我們?cè)诘诙卧囼?yàn)中就實(shí)現(xiàn)了最初制定的目標(biāo)。之后的每次測(cè)試、試驗(yàn)都有新的收獲。”這樣，在Taptor技術(shù)的幫助下實(shí)現(xiàn)了在大批量生產(chǎn)條件下完成除盲孔螺紋之外變速箱殼體全部攻絲任務(wù)。

　　節(jié)省了兩把刀

　　測(cè)試試驗(yàn)的結(jié)果令人振奮，Seifert詳細(xì)報(bào)告了Taptor技術(shù)帶來的顯著效益。與傳統(tǒng)的鉆孔和攻絲技術(shù)相比，Taptor技術(shù)實(shí)現(xiàn)了時(shí)間節(jié)約上的兩位數(shù)百分比提升，盡管尚未達(dá)到50%的目標(biāo)，但這并非其主要追求。Taptor技術(shù)的真正價(jià)值在于其多方面的優(yōu)化，其中減少刀具數(shù)量是一個(gè)重要方面。

　　在MC 20臥式加工中心的有限刀具庫容下，每一把刀具的占用都顯得尤為珍貴。Seifert指出，通過采用Taptor攻絲系統(tǒng)，他們不僅省去了鉆孔步驟所需的刀具，還因無需再使用進(jìn)給同步器而額外節(jié)省了另一把刀具的空間，總計(jì)贏得了兩個(gè)寶貴的刀位。這兩個(gè)刀位原本被進(jìn)給同步器所占據(jù)，現(xiàn)在得以釋放，用于容納其他更為關(guān)鍵的刀具。

　　對(duì)于測(cè)試試驗(yàn)后的初步評(píng)估，Seifert表示，就當(dāng)前生產(chǎn)線上的各種變速箱殼體加工而言，Taptor技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大約5%的時(shí)間節(jié)約。他相信，隨著設(shè)備操作人員的技能提升和工藝的不斷優(yōu)化，這一節(jié)約比例還將進(jìn)一步增加。同時(shí)，少用兩把刀具完全符合他們的預(yù)期，為生產(chǎn)線帶來了更高的靈活性和效率。

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