1 SAE327的材料特点和切削难点 　　SAE327为铸造硅铝合金，是制冷压缩机连杆的主要材料。主要元素含量Si7～8.6%。Cu1～2%，Mg0.25%～0.6%，Mn0.5%～0.8%。抗拉强度>230MPa，硬度110～130HB，延伸率>1%。其晶格由高塑性的Al和高脆性的初晶Si组成。切削加工时，Al的塑性大，熔点低，易在工件表面与刀尖接触处产生积屑瘤，随后与破碎的初晶Si一起使工件部分表皮剥落，形成刀痕，使工件表面粗糙度变差。同时由于高硬度的Si含量较高，刀具也容易磨损。目前对压缩机效率值COP的要求不断提高，为减少往复式活塞压缩机内摩擦并降低输入功率值，连杆孔与曲轴间需要保证极小的摩擦系数和很高的表面接触率，要求圆度≤2µm，表面粗糙度≤Ra0.4，尺寸精度≤2µm，使用传统切削办法很难达到如此高的要求，因而在压缩机零件中一直是较为难加工的铝合金材料。 　　2 PCD的基本特点及高速干切削技术 　　随着聚晶金刚石(PCD)刀具技术和高速切削技术的发展，针对SAE327的切削性能，我们使用PCD刀具对连杆孔进行高速干式镗削，较好地解决了问题。PCD材质稳定，使用性能可以预测，故比天然金刚石更合适于作为切削刀具。PCD具有目前较高的硬度和耐磨性，具有非常锋利的刀刃，有很好的导热性，线膨胀系数很小，摩擦系数也小。但其主要缺点是强度低，脆性大，抗冲击能力差。因此一般不用于断续切削和重负荷切削。采用PCD刀具加工铝合金时，由于金刚石硬度高，表面与金属亲和力小，且刀具一般抛光成镜面，不易产生积屑瘤，加工尺寸稳定性以及表面质量都很好。在Ra0.02～0.32µm的条件下，可获得5～7级精度。 　　铝合金传热系数高，线膨胀系数大，在加工过程中会大量吸收切削热，使工件发生热变形，而且铝合金硬度和熔点都较低，因此加工过程中切屑容易与刀具发生“胶焊”或粘连，形成积屑瘤，这都是传统铝合金干切削中遇到的较大难题。解决的较好办法是采用高速干切。高速切削中，95%的热量都传给了切屑，切屑在与前刀面接触的界面上会被局部熔化，形成一层极薄的液态膜，因而切屑很容易在瞬间被切离工件，大大减少切削力和产生积屑瘤，而且工件基本可以保持常温。既可以提高生产率，又改善了表面质量。 　　3 PCD镗刀加工SAE327的切削性能 　　我们使用PCD刀具对SAE327进行高速干镗孔，经过反复切削试验对其工艺进行摸索和总结。加工连杆孔的情况基本如下：同一只镗刀中，硬质合金刀头用于粗加工，PCD刀片精加工，单边余量为0.05mm。连杆组件大孔中间两边有0.5mm的缝隙，孔表面中间有f5mm油孔，由于加工表面非连续，应属于断续切削。无切削液的干切，有压缩空气喷射清除切屑。 　　1)切削速度的影响 　　切削试验表明，PCD切削速度与SAE327孔表面粗糙度关系很大。在实际生产中，为保证较低的表面粗糙度，可以采用较高的切削速度。但切削速度达到一定程度之后，由于高速条件下系统刚性和平衡性问题，表面粗糙度不但无法再继续下降，反而略有升高，而且机床功率要增加很多。所以一般情况下经济切削速度维持在140～180m/min之间即可，追求过高的切削速度是没有必要的。 　　2)进给速度的影响 　　试验表明，PCD进给速度与SAE327孔表面粗糙度之间有一定的关系。为综合保证较低的表面粗糙度和较高的生产率，选择合适的进给速度是重要的，应避开粗糙度为较高点时的进给速度。合适的进给速度也与PCD的刀具角度和刀尖型式有关。 　　3)刀具几何型式的影响 　　针对PCD的脆性缺点，而且我们加工剖分式连杆，孔中间有一定的缝隙，因此刀刃的几何参数应该尽量考虑减小崩刃的可能。一般刀尖顶刃形式分为小圆弧、大圆弧、直线形、多边形折线。切削实际表明：顶刃小圆弧的挤光作用对表面粗糙度的下降是有益的。虽然此时PCD刀尖不锋利，但切削效果却比锋利时还要好些。此时粗糙度由原来的Ra0.3～0.33µm降低到Ra0.15～0.18µm，这对提高连杆与曲轴之间的表面接触率，减少摩擦是有利的。精切SAE327时，可选择PCD镗刀的前角g00°，后角a010°～15°，主偏角kr=50°～70°，刃倾角ls=0°。安装时镗刀头安装孔对镗刀杆中心可以有偏心以保证实际切削的前角更大些。 　　4)刀具与机床系统 　　PCD高速切削系统是一个复杂的综合系统，除了PCD刀具自身外，仍需要注意切削系统的其它部分。机床主轴与刀具的接口是非常关键的环节，它直接影响加工精度的稳定性。我们将连杆镗床镗刀柄与机床主轴的接口采用HSK32C。其主要优点是：采用锥面与端面过定位的结合形式，能有效地提高结合刚度；具有良好的高速性能；1:10锥度与7:24锥度相比较短，楔形效果好，故有较强的抗扭能力，且能抑制因振动产生的微量位移，这一点对系统刚性非常重要。 　　生产事实证明，使用HSK刀柄具有较高的重复安装精度，对于提高离机对刀与上机后的一致性和增加刀具与主轴的配合刚性，其作用是关键的。同时为提高刀具系统的刚性，在满足容屑和排屑的情况下，尽量使刀杆直径与被加工孔直径接近。 　　我们对连杆精镗床进行了主轴的改进，配置径向和轴向液体静压轴承，刚度高，承载能力强，阻尼特性好，切削试验表明：配置静压轴承效果是很好的，提高静压压力对加工出较高的表面质量是有利的。较终确定使用高压齿轮泵供油，压力高达4.5MPa，主轴近端径向跳动 　　4工艺系统中需要注意的其它问题 　　防止高速切削振动：对高速回转的镗刀进行动平衡。减少高速旋转时由于刀具不平衡量造成的离心力振动，对提高工件表面质量是必要的，切削实际表明：经过动平衡的PCD镗刀系统与不经平衡的刀具系统相比，表面粗糙度下降Ra9,1~0,5mm，并有效减少了表面波纹度。 　　在实际加工中，连杆孔表面有时出现波纹。表面波纹度是介于形状误差和粗糙度之间的一种中间状态，目前还无标准明确判定。产生的主要原因是加工系统的微振动。在高速切削中，由于系统刚性不足造成的往往是表面波纹。除刀具本身结构刚度和平衡性影响之外，其中结合面之间的接触刚度是主要原因。除了主轴HSK接口外，试验表明：使用组合可调节式镗刀比较容易出现波纹，而使用整体式镗刀出现的此类情况较少。如要避免表面波纹，应尽量避免采用模块组合式镗刀。一般组合镗刀虽然微调节方便，但由于制造精度限制及不能预紧，在高速加工时会发生由于结合面之间接触刚度不足造成的颤振，影响表面质量，严重时还会影响尺寸精度，对大批量生产非常不利。整体式刀具在这点上就有其优势，一旦调整好基本可以长时间地放心使用。 　　对于高速旋转的刀具，消除或减弱产生自激振动的因素是非常重要的。在实际生产中比较简单有效的方法是适当减小后角a0，在后刀面上磨出消振棱增加切削阻尼，镗孔时使刀尖低于工件轴线获得小后角。顶刃磨出小圆弧也提高了切削系统的阻尼特性。

润滑指在机械设备摩擦副的相对运动表面间加入润滑剂以形成并保持适当的润滑油膜。集中润滑指的是成套供油装置同时或按需对设备润滑点供油。集中润滑的使用可以起到降低摩擦阻力、减少表面磨损、降温冷却、防止腐蚀、减震及密封等作用。　　　　要使摩擦副的磨损小，必须在摩擦副表面保持适当的清洁的润滑油膜，即维持摩擦表面之间恒量供油以形成油膜，这通常是连续供油的较佳特性（恒流量）。　　　　然而，有些部件需油量仅为每小时1~2滴，一般润滑设备按这样要求连续按比例供油是非常困难的。其实过量的供油如同供油量不足是同样有害的（例如，一些轴承在过量供油时会产生附加热量）。大量实验证实，不连续但经常地供油才是较佳的方式。因此，当连续供油成为不合适时，可采用经济的周期系统来实现。这种形式的系统是使定量的润滑油按预定的周期时间对润滑点持续地供油，使摩擦副保持适量的油膜。　　　　一般来说，大部分机器上的摩擦副均适合采用周期润滑系统来润滑。使用连续润滑系统的摩擦副仅限于当机器连续运转，同时负载是很高时，例如：冲床、大型镗床、龙门铣床、滚齿机等。　　　　因此，在对润滑系统的型式选择上，必须记住：　　　　1、在多数情况下，应采用周期润滑系统。　　　　2、过多和过少的润滑油对摩擦副是同样有害的。　　　　3、选用周期润滑系统应使用计量件来控制摩擦副的供油量，选用连续润滑系统应使用控制件来控制摩擦副的供油量。　　　　系统由以下部分组成：　　　　1、润滑泵——按需要提供润滑介质。　　　　2、分配元件——按需定量分配润滑介质。　　　　3、附件——由管道接头、柔性软管（或刚性硬管）、分配块等组成。　　　　4、控制——由电子程控器和压力开关、液位开关等控制元件组成。润滑泵按预定要求周期工作，对润滑泵及系统的开机、关机时间进行控制，对系统的压力，油罐液位进行监控和报警，以及对系统的工作状态进行显示等功能。　　　　集中润滑系统根据润滑介质的不同可以分为润滑油润滑和润滑脂润滑：根据系统分配元件不同可以分为抵抗式润滑系统、容积式润滑系统、递进式润滑系统、油气润滑系统。　　　　无锡瓦尔姆精密机械有限公司自主开发微量控制润滑泵——按需要提供润滑介质，拥有自主知识产权，并为客户提供整体的解决方案。　　　　无锡瓦尔姆精密机械有限公司是润滑系统零部件及系统设计、制造的高科技技术企业。瓦尔姆由从事润滑系统设计资深专家，联合国内知名研究所，共同开发出拥有自主知识产权的一系列润滑控制单元及系统，并为客户提供整体的解决方案。　　　　油脂润滑主要应用于：纺织机械、机床、包装机械、印刷机械、木工机械、塑料机械、锻压机械、自动扶梯等。　　　　油雾冷却润滑主要应用于：机床金属切削加工冷却，板材拉伸成型润滑，高速转轴、旋转齿轮及传动链的润滑，木材烘烤(成型)，塑料工业的切割以及灌装食品包装的消毒工序等。

在高精度雷达研制中，需要一个核心微型器件——由金属钼加工而成、直径只有12毫米的球面栅网，栅网里72个梯形小格，小格之间相连的“筋”只有0.12毫米。　　不要小看这微不足道的12毫米。由于钼的熔点高达2000℃，国内没有加工设备，国外技术封锁，球面栅网加工工艺就成为制约中国高端产品提高精度的瓶颈。 　　近日，清华大学与南京四开电子企业有限公司联手研制的五轴联动激光加工机床，成功攻克这道难题：把一个金属钼球体置入该机床的加工头，短短5分钟，一个精致的球面栅网就成型了。 　　“它的加工精度达到μ级，相当于头发丝的1/70。它最大的亮点是五轴联动数控和光纤激光。”据该公司技术人员介绍，这台只有收银机大小的机床还能加工精度要求极高的心脏支架等医疗器械，在航空航天、医疗等领域可大显身手。 　　机床是制造业的基础，而数控系统更被称为是机床产品中的“大脑”。它代表了一个国家工业发展的水平，也是国家综合实力的体现。我国数控机床的发展经历了30年的跌宕起伏，已经由成长期进入成熟期，并且在高端领域屡有创新，不断突破国外的垄断。 　　开发自己的“大脑” 　　目前，我国已经成为世界第一机床消费大国和数控机床进口大国，而数控系统是数控机床的重要组成部分，其成本占机床总成本的30％~50％。 　　统计显示，国内高档数控系统约70％的份额被海外数控公司所占有，而部分高档数控机床仍然被当成战略物资在国际市场上受到禁运限制。五轴（坐标）联动数控机床就是数控机床技术制高点标志之一，用于大型螺旋桨空间曲面加工的五轴联动铣床，曾引发轰动一时的美、日制裁原苏联的“东芝事件”；10年前，美国国会因当时我国进口16台用于飞机制造的此类多轴联动旧机床，还炮制了所谓要求制裁的“考克斯报告” （注：1999年5月25日，美国众议院由共和党议员考克斯牵头的调查委员会公布了一个调查报告，把中国自力更生、独立自主发展起来的尖端技术和关系到国民经济发展的重大科学技术都污蔑为从美国“窃取”或非法“获得”）。 　　南京四开电子企业有限公司总经理陆启建告诉记者，机床控制部分的五轴联动数控，是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术。它主要应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。 　　今年六七月份，国家发展和改革委员会工业司委托中国机床工具工业协会组织30名行业专家，对航空、船舶、汽车、发电设备和机床工具行业61家企业和院所进行了专项调研。“通过对飞机和航空发动机主要关键件制造工艺和设备进行的摸底调查，我们认为，航空工业工艺复杂，所需机床多为五轴联动等高精度机床。” 据中国机床工具工业协会人士介绍，发动机加工大量使用高精度机床，机匣加工需要多功能、高精度数控机床，如数控立车、数控精密镗床和五轴加工中心，数控系统要具有高级编程功能。 　　“中国的数控企业有信心、也有能力打破国外公司的垄断和技术壁垒，用我们开发的中国‘大脑’来装备我国的当家设备，突破国外封锁。”武汉华中数控有限公司负责人说。华中数控走以通用工业微机为硬件平台的技术路线，通过软件技术的创新，实现了数控系统技术的突破。用通用的工业计算机和电子器件，自主开发出打破国外封锁的4通道、9轴联动“华中1型”高性能数控系统，达到国际先进水平。 　　触角不断延伸 　　不仅如此，我国数控机床产品已延伸到成套、复合领域：中捷机床厂按7个月交货期为上海磁悬浮列车工程项目交出4条以数控镗铣床为主体的生产线，是体现我国机床工业提供成套设备能力的杰出代表。 　　数控超重型机床是水、火、核电电站设备制造、造船、冶金矿山等重大装备制造业及重兵器制造的关键设备，我国已经成为少数几个超重型机床供应国之一。DL250型5米数控超重型卧式镗车床是武重集团自主研发制造的新产品，是迄今为止世界上最大规格的超重型数控卧式车床，该机床总重达1450吨，其中主轴箱重量就达到177吨，主轴端面跳动和径向跳动均在0.008毫米之内。 　　据业内人士介绍，在这台具有完全自主知识产权的重大技术装备上，武重集团实现了3大技术突破：一是该装备的超重型高精度主轴箱重量之大，强度和刚性要求之高，达到了当前世界主轴箱制造的极限；二是超长床身的制造工艺研究和精度达到国内领先水平。该机床床身长45米，导轨达到任意1米长度内误差不超过0.015毫米，任意20米长度内误差不超过0.16毫米，全长45米长度内误差不超过0.27毫米；三是首创国内双工作组三通道数控技术及三轴同步技术。 　　“与发达国家相比，我们正在加快速度迎头赶上。有些产品的开发成功甚至让国外同行着了慌，不仅打破了他们长期在国内市场上的垄断，还迫使他们降低自己产品的价格。” 中国机床工具工业协会常务副理事长于成廷说。 　　抓住差距不放 　　尽管国产高档数控机床在不少领域已经取得重大突破，但是在业内专家看来，我国数控机床技术与世界先进水平相比，还有不小的差距。 　　首先是精度普遍不够。只有少数几种产品达到欧洲标准定位精度。精度差距只是表面现象。其实质是基础技术差距的反映。如普遍未进行有限元分析，未做动刚度试验；大多未采用定位精度软件补偿技术、温度变形补偿技术、高速主轴系统的动平衡技术等； 　　其次，基础材料开发方面的差距，未普及高强度密烘铸铁。在欧美已有一批先进产品采用聚合物混凝土，我国则还是空白； 　　再次，高动、静刚度主机结构和整机性能开发的差距，高速机床主机结构设计方向是增强刚性和减轻移动部件重量，如国际普遍采用龙门式、框式、O型整体结构，箱中箱式结构，L型床身，三轴移动移出机身，侧挂箱式卧式加工中心等。我们则大多未开发； 　　还有一重要差距就是应用技术差距。如国外已开始普及的远程服务技术，我们尚待开发；交钥匙工程——从机床选择、工艺装备( 刀、夹、附、检具 ) 配置与提供到切削用量的确定，尚待开发；展出的高速机床普遍不能做硬切削、干切削表演，高速切削机理及切削数据库的研究在我国近乎空白；不能提供高速切削软件包等等。关键配套件，特别是新兴配套件如电主轴、高速滚珠丝杠副、直线电机、高速高精全数字式数控系统、高精度高频响的位置检测系统等差距较大。 　　饶有意义的是，一则为时30秒的中国制造广告宣传片，自11月23日起在海外播放。对此，一位业内人士表示，中国制造要想提升质量，机床是基础。没有高档机床和精密的加工工艺，中国制造的质量无从谈起。 　　“数控系统关系到国家的产业安全甚至国防安全。它的核心技术是花多少钱也买不来的。因此，中国数控产业的唯一出路，就是走自主创新之路，用中国人自己的核心技术振兴中国数控产业。”于成廷说。  (miki)