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機(jī)械社區(qū)

標(biāo)題: 材料切除率高達(dá)160升/分的高效加工 [打印本頁]

作者: 寂靜天花板 時間: 2016-6-14 19:52
標(biāo)題: 材料切除率高達(dá)160升/分的高效加工
銑刀切削工件可長達(dá)十小時，有時甚至更長些。在加工過程中會有大量的切屑濺落。一個緊密的鋁塊通過銑削而成為民航客機(jī)極其精細(xì)的整體構(gòu)件。
這些構(gòu)件的特點(diǎn)是，其薄壁和底部只有幾毫米厚，并且有大量的槽腔和孔。只有當(dāng)過程特別可靠和高效的主軸在高動態(tài)的機(jī)床上進(jìn)行加工時，才能以極短的加工時間可靠和經(jīng)濟(jì)地加工這樣的整體構(gòu)件。
“我們要在高效切削方面占據(jù)領(lǐng)先地位”，Starrag 集團(tuán)的成員之一，D?rries Scharmann Technologie 公司（簡稱DST 公司）的采購主管Winfried Holthausen 先生強(qiáng)調(diào)說�！爱�(dāng)然，作為機(jī)床制造商我們也需要有實(shí)力的合作伙伴。這樣的伙伴同樣也應(yīng)該是他們所在市場領(lǐng)域中的領(lǐng)頭羊，并且能滿足相當(dāng)高的要求。在對機(jī)床切削效率能起到?jīng)Q定性作用的主軸部件方面，我們找到了最好的合作伙伴——GMN Paul Müller公司”。
緊密的科技合作獲得了掌握HPC 的機(jī)會
為了實(shí)現(xiàn)在工藝、生產(chǎn)效率、可靠性和質(zhì)量等方面確定的高目標(biāo)，DST和GMN兩個企業(yè)長期以來結(jié)成了非常緊密的合作伙伴關(guān)系。進(jìn)行各種共同開發(fā)項(xiàng)目，此外還與亞琛工業(yè)大學(xué)（RWTH）進(jìn)行合作。在合作中還共同制訂了大余量切削加工，即高效切削（簡稱HPC）的聯(lián)合開發(fā)。目前，高效切削是唯一能經(jīng)濟(jì)、高效地加工飛機(jī)整體構(gòu)件的可靠工藝途徑。
高效切削時，采用較高切削速度和進(jìn)給速度的小直徑銑刀，同時還采用著較大的徑向和軸向吃刀量。這自然就需要加工中心具有高動態(tài)的進(jìn)給軸和大功率的高效銑削主軸。
高動態(tài)機(jī)床裝有大功率高頻主軸
機(jī)床制造商DST公司和主軸生產(chǎn)商GMN公司合作的成功范例是Ecospeed系列的臥式加工中心。這些機(jī)床是為高生產(chǎn)率加工鋁合金整體構(gòu)件而專門設(shè)計的，其不同的機(jī)床規(guī)格可以用于小規(guī)格、中規(guī)格、大型和特大型工件的加工。值得一提的是，這些加工中心在所有運(yùn)動軸上都具有很高的動態(tài)性能。
主軸頭在這種高動態(tài)性能方面起有決定性的作用，主軸頭在3個Z軸滑臺上實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)動（圖2），孔加工刀具和銑刀在450角的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)所有方向的加工。正如DST公司銷售部主任Michael Schedler先生所言，這已可滿足近90% 整體構(gòu)件的所有加工任務(wù)。
圖2 高動態(tài)和高銑削效率的核心部件：DST 公司并聯(lián)運(yùn)動的Z3 主軸頭裝有GMN 公司緊湊的電主軸（圖片來源：Hanser 出版公司）
Ecospeed系列的變型是一種采用立柱移動式的機(jī)床布局（校注：旨在能夠加工大型整體構(gòu)件）。待加工的工件是垂直裝夾在高剛性的機(jī)床工作臺上。視其結(jié)構(gòu)，這樣的機(jī)床可以加工的工件長度最大可達(dá)21000毫米。在Ecospeed F型機(jī)床上，裝夾的工件在X 軸方向?qū)崿F(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動。在其對面是固定的立柱，實(shí)現(xiàn)Z軸、A軸及B軸運(yùn)動的Z3主軸頭可在立柱上沿Y軸方向作垂直運(yùn)動。
輔助時間也同樣是關(guān)注點(diǎn)
就這種運(yùn)動軸布局的優(yōu)點(diǎn)，Michael Schedler先生解釋道：“Ecospeed F加工中心有諸多優(yōu)點(diǎn)。通過立柱固定，一方面是減小了移動重量，另一方面，這種機(jī)床結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)工件的自動更換和實(shí)現(xiàn)坯件處于水平狀態(tài)進(jìn)行裝夾。后者意味著大大簡化工件的裝夾和換夾，而且非生產(chǎn)性的輔助時間也會明顯縮短�！�
為了實(shí)現(xiàn)工件的裝夾和卸載，Ecospeed F加工中心配備了裝有翻轉(zhuǎn)裝置的托板交換裝置。翻轉(zhuǎn)裝置將托板置于水平狀態(tài)，以進(jìn)行工件的上下料，翻轉(zhuǎn)裝置置于垂直狀態(tài)，使裝夾有工件的托板進(jìn)入機(jī)床的工作區(qū)。也就是說在加工時工件是豎直放置的。這樣的布局與臥式主軸頭相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)最佳的排屑。這種運(yùn)動軸的配置，與經(jīng)過使用考驗(yàn)的立柱移動式機(jī)床相比，在加工中等尺寸的整體構(gòu)件時可顯著提高生產(chǎn)率。
正如Michael Schedler先生指出的，現(xiàn)今許多加工企業(yè)最看重的是高的生產(chǎn)率�！敖饘偌庸ぶ幸�(guī)格和大型整體構(gòu)件有時需要連續(xù)十小時或甚至更長些。如能將這個時間縮短幾個百分點(diǎn)，就能大大節(jié)約生產(chǎn)成本和提高柔性。如今的配件供應(yīng)商和飛機(jī)制造企業(yè)對這些尤為關(guān)注�！� 但是，這只有通過相應(yīng)地提高材料切除率才能得以實(shí)現(xiàn)。
電主軸結(jié)構(gòu)緊湊，功率達(dá)120kW
DST公司專門為此和主軸生產(chǎn)商GMN公司進(jìn)行合作，針對高效的銑削主軸開發(fā)出了一個創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)�！艾F(xiàn)在電主軸的驅(qū)動功率為120kW，這為我們Ecospeed加工中心成為目前全球公認(rèn)的最高效的鋁合金加工設(shè)備作出了重要貢獻(xiàn)�！盨chedler先生自豪地說。
根據(jù)加工的工藝過程，加工中心的材料切除率最高能達(dá)到160 l/min。目前用于Ecospeed系列加工中心的電主軸HCS 230-30000，其驅(qū)動功率為120kW, 電主軸從轉(zhuǎn)速13,500r/min至30,000r/min，按連續(xù)運(yùn)行方式（S1）可利用這樣的功率。電機(jī)的矢量控制（閉環(huán)控制）有很多優(yōu)點(diǎn)。譬如，銑削主軸在一個較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能保持83Nm 的扭矩。此外C軸能固定在某個特定角度，銑削主軸就能傾斜地實(shí)現(xiàn)螺紋銑削。
與以往的主軸相比，目前使用的電主軸的驅(qū)動功率提高了50%，扭矩幾乎翻倍。GMN公司銷售經(jīng)理Dieter Weiss先生解釋道：“過去，GMN面臨的最大挑戰(zhàn)是，要在給定的結(jié)構(gòu)空間里實(shí)現(xiàn)這種高的驅(qū)動功率。由于DST加工中心上的并聯(lián)運(yùn)動主軸頭是標(biāo)準(zhǔn)化的。因此，大功率電主軸要相配以前小功率主軸所使用的結(jié)構(gòu)空間�！�
Dieter Weiss先生繼續(xù)解釋道，除了功率密度外，重要的還有電主軸帶來的高可靠性和長效使用壽命�！癉ST公司對它的客戶要確保高效加工機(jī)床的利用率達(dá)到98%。特別是對于整體構(gòu)件的大余量切削，而這樣的準(zhǔn)則主要是與銑削主軸有關(guān)。因?yàn)�，僅僅對一個構(gòu)件進(jìn)行長達(dá)十個小時的加工，銑削主軸幾乎是整天不停地在運(yùn)轉(zhuǎn)�！�
在Michael Schedler看來，GMN公司的專家們出色地實(shí)現(xiàn)了這一特殊要求。因?yàn)�，他們顯著地提高了電主軸的可靠性。Michael Schedler先生說：“以前，高速旋轉(zhuǎn)的電主軸維修的間隔時間普遍在2,000至5,000小時。而通過我們特殊的結(jié)構(gòu)和自主開發(fā)的高質(zhì)量的主軸部件，使我們的電主軸在實(shí)際使用中運(yùn)行時間達(dá)10,000小時而無需進(jìn)行維護(hù)�！�
自主生產(chǎn)的組件，確保質(zhì)量和可靠性
這些優(yōu)化措施特別成功的原因是，因?yàn)�，GMN公司在紐倫堡的工廠有很高的零部件自制率。如他們的專家自己設(shè)計、加工和裝配混合球軸承。同普通的標(biāo)準(zhǔn)軸承相比，混合球軸承具有十分高的精度，這相當(dāng)于超精密的質(zhì)量。
正如Weiss先生說的，軸承要以專門的偏角裝入電主軸。這種軸承要比標(biāo)準(zhǔn)球軸承擁有更高的剛性，對于這類特殊的應(yīng)用，這樣的軸承能更好承受所出現(xiàn)的加工力。此外，軸承內(nèi)外座圈的精度也有提高。相對于復(fù)合軸承滾道端面跳動（軸向跳動）被控制在2微米的精度之內(nèi)，電主軸的軸承和殼體都通過不同的設(shè)備進(jìn)行了恒溫處理，保持恒定的溫度。通過傳感器測量軸承座圈的溫度以及主軸的軸向位移。在CNC控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)回路能對主軸的軸向移動進(jìn)行補(bǔ)償。這也附加提高了工件加工的精度，此外，還延長了球軸承的使用壽命和維護(hù)的間隔時間。
DST公司的Michael Schedler先生將上述優(yōu)點(diǎn)作了如下總結(jié)：“由于同GMN公司的緊密合作不僅開發(fā)出目前全球整體構(gòu)件最高效的大余量切削工藝，并且也提高了過程的可靠性（在這個加工領(lǐng)域里對提高經(jīng)濟(jì)性作出了重要貢獻(xiàn)）。因此，配備GMN公司創(chuàng)新電主軸的Ecospeed加工中心，無疑使DST公司的機(jī)床成為了行業(yè)中的領(lǐng)先者�！�
DST公司的Ecospeed加工中心受到全世界眾多飛機(jī)制造企業(yè)的認(rèn)可。目前，公司收到了對高效切削創(chuàng)新工藝的大量咨詢，這也也令DST公司和GMN公司的訂單情況火爆。令Schedler,Holthausen和Weiss先生高興的是，幾乎每隔一分鐘就有盛滿切屑的集屑箱從Ecospeed臥式加工中心那里運(yùn)走。

作者: 泛中流 時間: 2016-6-14 20:20
學(xué)習(xí)了。謝謝。

作者: 小胖子擠擠 時間: 2016-6-15 06:20
很高端的樣子，沒見到實(shí)物不敢亂說話

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