数控工具磨床开发的三大重点--自动化、高精度和应用软件

作者：沈壮行 译

欢迎访问e展厅 展厅 5 磨床/珩磨设备展厅 平面磨床, 外圆磨床, 无心磨床, 内圆磨床, 万能磨床, ... 机床制造商不断地推进新产品，来帮助工具制造商和修磨工厂提高工作效率和降低成本。为了提高机床的利用率和降低劳动成本，自动化日益受到重视。同时通过开发软件使机床拓宽操作的功能，并能在生产批量小和交货周期短的情况下，经济地安排生产进度。此外，加大机床功率，使之能适应多样化的需求和拓宽磨制刀具的规格范围。 为了掌握工具磨床发展趋势的第一手材料，部分机床制造商对其产品的最新开发动向进行了一次讨论。 自动化的目的 工具制造厂生产新刀具时，由于批量大，所以效率高。但刀具修磨厂就没有这种条件，只有通过自动化来解决效率问题。 Schuette公司的副总裁Brigham指出，刀具修磨商并不要求机床实现无人操作，但希望一名操作者能够看管多台机床以控制成本。该公司的WU305万能生产型工具磨床就能实现这一要求。该机床的特点是：（1）其软件和装载系统允许在一次安装下对不同型式、不同柄部尺寸的刀具实现自动重磨，包括圆柱形和锥形立铣刀、倒圆角和球头立铣刀、阶梯钻，以及其它不同外径、形状和几何参数的阶梯形刀具；（2）采用该公司整合的SIGS磨削软件，操作者首先输入被磨削刀具的数量、尺寸和型式；其次，选取要执行的操作工序；然后，对装在托盘上的刀具启动自动磨削程序。工件的自动装卸系统带有内置式装夹器，不占用工作场地；CNC控制的气动驱动器实现对装夹器运动的操纵；可换式夹持爪和套筒的尺寸适配不同直径的刀具，从而实现很宽范围工件尺寸的装卸。 精确度控制 许多制造商把减少操作时间作为首要目标，但另外一些厂商却把零件质量放在最重要的位置（如高精度刀具和医用零部件制造商）。 Rollomatic公司的应用和服务工程师McKahan指出，随着磨床生产技术的改进，新近开发的机床能够保证非常严格的公差和超常的光洁度。其六轴GrindSmart 620XS型磨床，适用于中小尺寸(直径φ15.875～φ0.10mm)的旋转式刀具。该公司称：620XS加工直径为1mm的球头立铣刀，同轴度能保证在1～2μm范围内。McKahan说，机床较高的刚性和先进的软件实现了对机床运动的精确控制，从而达到高精度。机床的X、Y和Z轴都装有长光栅，而磨头A轴则装有圆光栅。光栅的分辩率达到100nm。光栅的使用消除了滚珠丝杠、线性导轨及其它传动元件的温度效应。联接在滚珠丝杠上的直驱交流电机提高了其动态特性，旋转轴上装有消除间隙的驱动系统。另外，该机床带有一个液压式可移动并且可编程的稳定支架，支架独特的微调功能可以更好地支承工件、使挠曲减少从而提高质量。该机床的这种独特的工件定心和夹持功能使它能磨削特别长的刀具，长径比可达100∶1。 柔性加工时代 Saacke公司的首席营运官Hallman指出，现在工厂希望磨削加工的自动化程度越高越好，不管生产批量大小，问题的关键是实现柔性化。他近年的工作致力于建立一套刀具和砂轮的自动装卸系统，以实现磨削过程无人看管或尽量减少看管。 Saccke公司最近推出的UWID数控磨削中心就是围绕几个关键的自动化单元设计的。该机床的标准配置包含一个四工位的砂轮更换装置。当砂轮更换时，冷却液喷咀也同时自动更换。 Saacke公司认为UWID机床的高度自动化主要在于有一个集成化的刀具自动更换系统，其装卸器能容纳30至168把刀（随刀具尺寸而定）。该机床的选购附件包括：随刀具需要更换弹簧套筒的装置，以及附加的刀具托盘。该托盘系统可扩展到每次安装增加1000把刀的能力。机床采用NUM公司的Numroto软件，控制全部自动化系统。软件的“虚拟加工”功能允许机外编程，从而极大地减少了调整时间。 适应用户需求 ANCA公司的副总裁Riddiford指出，现在主要的磨床制造商都能生产出好的机床。而区分出顶级水平和一般水平的主要标志是重要性与日俱增的两大特性——机床的软件功能和多样性。 软件的重要性日益增加的原因是：有能力手工操作磨制复杂刀具的高水平工人数量在减少。另外，手工制作的刀具也难于满足现代机床对切削速度和精度的要求。与CNC磨削相比，手工磨削会降低切削刃的质量和一致性。因为手工磨削时，刀具要靠在支承片上，砂轮磨削方向指向切削刃，这就会产生刃口毛刺。而CNC磨削则相反，工作时不用支承片，磨削方向背离切削刃，就不会产生刃口毛刺。 ANCA公司最近推出一种应用软件iGrind，它即具备足够精确性，又兼顾高水平操作者和初入门操作者的需要。这种基于Windows平台的软件系统可以做到既适应操作者熟练程度又满足使用需求。系统即能让操作者进入预先设定的刀具几何参数数据库，也能让操作者建立自己的数据库，同时，在三维模型上还可即时实现任意参数的改变。通过简单地拖放鼠标编辑命令，就能依次改变各种操作指令并执行。为避免混淆，系统对任何参数改变的记录都保持其色标。专门设定的循环可以命名、储存或变换。 获得更多订单的措施 Schneeberger公司总经理Herrmann指出，工具磨正在向多样性和多能化(生产尽量多的刀具品种的能力)方向发展，80%的用户要求加工很大范围的刀具品种。做到这一点就要求机床更重，刚性更高，功率更大。 这种趋势正在从大型机床向小型机床发展。Schneeberger公司的Norma CFG机床是为工具车间设计的，尽管底座尺寸较小(1625.6mm×1981.2mm)，但重量达5443.2kg，HSK-50主轴的功率达10马力，并备有六种砂轮。可加工的圆形刀具直径至19.05mm，也可用于成型磨削和加工刀片。 Schneeberger公司的一种最大型机床，称为Corvus系列，重量超过20吨，直接驱动的主轴电机功率达13、20或34马力。选配的X轴行程可达2997.2mm，可用于磨削超长尺寸的零件。用户也可要求增加第六根轴，这样，机床就可在一个夹头上完成拉刀磨削的所有工序。 精明的主意 磨削时，修整砂轮的工时损失是一项较大的费用。Agathon机床公司提供了一种砂轮在线磨锐法，用以降低这项费用。该公司的机械销售经理Merk介绍：该公司开发的电化学磨锐法称为EcoDress，主要用于磨削硬材料，如硬质合金等。在Ecodress磨锐中，电流通过金属结合剂的砂轮传送，并在磨削液作用下启动电化学反应，从而溶化砂轮的结合剂，使新的磨粒不断暴露出来。 常规的方法是用碳化硅砂轮修整，能使磨粒的伸出量达到其直径的15%～25%。用在线电腐蚀或电解法修整，能使磨粒伸出量达到其直径的45%～60%。而EcoDress法可使近乎100%的磨粒暴露出来。这就使磨粒间形成较大的空隙，强化了冷却液的穿透作用，结果使砂轮在较冷的状态下运行，并获得较大的金属切除率。 Agathon公司称，EcoDress法可以减少磨削循环时间66%，提高砂轮寿命30%。这种方法还能使各种硬工具材料(从硬质合金到聚晶金刚石)采用同一砂轮磨削。 EcoDress法目前仅用于Agathon公司的350 COMBI数控刀片周边磨床。但该公司正在考虑将这项技术应用在其它磨削中并申请专利许可。 适应性控制特性 在加工复杂刀具形状、优化磨削参数时，通常要作一些折衷的选择。例如，重切削时进给量要受到限制，其进给量和切削速度要比轻切削小一些。砂轮在磨削工件过程中，有一段“磨削空气”的时间，情况就更不一样了。 为了更大限度地提高机床利用率和砂轮寿命，Walter磨床公司在其Helitronic Power数控工具磨床上使用了适应控制的功能。该系统读取砂轮的载荷大小，并据此调节进给量，使整个磨削过程都保持在最大载荷状态。由于砂轮承受恒定的载荷并且没有超出允许的最大值，所以，延长了砂轮寿命，扩大了无人看管的范围。采用这套系统还可使刀具上的过渡痕迹大大减小。因为在磨削进行过程中工序的转换是在进给量逐渐变化中实现的。 Walter公司称，在加工直径为φ25.4mm的立铣刀时，采用适应控制可使加工时间从11分钟减至9分钟。Walter公司的Helitronic Power + Diamond是一种按被磨削材料进行适应控制的机床，它既可磨削硬质合金和高速钢刀具，也可用电火花磨削法加工聚晶金刚石刀具。机床配备双主轴，用户可以迅速地从磨削硬质合金和高速钢刀具转换到用电火花磨削聚晶金刚石刀具。或者，两种工序在一次安装下进行。此时，先用电火花加工刀具聚晶金刚石部分的第一后角，然后磨削硬质合金刀体的第二后角。配备该机床可以无需购置专用机床而进入聚晶金刚石刀具的市场领域。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (10/29/2005)