可磨削各种复杂的形面的新型数控平面磨床 - 文章

可磨削各种复杂的形面的新型数控平面磨床

作者：Mark Albert

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这是一种高效磨床，可磨削各种复杂的形面。应用这种机床后，使该工厂帮助美国的客户提高了在全球的竞争能力

2号铅笔、皮带饰品和花生酱，这些都是日常很普通的东西，但在美国能够非常经济地生产出来，因为Carbide Products Inc.公司（在肯塔基州的Georgetown地区）为此做出了她应有的贡献。这家公司专门生产硬质合金刀具及相关的产品，包括那些可帮助制造厂生产木质铅笔、皮带饰品和花生酱等有关的产品。这一切都应归功于该公司创新使用的CNC数控平面磨床。

Carbide Products公司的车间和办公室内共聘用了38名雇员，为美国和全世界26个国家的铅笔制造商提供制作铅笔的刀具。这种刀具由刀头及与其配套的硬质合金刀片或HSS高速钢刀片组成，它将木材加工成一根根小木棒，然后将石墨铅笔芯压装到木棒中心制成铅笔。由Carbide Products公司生产提供的刀具，其设计特殊，更换迅速，具有很高的加工性能，可大大提高铅笔生产工艺的生产率。这些高效特性使许多美国铅笔制造商比海外制造商具有更强的竞争能力，帮助挽救了一个具有传统历史的工业，并为人们提供了大量的就业机会。

这一平面磨床可采用手工操作，也可采用全编程方式自动操作。
PC机控制系统可以使人们相当顺利地从普通平面磨床转换到CNC数控平面磨床。

用户可通过触摸控制屏上的图像界面来控制磨床操作

Carbide Products公司使用两台新的磨床，采用流水作业方式加工生产刀片，工艺流程十分灵活。这两台磨床由日本的Mitsui High-Tech公司生产，去年刚从日本引进。在美国的车间中最先安装了三台这种磨床，Carbide Products公司是国内使用的其中两台。事实上，该公司帮助制造商进一步改进和提高了PC机控制系统的软件性能，使其更适合于这一国家用户的需要。现在，这一软件的标准特性已完全融入到机床之中，加强了机床的加工特性，帮助生产厂向铅笔制造商提供优质刀具。

Carbide Products公司对皮带饰品和花生酱生产方面所做的贡献并不那么大，但这两个应用领域中也能证明该公司在磨削加工技术方面的可靠性。例如，该公司不但能生产皮带饰品加工用的模具，而且还能为裁布机制造商提供全套裁布模具。这种复杂的模具零件就是在该公司的CNC数控铣床、CNC数控平面磨床、形面磨床、无心磨床和放电加工机上加工制成的。而且在交货前，全套模具都在厂内经过试验。

其中美国的一家一流花生酱加工厂也可以讲述一个同样的故事，因为该厂使用的阀门就是由这一公司生产的。这家花生酱加工厂在肯塔基州Lexington地区有一个分厂，其混合花生酱的加工设备和花生酱装瓶设备使用的多种阀门均由Carbide Products公司提供。这些加工设备的卫生要求很高，而且还要保证其在高速条件下可靠地运行。阀门中的硬质合金元件公差尺寸要求极高（某些型号的阀门，公差为±0.0002in），以保证花生酱在搅拌室和分装室内的均匀流动。由于花生酱在不同的加工阶段中是一种带有磨擦性的流动物质，因此，该公司还要负责对磨损阀门元件进行返修。此外，该公司还生产钢制零件和食品级塑料零件，用于罐头包装机械。

当然，该公司的业务范围并不限于铅笔、皮带饰品和花生酱这些行业。她在十几个行业中拥有150多家客户，这些行业包括灯泡、滚珠轴承、医疗零件及体育用品等行业（著名的Louisville Slugger垒球棒切削成形用的硬质合金刀具和HSS高速钢刀具就是由Carbide Products公司生产的。）

旋转式砂轮修整器使用金刚砂轮来修正磨床上的成形砂轮。
修正过程由该公司CAM编程工作室编制的CNC程序控制

祖父的家规

Carbide Products公司的老板是Danny和Paul Strippelhoff兄弟俩。Danny先生是公司总裁，而Paul先生是负责生产的副总裁。他们的祖父Henry Strippelhoff先生于1943年创建了这家工具和模具车间。二次世界大战前，也就是他来美国前，在德国的Essen完成了他的工具和模具学徒生涯，然后学习机械工程。年轻的Strippelhoff兄弟在他的调教下开始成为工具制造商，而他们又使他的手艺建立起自信，从而使这一手艺成为先进的技术。由于这两大因素使这家公司取得了成功。

Danny Strippelhoff先生说：“拥有设备和一定的能力十分重要，但富于创造性和发明天赋则是取得成功的另一半。”

应用新的CNC数控磨床就是一个很好的例子。它们是该公司在采取铅笔刀具生产战略中不可分割的一个部分。

Carbide Products公司已为铅笔制造业服务了50多年时间。普通的木质铅笔通过在精密的机床上加工，变成了一系列多种多样的复杂产品。真像美国其他成熟的行业那样，铅笔制造业也受到海外低成本生产商所带来的严重压力。美国的生产厂为此做出了反应，以流水作业方式和成本控制解决了这一问题。其中肯塔基州的这家刀具制造公司就是一个很好的例子。

Paul Strippelhoff先生解释说：“我们生产的硬质合金刀片和HSS高速钢刀片使铅笔制造厂加工设备的停工时间减到了最少的时间。由于刀具头部仍夹持在机器上，因此刀片可以在5min之内完成更换任务。此外，刀片采用特殊的设计方法，因此很容易在平面磨床上磨削。这意味着在木材加工设备的运行中不需要有高技术的操作人员。”因为铅笔制造商的技术工人因退休等原因而逐渐减少，故后面的这一优点就越来越显出它的重要性。

这种刀片也使木材加工设备的生产效率进一步提高。Strippelhoff先生说，经过磨削以后的刀片，可以均匀地加工铅笔用木材，加工精度和加工稳定性都很高，切削速度提高，废品率降低。不管是硬质合金刀具还是HSS高速钢刀片，由于质量好，使用寿命很长。过去在铅笔制造中使用的那种含有特殊香味的雪松木材越来越少，现在使用的是另外一些品种的木材。然而，由于这类材料具有较大的研磨性，因此对刀具的磨损影响较大。这意味着刀具需要频繁更换，因此快速更换刀具就显得格外重要。

然而，对于Carbide Products公司而言，生产刀片也面临着许多挑战。每一铅笔制造商的产品都有各自的特殊设计形式。例如，典型的六面形铅笔的笔杆就有多种设计形式，如每侧的宽度、圆角半径、侧面是否有点凹凸等等。这就意味着公司必须按照每个客户的要求提供不同的刀片。而且，每一刀片的刀面角需特殊加工，才能保证达到所需的切削形面。几何形状也越来越复杂，因此也必须对刀片的间隙角进行特殊磨削加工，因为这对刀片的使用寿命有很大影响。

过去，车间曾使用由钢制量块制成的样板，在10:1的缩放型砂轮修整器上修整成形砂轮。样板的形面形状要比刀片实际形面形状大10倍，然后按照正确的比例转换到成形砂轮上。在手工/液压设备上完成整个过程很费时间，而且取决于操作员的技术水平。完成这一工作以后，刀片就可以在液压平面磨床上磨削加工。

Strippelhoff兄弟认为要降低他们的生产成本就必须全力支持他们的客户，使他们具有一定的竞争能力。这一思想导致他们寻求更好的返修磨削方法。在新的磨床上，砂轮采用自动修整工艺，因此解决了这一瓶颈问题，提高了磨削速度。

刀片在成套磨削加工之中

新的方向

这类磨床代表了Mitsui High-Tech公司的新方向。该公司的母公司是日本生产集成电路引线框架的领先供货商。该公司在多年前开始制造高精度平面磨床，因为当时市面上提供的磨床还不适于或不能磨削加工微米级精度的模具元件。后来，这类磨床被很快销售到电子行业以及其他行业的相关制造厂中使用。

除了满足高端磨床的需求之外，该公司决定生产广大通用加工市场所需的磨床。其目标是开发一种价格适中、精度略低于高端磨床的产品。采用PC机控制系统很容易让用户将普通的平面磨床转换成CNC数控平面磨床，其图像界面操作系统可简化设备的调试和操作方式，QuickSet磨床就是其中之一。

电加工区域与车间的其他部分相隔离。
图中所示为滑枕式EDM加工机床，调试后准备进行隔夜无人化操作

这类QuickSet磨床正是Strippelhoff兄弟所想象和希望的那种磨床，适合于用于刀片的流水线生产。兄弟俩对PC机的操作界面特感兴趣，因为Carbide Products公司的操作员对CNC数控平面磨床没有什么操作经验。该公司于2005年5月安装了第一台QuickSet磨床，接着，在8月份又安装了另一台同一型号的产品。

由于原先的那台磨床是北美第一台安装这种软件的产品，因此Paul Strippelhoff先生及其工作人员密切与Mitsui High-Tech公司的销售经理Bob Hamada先生（在伊利诺斯州的Elke Grove村）进行合作，制作了英文版的控制软件。Strippelhoff先生提出建议，增加了一页菜单，通过这一菜单可以使操作员更为直觉地进入到砂轮的修整补偿过程。同时，该公司还提出了其他一些修改意见，以符合这一国家工厂的实际情况。

这类磨床的主要特点是可提供一种任选的砂轮修整器，利用其金刚砂轮打磨修整磨床上的成形砂轮。砂轮的形面与被磨削加工的刀片形面一致，当然这种刀片是完全按照铅笔制造厂提供的形状生产的。采用这一砂轮自动修整装置以后，也就不需要以前使用的那种钢制样板了。

Strippelhoff先生解释说：“现在，操作员可以从公司以太网络的文件服务器中下载这一砂轮修整程序。”金刚砂轮按照加工路径程序来修整磨床上的砂轮。尽管金刚砂轮的初期投资较高，但公司再也不使用那种单点砂轮修整工具了，因为那种工具需要每星期更换三次。修整程序是采用DP技术公司（在加州的Amarillo地区）的Esprit CAM软件创建的。按照Strippelhoff先生的说法，这一程序能够沿着刀片的刀面角和间隙角，模拟刀片的几何形状，从而使其与加工面外形完全一致。

砂轮经修整后，操作员将在控制板上输入磨床磨削加工周期中所需的一些参数，然后准备开始工作。Stripplhoff先生说：“由于我们经常磨削硬质合金刀具，为保证足够的磨削力度，我们要求磨床具有足够的重量和刚性。我们非常喜欢这些磨床的重型立柱结构和基座。

其他优点

由于这些磨床调试和编程十分快速，因此还可以承担该公司的其他加工任务。按照Strippelhoff先生说法，这类磨床的灵活性帮助公司按计划完成生产任务。例如，原先有些工作本来是安排由线切割放电加工机床（EDM）完成，但偶尔因情况发生变化，EDM加工机床被临时占用，而这时磨床恰好又空置着，自然磨床就可代替EDM进行加工。磨床也可以对难于车削的地方进行精加工，例如加工压铸模芯棒上的0.005in内圆角半径。

另一点也是Danny Strippelhoff先生所特别强调的。他说：“我们是磨削加工专家，但由于在其他加工领域也非常先进，因此我们能够为客户提供更大范围的服务。”在这一点上，他列举了一个难以车削加工的例子。该公司曾按用户的要求生产压铸模芯棒，但这种材料很难在来自Hardinge公司（在纽约州的Elmira地区）的GT27SP车/铣床上车削加工。这类芯棒的硬度为55～60hRC，需要由实心的棒料车削加工。但有些长度与直径之比较高的芯棒还需要磨削加工，事实证明，这些补充替代工艺是切实可行的。

与现代技术同步发展的线切割机床和滑枕式EDM加工机床也是提高该公司整体加工能力的另一大优势。在硬质合金的电蚀加工中，铜钨合金电极优于石墨电极，但该公司采用车削和铣削方法加工这种材料也收到了很好的效果。该公司从Agie公司（在伊利诺斯州的Lincolnshire地区）引进的Progress 2型5轴线切割EDM加工机床具有很高的线切割能力（根据机床制造厂的说法，其加工钢铁的速度高达47in2/h）。Agie Evolution FS+F型线切割机床可以使用0.001in直径的细丝来进行切割加工，尽管大部分情况都要求采用标准的细丝。这两种机床一般都用于硬质合金的日常加工。

Srippelhoff先生说，线切割加工硬质碳化钨合金的关键在于对所要加工硬质合金工件的内应力释放情况进行控制。这是一个计划安排的问题，例如如何按零件的形状运动、如何调节切割线的路径及如何根据以前的经验和文件，进行相应的切割加工。如何正确地选择碳化钨材料对线切割加工能否成功也起着关键的作用。

最后，该公司还拥有碳化钨合金钎焊工艺设备，这是组装成套刀具的一道关键工艺。返修刀具时，需卸除和重磨碳化钨硬质合金镶刀片，这是该公司的一项正常业务。然后重新焊接组装，使其焕然一新。

尽管在这里着重介绍的是工艺技术问题，但Strippelhoff兄弟还是强调了技术力量的重要性，它会使公司发生完全不同的变化。因此，在公司大门前的司徽下贴着这样一条标语：“有了手艺和技术，打遍天下都不怕！”

MM《现代制造》(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (7/17/2006)


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