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加工中心/FMS |
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用于杆料加工的加工中心 |
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作者：Bernhard Knöbel Josef Laub 廖鸣九 译 |
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在加工中心机床上使用多把刀具可以对复杂工件的五个面或六个面进行全部加工。其传动效率明显高于带有附加驱动刀具的车床，用杆料加工很小批量工件时也具有经济效益。
长期以来狩猎枪或运动枪支是用传统的手工方式生产的。该产品的特点是质量和精度要求高，每枝枪都有各自的特性，因此必然形成小批量生产的特点。前几年，枪机零件按年批量生产，现在每次定货量一般为100～500件。由于要求新产品的开发周期越来越短，同时为降低成本需减少库存量，因此要求今后的生产批量为30～200件。
产品零件形状很复杂，见图1。其材料绝大部分为钢、铝和黄铜。大量的变型产品和经常变化是批量尽可能小的一个原因。
图1 各种复杂的产品零件(钢件)举例
复杂工件的完整加工
图2为C45钢制造的撞针壳体。该产品零件原先由多台机床加工而成。批量为500件时加工时间为26.65min/件(包括调整时间)。 
图2 用型钢加工的撞针壳体
为了使加工合理化，原本可选用圆周输送的多工位自动机床或多轴自动车床，但由于生产批量小，前者因更换工装的成本高，后者由于要掌握新的加工技巧而皆被排除在外。
理想的方案是选用Stama机械厂生产的MC530/SM型加工中心(见图3)。该机床主轴功率为21kW(70N·m)，转速为36～9000r/min。主轴可自动换刀，可装入直径达88mm、长度达250mm、重量达12kg的刀具(切削至切削时间为3.5s)。
图3 适用于杆料的加工中心
其X、Y、Z坐标的工作范围为800mm×400mm×350mm，加上可倾斜回转工作台的A和B轴(见图4)，分辨率为0.001°，可实现五面体加工。坐标皆由CNC控制，具有插补功能。通过可倾斜回转工作台，可穿过800mm长的杆料(直径或对角尺寸为20～60mm)。在回转工作台的左边，配备有杆料(棒料和异型杆)的上料站。手动装料后，料自动移动直至碰上主轴上安装的固定挡块为止，然后由弹簧夹头将它夹紧固定(见图4)。还可配有杆材料库。它与上料站相连接，使机床可长时间自动加工。可在机床工作台上安装可翻转的搬料机械手以实现六面加工。需要时长工件可由对面安装的尾架支撑和夹紧。机床配有自动换刀刀库，主轴箱直接从刀库抓取刀具(没有其它换刀机构)。可在St60钢材上钻Ø40mm的孔，加工出M27螺纹，铣削量为350cm3/min(铣铝材料时为600cm3/min)。已调好的刀具在机床上通过激光测量装置(Blum Novotest公司的)确定长度，以便进行磨损检测。机床辅助时间短，快速进给速度可达40m/min。定位精度公差达P14，定位分散度Ps=10µm。应用专门程序对机床进行热补偿。
图4 加工杆料用的可倾回转工作台
该加工中心可将40mm×15mm的杆料直接加工成完整的撞针。其首次加工方案是编制一个用20把刀、38个工步的加工程序。在加工结束后用盘铣刀(100mm,125m/min)将工件初步切开，留下几毫米余量，最后用针状刀(Ø6mm，4800r/min)将工件分离(这样可避免已加工好的工件在无控制的情况下折断和摔掉)。
按照该工艺，每个工件的切削时间th=5.62min，辅助时间(机床调整时间等)共3.05min，x，y定位时间为0.49min。这样，加工每个工件总时间为9.16min，即机床效率(在80%负荷下)为5件/h。在两班制时每工作日为84件。
按上述工艺加工，发现撞针斜孔精度存在问题。这是由于先钻的横向孔Ø3.5mm引起Ø5.0mm的导向孔产生细微偏差，继而使从背面斜向钻的Ø2.25mm的孔也产生细微偏差。
为此，对工艺进行修改，使撞针的孔垂直于它的毛坯端面，然后铣出端面。改进工艺后，每个工件的加工时间为16.5min(共有28个工步)。这个时间比原来要长，但这是次要的，重要的是提高了工件精度，确保能实现其正常的功能。
下一个例子是加工保险角块(图1中有)。原先在批量为500件时，加工时间为16min，现在批量为150件时，一次安装加工完成仅需要10.6min。
工作准备的薄弱环节
目前工艺中的薄弱环节首先表现在编程上，如撞针壳体编程目前仍需要12～15h。以前我们一般在4轴控制加工中心上编程，而现在需要一个5轴系统。为此，我们要寻找合适的系统。
在目前试工作的熟悉阶段，更换新产品需30～45min，包括更换弹簧夹头，重调杆料的导向，更换一套已对好的刀具等。但在今后熟练后，可以合理地安排批量生产的顺序，以加工同类型零件，从而可省略调整不同杆料的时间和在刀库中装入基本刀具(标准刀库有42个SK40的刀位)的时间。仅需更换个别刀具便可缩短调整时间。
刀具方面，一般用HSS钻头和带涂层(TiN，TiCN)的立铣刀和硬质合金刀。选用一般常用的冷却液。用带有不同R的成型铣刀倒圆弧。(end)
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(投稿)
(2/7/2007) |
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