铣削 迈向更科学的系统工程

作者：单锡林 马艳娣 李锋    来源：《MM现代制造》

欢迎访问e展厅 展厅 3 数控机床/铣床展厅 数控铣床, 摇臂铣床, 立式铣床, 转塔铣床, 炮塔铣床, ... 铣床是金属加工业应用非常普遍的设备，它在精度、速度、操作水平等方面已经迈上了一个全新的台阶，单机的性能大大加强外，其与刀具、夹具、软件等配套设施所组成的系统工程的科学性不断提升。用户所要求实现的加工高效率是机床供应商的目标，在此方面，机床增加更多的自动化元素，将是柔性、速度和精度要求越来越高时最有效的解决之道。 高精度机床实现高精度加工 高精度加工中心越来越多地应用在实际加工中。比如, 原来只有坐标镗床才能达到的精度, 现在由于直接测量技术的普及、计算机数字补偿等,很多机床已经具备了这个能力。 当然, 说到高精度, 是为了实现加工的高精度, 而不单单是机床的高精度。因为这要和实际的需要结合起来。很多工件是要达到高精度, 还要实现高效率。怎么样才能二者兼备呢?除了考虑夹具、刀具这些人所共知的因素之外,工艺方法非常重要。减少装夹次数, 力争一次装夹、一次完成,甚至在五面体、五轴五联动加工的基础上, 还要实现车削的功能。这就是德克尔马豪佛朗顿(DECKEL MAHO PFRONTEN )所做的技术创新，在这个德国最大的加工中心生产厂， 现在每年生产的DMU FD系列的五轴五联动的车铣复合加工中心的数量越来越多。这种机型的订单量, 已经从2002年的几台, 到2006年达到近80台。充分说明了市场的认可。 GILDEMEISTER(吉特迈), 在双主轴、双刀塔、 带Y/C轴的车削中心的基础上, 加入了带B轴的铣削主轴, 同样实现了一次装夹, 六面体加工。 最大限度地实现了加工的高精度. 这就是GMX系列的车铣复合加工中心。同时, 为了实现机床的长久稳定的高精度, DMG还在机床的结构上做了很多的改进,如DUOBLOCK(双体结构)就是一个专利创新。 过去,大中型的加工中心, 通常使用动柱式结构, 重量大、重心高， 移动阻尼大, 速度慢, 动态刚性差, 而现在德克尔马豪使用了双体式结构, 将移动部件重量减少,取消了动柱, 精度提高了30%, 移动速度快了到60m/min, 刚性增加了30%。 机床精度是个综合问题，反应到工件精度上是累计误差。提高机床的综合精度需要从机床结构、零部件制造精度、装配精度以及误差补偿各个方面入手。米克朗的机床结构灵活，每一种尺寸的机床都采用与其尺寸和加工范围相匹配的机床结构。比如其UCP系列高性能5轴联动加工中心，其小规格UCP600、UCP800采用工作台回转摆动来实现大的5轴联动角度，采用光栅尺进行角度定位测量消除了立卧转换的误差。而其大规格HPM1150U、1350U由于承重大，为了保证联动中的动态精度，采用了工作台回转、主轴摆动的结构形式来保证大承重下的联动精度。 米克朗HSM系列高速铣削加工中心更是凭借其创新的结构设计成为了该领域首屈一指的机床产品。它的结构设计充分考虑到高速加工中的振动和高速进给时的冲击力，采用吸振性极佳的人造大理石整体铸成刚性极高的封闭O型龙门床身。同时为了增大进给速度、减小加减速时移动部件的运动惯量，各移动部件，如工作台和主轴滑枕等均采用轻型结构设计。为了减少加工中电机连续运转时的发热问题，米克朗甚至将电主轴的冷却技术用到了进给电机上，HSM的所有进给电机均采用恒温水冷，消除了热对进给轴移动精度的影响。 在提到精度时，用户往往只注重于机床本身的精度。实际上，购买一台高精度机床的最终目的是加工出高精度的零件。而产品精度不仅受到机床精度的影响，同时，如刀具磨损、环境温度变化等的影响对最终零件精度也起着至关重要的作用。因此一台真正意义上的高精度机床应该在确保机床本身高刚性、高精度的同时,还要充分考虑尽量减少其他因素对最终产品精度的影响。 WFL公司做为车铣加工中心的发明者及专业制造商，在机床的设计中从床身结构、导轨布局、主轴支撑方式及避免电机运动部件发热对机床精度影响等方面均进行了全面的考虑，以确保机床本身的高刚性、高精度。 WFL车铣中心的产品设计理念就是：一次装卡、全部完工。即将车、钻、铣、镗、齿轮加工、深孔加工、测量、磨削及打字抛光等工序集成到一台设备上，大大减少了由于机床转换带来的装卡误差。 同时，WFL车铣中心还成功地将在线测量作为加工工艺中的重要步骤以消除刀具磨损及环境温度变化等因素对工件精度的影响。 以面向零件“解决方案”为目标的综合高精度，是数控机床发展的最高境界和目标。 高速铣的新突破 单锡林先生：高速切削, 已经越来越多地被应用到了普通的加工当中。现在, DMG一般的加工中心, 标准主轴的最高转速已经可以分别达到12000r/min、 18000r/min、 24000r/min、30000r/min，甚至是42000r/min。 仅有高速主轴, 已经没有人还会认为这就是高速铣了。必须要有相应高的进给速度和加速度, 才能真正实现切削的高速度。但是, 单纯的高速主轴是有其局限性的。 由于转速提高, 对刀具动平恒的要求也提高了, 刀具的直径和长度受到了限制。主轴转速越高, 主轴的扭矩越小，这样只能进行精加工而很难实现粗加工。 DECKEL MAHO SEEBACH 公司在这方面取得了新的突破。在本届机床展展示的 DMC75V LINEAR, 就是得到2004年欧洲高速加工大赛第一名的杰作。它采用了铸铁的龙门框架, 使用大功率、可以实现高转速且大扭矩的恒温的同步电机主轴 (通常则是采用异步电机)。更为重要的是, 使用直线电机驱动这项新技术, 使得直线轴的进给速度达到90m/min。而且直线电机取代了传统的滚珠丝杠，排消除了丝杠快速磨损和经常更换的后顾之忧。 马艳娣女士：再完美的结构设计也不能百分之百地消除误差，尤其是在高速加工中。由于高速加工中产生了大量的切削热，热影响成为高速铣削加工精度的大敌。所以在高度精确的铣削加工中，机床操作人员通常需要在开机后将机床预热一段时间，待机床达到热稳定状态后再开始加工，或者在加工过程中人为地输入补偿值来调整热漂移。米克朗通过长期对切削热对加工造成影响的研究，积累了大量的经验数据，开发了ITC智能热补偿系统。该系统采用温度传感器实时监测主轴切削端的温度变化，将这些温度变化反应至数控系统，数控系统中内置了热补偿经验值的智能热控制模块，可根据温度变化自动调整刀尖位置，避免了Z方向的严重漂移。采用了ITC智能热补偿系统的机床大大提高了加工精度，由于缩短了机床预热时间并且消除了人工干预，所以还大大减少了工件的加工时间。 Russell先生：哈斯机床控制系统的特点包括3个32位处理器、可选用高速“前瞻式高速加工”选项，用于表面控制。控制系统可用于节距补偿，还有一份由用户自定义的热补偿表，适用于各种加工环境。 提升自动化的重点 单锡林先生：铣床的自动化, 应该包括自动托盘交换和快速工件装夹技术。在一班8h的工作时间内,能够无人干涉, 就可以完成加工任务。这些都是各个机床厂在努力向小型的FMC(柔性加工单元)和FMS(柔性加工线)发展所需要的。DMG在发展机床硬件的同时, 也把机床的故障自动报警 (用手机短信方式)等做为发展重点。 Russell先生：哈斯的VMC设备生产线由具有提高生产率的多种选项支持，例如：探头测试(零件和工具)；托盘交换装置；托盘工具；自动零件装载装置；自动开门装置；刀具寿命管理系统；机床维修日程表；过载保护和补偿；操作安全性。这些都在不同层面提高了机床的自动化水平。 李锋先生：随着计算机技术的高速发展，数控系统的功能变得更加强大，也为进一步提高CNC机床的自动化程度提供了进一步的保证。在产品变化越来越频繁、复杂性和精度要求越来越高的今天，我们认为提高CNC机床自动化程度应着重于如下两方面需求： 单件小批、复杂零件更加简便的编程能力 随着CNC机床的广泛应用，大量复杂零件的编程及工艺优化已成为生产中的瓶颈，尤其是车铣中心加工的零件，一般情况下零件形状十分复杂、精度要求高，同时一个零件的加工往往需要经车、铣、镗、钻、成型加工等多道工序才能完成。在此情况下，如果能提供机床使用者一个简单易懂的操作平台，输入关键位置数据后即由CNC系统自动优化并产生其数控程序，将大大提高CNC机床的使用效率。WFL公司车铣加工中心正是在机床实际应用中不断丰富及优化其子程序功能以达到上述目的。 故障及误操作的监控保护能力 机床的故障及误操作时常会导致工件的报废及机床的损坏，从而给用户造成不必要的经济损失。为解决这一问题，强有力的监控保护能力就变得越来越重要。例如象WFL在全球机床行业首次推出的Crash Guard?防撞卫士系统，就是应用了目前CNC系统的高速处理能力，实时监控机床的运动，以确保在机床手动、自动等各种运动模式下均正常工作。此系统推出至今深受广大用户的好评。(end)

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