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极限条件下的铣削加工
newmaker    来源:MM现代制造
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加工中心/FMS展厅
车铣加工中心, 铣削加工中心, 钻铣加工中心, 镗铣加工中心, 五轴加工中心, ...
更短的交货时间、更小的批量以及越来越复杂的零部件加工要求,这些不断发展的生产上的趋势同样影响着加工中心铣床的进一步发展。生产中的高度灵活性和较高的生产效率是加工中心和铣床必须满足的要求。快速刀具更换和高效自动化系统,对进一步提高生产效率也做出了贡献。

实际上,由于许多机床都采用了模块化结构,因此用户可以按照自己的要求量身定制所需的机床设备。例如,MAG Hueller Hille公司为其新型立式加工中心开发的NBV 400模块组合,可满足许多机器变量的要求。该产品共有6种配置,可采用3~5种坐标对工件进行铣削加工和车削加工。此模块组合还包括电机主轴,其旋转速度为10000、12000、18000、24000和42000r/min,在100%负荷周期下,转矩范围为9.6~87 Nm。该公司开发部主任Joachim Krischke强调:“配备宽转矩范围的工作主轴是以最佳方式适应加工任务为先决条件的。机床可装备能存放100把40 HSK、63HSK或30 HSK刀具的刀库。如果觉得这样的刀具存储容量不够,也可以订购存储能力更大的刀库。

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配备旋转工作台的加工中心可同时完成工件5个面的加工

因为用三个线性坐标运载刀具,所以,机器动态性能与工件重量无关。Krischke解释说:“结果运动速度可达到60 m/min,加速度可达6 m/s2,确保了切削加工的经济性。” 另外,加工中心还可配备一体化的CAM(图1)。其使用的CNC程序,可在虚拟机器上进行在线验证。Krischke说:“试验表明,这种模拟仿真可以节约大量时间和能源。”

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图1 NBV 400立式加工中心可配备一体化CAM,其为新工件编制的CNC程序可在虚拟机器上进行验证

Mori Seiki公司的新一代Mapps IV控制器可根据设备的不同型号配备Esprit公司的一体化CAM模块。这种控制器也可安装到新型NT1000铣削中心和车削中心上(图2),完整加工52mm的复杂棒料工件,加工直径为370mm,长度为400mm。B坐标采用零间隙直线电机驱动,ORC(八角形滑枕)可在Y坐标上提供极强的刚性。这种结构将热稳定主轴保持在中心。车削主轴和铣削主轴采用高精度且反应灵敏的油冷却系统,可最大限度地减少热位移。由于具备这些特点,NT1000非常适于高精度加工小型复杂工件。

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图2 NT1000新型铣削中心的B坐标配备有零间隙直线电机并采用ORC(八角形滑枕),
可沿Y坐标提供良好的刚性

为了应对零部件越来越大的市场趋势,开姆尼茨的Union Werkzeugmaschinen公司正在开发第一台PR 200/250系列的动柱式加工中心,其具有130kW的传动功率和高达17000Nm的转矩,可加工高8000mm重250 t的工件。据市场营销总监Thomas Ulrich称,“在该加工中心上,可方便地同时完成粗加工切削和超高精度的精加工切削任务。”其还解释说:“该设备之所以能具备如此优异的特性,是因为在X、Y和Z坐标上配备了静压导轨。此解决方案的特别之处在于静压调节取决于负荷的大小,可帮助用户获得非常高的加工精度。”

动柱式加工中心备受关注

同样,由机床生产厂家Gildemeister生产的DMF 260-11动柱式加工中心配备的一体化NC旋转工作台,也能提供更多加工大型工件的空间(图3)。与其先前型号的加工中心相比,X坐标延长了180mm,达到了1100mm,Z坐标延长了80mm,达到900mm。新设备的运行速度更高,达80m/min,而不是40m/min。B坐标和C坐标任选方案使得加工中心适用于5联动加工。主轴可有多种不同变化,适应工件能力范围在SK40和HSK A60(旋转速度可高达8000r/min,转矩可到150Nm)到SK 50和HSKA100(旋转速度达10000r/min,转矩达288Nm)之间。

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图3 与其先前型号相比,配备一体化NC旋转工作台的动柱式加工中心DMF 260-11的X坐标延长了180mm,达到1100mm,Z坐标方向延长了80mm,达到900mm

在用于柔性加工大型零部件方面,SSB-Machinenbau公司生产的VPZ系列立式龙门加工中心(图4)配有双主轴、用于进行卧式加工的斜置分度头和用于进行车削-铣削加工的NC旋转工位。该加工中心主要用于车削-铣削加工不同半径的圆形工件,同时,还有任选主轴头,进行大型铸件加工时,不仅可完成成形铣削加工,还可完成5面体加工。在谈到有关这种龙门式结构原理的优势时,该公司的首席执行官Thomas Beyer强调指出:“在进行表面铣削加工时,龙门式结构具有最高的刚性和精度。”

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图4 VPZ 04立式龙门加工中心上的两个机加工工作台,不仅可以合理地进行双工作台运行,
而且通过两个工作台同步,甚至可加工长型工件

两个机加工工作台不仅可以合理地使用双工作台完成加工任务,而且利用工作台坐标的同步,甚至可以高精度加工长工件;尽管横动行程较长,双工作台的精确几何形状定位也丝毫不会受到影响。Beyer保证说:“虽然进行加工的大型零部件长度达到了6000 mm,最终要求精确到微米范围的高精度。我们的龙门式机加工设备正是为了实现这些严格的公差而设计的。”这种加工中心的切削性能也毫不逊色。采用ST 60硬质合金刀具进行钻削的直径可达65 mm,铣削性能为1000 m3/min。

位于Meppen的Hedelius Maschinenfabrik公司开发的RS 505 紧凑型加工中心可用于加工长而复杂的立方体工件,且精度和效率都非常高,其包络线圆可达420 mm。此新设备的特点是能够巧妙地进行工作区域布局。该公司市场营销经理Dennis Hempelmann解释说:“这台加工中心配备有直径为420 mm的旋转和回转工作台以及一个固定工作台。两个工作台具有同样的高度,所以,总长度达1000 mm的工件可用长床身规程进行加工。”

五坐标和三坐标联动加工

关于新设备工作模式的优点,Hedelius Maschinenfabrik公司的市场营销经理Hempelmann先生说,将五坐标和三坐标工作区域结合起来,工件的6个面就都能采用非常经济的工艺方法进行加工。“在左侧基本工作区域使用三个NC坐标,夹紧或基准面加工在第一次装卡时完成;在右侧工作区域,使用五坐标运行,这样就可完成整个工件的加工。与Formingstar的3D进给技术配套,这台设备还特别适合用于5坐标HSC联动加工。”

Hempelmann先生解释说。回转工作台单元上的线性坐标数字传动装置和水冷转矩电机配备的直接传动装置与Heidenhain公司生产的CNC iTNC530配套,可为加工中心提供非常高的动态性能和精度。

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图5 微型Makino机加工复合机床生产系统的自动化系统包括一台机器人
一个特殊夹持器、一个夹紧工位和辅助托盘系统。

刀具更换时间也会对生产率造成影响。格平跟市的Miksch公司首席执行官Heriebert Miksch强调指出:“这不是能否快速更换刀具的问题,而是要尽快提供相关刀具的问题。另一个要点是刀具更换系统不应该是一种特殊解决方案。”相反,用户所需要的应该是系列化的生产,可在模块基础上适应特殊任务的需要。Miksch声称:“我们的MCS040链式刀库满足了所有这些需求,这种刀库几乎是独一无二的,换刀时间不到0.5s,链条速度高达100m/min。”其独特之处还在于系统灵活性,即使使用像SK 40这样的刀柄和与其类似的锐锥度都没有问题,唯一必须更换的只是手把和颊板。

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图6 紧凑型生态自动化系统托盘库可容纳10个工件托盘,适于单件小批量生产

当用户急需提高生产效率时,就要借助自动化系统。例如,工件夹持托盘系统(WHP系统)通过合并夹紧和托盘功能,可提高小批量工艺的生产效率。如Makino解释的那样,这种生产系统称之为微型Makino机加工复合机床(μMMC),由生产单元和数目众多的托盘组成,在进行小批量生产时,可大幅度提高效率,降低生产成本。此自动化系统包括一台机器人、一个特殊夹持器、一个夹紧工位和辅助托盘系统(图5)。一台六坐标机器人是标准配置,可将WHP定位于任何需要的角度:水平、对角线或垂直。只需要一个机器人手臂,因为即使工件有多种形态,也只需搬运到外部辅助托盘。为加工中心搬运单件小批量零部件较为简单的解决方案是Lang 技术公司提供的。紧凑型生态自动化系统托盘库可容纳10个工件托盘(图6)。Lang技术公司的首席执行官Guenter深信:“新系统是实现机床自动化最为简单的方法。”另外,其装卡非常迅速,安装和调试可在一天之内完成。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (6/30/2010)
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