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传动轴磨削工艺设计：灵活制造是核心 |
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作者：德国勇克机器制造有限公司 Helmut Damm 来源：雅式工业专网 |
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对於机床制造商来说，汽车行业是最具挑战性的领域。汽车工业在生产质量、节拍时间、单件成本、年产量、程式及设备可用性等方面都提出了极高的要求。在遵守认证规定、企业标准以及供应商章程的前提下，最大投资总额与售後服务也面临着持续增加的挑战和压力。新车型日益缩短的巿场投放周期对於机床产品的不断精调有直接影响，该影响体现在工艺设计和机床配置两方面。倘若成功入巿，国际声誉和大量项目订单便会接踵而来。而想要与汽车制造商做生意，必须做到的一点就是灵活，而且要非常灵活。
分支工序实现任意操作
尽管有如此繁多的框架条件，位於诺德拉赫的磨削设备制造商勇克集团却成功地成为汽车制造商多年来的技术合作夥伴。
欧洲某汽车集团在南欧建造了变速箱厂，并将传动轴磨削工艺设计委托给了勇克公司。潜在技术合作夥伴的生产要求包括对两种表面硬化钢质的传动轴整体磨削（驱动轴和输出轴）。磨削方式包括切入式磨削、端面磨削及所有外圆磨削。也就是说，对整个外形轮廓进行磨削。机床使用商进行变速箱生产所追寻的目标是，基於中央传送带对每道分支工序（车削、铣、磨削等）以任意顺序进行灵活操作，从而使小批量或者单件产品实现必要的磨削操作及磨削参数更改。
当配合公差约为10μm时，机器能力指数（cmk）应在1.67至2.0之间。勇克机床拥有完整的一体化过程测量系统以及闭环控制回路，能很好地应对上述问题。此外，机械制造商必须适应委托商提供的配有单一工件托架和RFID识别工件晶片的工件物流传送带，以保证在机床内和工件托架之间的自动工件上下料。“HMI pro” 软件由控制装置制造商西门子设置，客户也为生产人员建立了统一的操作介面。
机床使用商进行变速箱生产所追寻的目标是，基於中央传送带对每道分支工序(车削、铣、磨削等)以任意顺序进行灵活操作，从而使小批量或者单件产品实现必要的磨削操作及磨削参数更改。理论上来说，最小批量值为1。
优质高效磨削：左图是在EJ50设备上使用电镀砂轮组进行的直切入磨削；右图是在EJ50设备上使用陶瓷结合剂CBN砂轮组进行的无痕成型磨削。
系列生产胜过成套加工
勇克专家必须把进一步的基本条件计算在内：根据原计划年产量、实际应用的生产班次以及机床可利用率统计，计算出包括上下料时间在内的磨削工序的目标节拍时间。勇克集团汽车分部项目负责人在提到上次成功的方案时评价说：凭借在CBN 磨削技术高效磨削领域的丰富经验，勇克曾提出整体加工的解决方案。但是这套方案并不能帮助我们实现目标，因为随之而来的是设备投资总额的大幅增加。相比较而言，将切入式磨削与端面磨削分开，而後再进行全部外形轮廓磨削会节省更多的费用。通过对驱动轴进行一系列测试，最终确定该方案可以保证产品质量，生产过程也相当稳定。
Quickpoint 3000系列磨床
针对年产能为400,000根的传动轴，客户采用了勇克两条独立生产线方案：一条生产两种驱动轴的加工线(手动变速器和自动变速箱)由两台“Jumat5000/50s”CBN外圆磨床进行切入磨削，三台 “Quickpoint 3000/60”HSG外圆磨床进行外形轮廓磨削。另一条生产两种输出轴的加工线由三台 “EJ50”直切入外圆磨床构成，其中一台磨床进行切入加工，另外两台磨床进行无痕外形轮廓磨削。
该项目证明，在现有合作夥伴关系和成本控制原则的框架内，可以把原始设备供应商(OEM)转变为技术供应商。为了使只有一个砂轮头架的EJ50磨床能够加工两种不同长度的输出轴，在进行产品设计时，按照该项目的两种主轴类型对切削方式进行了相应的设计调整，这样就可以用同一砂轮组进行加工，而借助集成的轴向定位装置可以将该砂轮组调节至正确位置。Jumat和Quickpoint磨床因为拥有B轴，则可以借助旋转工件一周对两组不同的砂轮进行方便快速的定位。
借助晶片进行快速工件上下料和物流控制
为了实现较短的节拍时间，一方面必须借助高效磨削工艺得以实现。切削工艺由无须修整的电镀砂轮进行，轮廓加工则借助在机床内修整过後的陶瓷结合剂CBN 砂轮完成。另一方面，工件换装时间必须包含在节拍时间之内，内置上料机械手方案的优势在这 就彰显出来了。当外置上料机械手必须等待磨削过程结束，直至上料窗可以打开时，内置上下料机械手已经使用W 型夹爪将下一个工件送至主轴附近。由於机床具有极高的刚性，上下料机械手并不会对磨削过程产生任何影响，而内置在线测量可以保证产品质量并提高工艺安全。
除了机床的使用率，机床换装频率和所需时间也是影响年产量的因素之一。在切入式磨削情况下，砂轮使用寿命接近於20000 根传动轴，这样的话一年只要更换两至三次砂轮组，借助机床上的换装辅助装置可以使换装所需时间缩减至30-60分钟。为了尽量排除对最大柔性生产理念的干扰，机床还特意安装了配有RFID 晶片的工件托架。在工件被送入机床前，传动轴类型和加工状态资讯将被确认，如有需要并对尾架的顶尖位置、所使用的磨削砂轮组等机器配置以及数控程式进行修改。在程式开启之前，将对传动轴几何参数的额定值与实际值再次进行合理性检验。一旦出现偏差，将对传动轴进行分类整理。加工完毕後，需对工件托架晶片内的储存数据进行更新。
试生产，生产，生产升级
首批八台机床在诺德拉赫进行验收後，已经发货。客户对勇克设备给出了完全满意的评价：就目前的项目来说，勇克提供了颇具说服力的总体方案。与多数供应商相比，勇克方案能节约更多的设备投资。此外，在同台磨床上，多种型号传动轴的高柔性加工无需人工作业也可实现，因此也能更快地适应巿场需求。在试生产和生产阶段，勇克还提供了高水准工作人员予以协助。至於售後服务，勇克及其合作夥伴Tecmi 为用户提供了包括备件供应在内的及时支援。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(9/8/2010) |
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