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复合加工发掘磨削潜能
作者:Hans-Dieter Braun
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磨床/珩磨设备展厅
平面磨床, 外圆磨床, 无心磨床, 内圆磨床, 万能磨床, ...
在一次装卡过程中实现整体加工,这一直以来就是切削技术的发展方向。对于磨削加工来说,这就意味着这种模块化结构设备需要一种新的模型和工艺来实现对工件的自动化连续加工。

只要投入使用磨削技术,加工单位通常会选择一种可与每项加工任务作最佳匹配的磨床来执行加工任务。在很多加工场合中,所采用的标准型磨床设备恰好是正确的技术方案。但是,如果磨削作业遇到某些特殊的要求,则需要一种特殊的技术方案。例如在加工诸如高合金钢或钛金属等难切削材料、高复杂性外形轮廓或高效生产小批量部件时,便会出现这种情况。

当遇到此类技术难题时,德国哈斯马格磨床公司可以提供大量的解决方案。该公司生产可加设种类繁多的辅助模块和功能的通用型磨床设备,从而满足那些标准型技术方案无法满足的高要求的加工任务。在对合成膝关节的磨削加工中,哈斯马格公司也起到了技术先锋的作用。此项加工中所面临的挑战便是难切削材料、复杂的几何外形和较高的表面质量要求。例如胯部支架的复杂外形及其一次性的整体加工,使得这种移植组织的制造成为一项艰巨的任务。对此,哈斯马格公司研发出了一种针对设备控制的专用软件。

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由于Multigrind磨床上可以集成带磨削、车削、铣削和镗削等功能,因此只在一台设备上即可实现对复杂工件的整体加工

具有高度工艺安全性的整体加工

由高合金钢或钛金属制成、表面质量很高的飞机涡轮叶片是一种自由面和外轮廓复杂的产品,它也体现了哈斯马格公司研发人员的创造精神。诸如螺纹车刀、深孔镗刀和滚齿刀等金属加工刀具所加工的表面往往也要求达到微米级的精度。对此,该公司也开发了各种工艺安全性高的复杂加工工艺。

3种型号的Multigrind磨床构成了新研发技术的基础。这3种磨床是:Multigrind AF磨床、Multigrind B磨床和新CA型磨床。此类磨床均采用标准设备构建平台,可以根据用户需要进行相应配置和添加所需辅助功能。哈斯马格公司的磨床设备拥有统一的基本结构,即对角线性轴位于X、Y、Z轴线上,旋转主轴绕着C轴运行,而在A轴线上则为针对工件的旋转轴。这种结构可以使得设备非常稳定,使用灵活。Multigrind CB和Multigrind CA型磨床采用哈斯马格公司所开发的Multi-Cube系统结构,在设备的方块形矿物铸铁机座的中心部位上设置磨削加工机构,因此所有轴均呈对称分布,不会出现力的悬空的现象。

这种基本模型可以通过辅助模型和辅助功能与各种特殊应用场合相匹配。这里的一个亮点便是对尖形金刚石砂轮的校准。这是哈斯马格公司与位于Norderstedt地区的Saint Gobain磨料磨具公司共同合作开发的一项创新技术(图1),即“Cross Dressing”技术。这种金刚石砂轮可以应用于车削加工刀片的制造上。它可以生成非常精确的小于0.1mm边角弧度。通过定期的校准(外形和刀刃的修整),砂轮的外形和刀刃可达到最佳状态。Multigrind设备采用这种工艺,并在设备上内置一个定期校准的校准单元。

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图1 Cross Dressing技术可以实现对砂轮的修整和磨尖

校准工具位置与砂轮呈90°

迄今为止,尖形砂轮的百分之几毫米的半径整形和校准构成了一种技术挑战,这是因为砂轮在校准过程中容易断裂。解决途径便是采用一种与砂轮呈90°定位的校准工具。哈斯马格公司通过一种径向布置的金刚石砂轮来替代轴向定位的定型滚轮。

通过这种布置,砂轮与校准盘之间的接触面和校准压力均维持在恒定的水平,因此尖形砂轮不会发生断裂。此外,也可以确保正常的砂轮外形和较小的校准工具磨损量。这样做便能达到极好的工艺安全性和很高的加工精度。

由于磨削流程需要定期停机,才能对尖形砂轮进行修整,因此,针对合成膝关节的制造,哈斯马格研发出了一种可以连续作业的校准单元(图2)。这样,砂轮始终处于接触状态并维持正常的形状。磨削作业不受干扰而砂轮外形可以一直保持在最佳状态。这种连续的磨削加工可以实现更好的表面质量和外形。

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图2 针对合成膝关节的磨削研发的一种校准单元,它可以在磨削过程中实现连续不间断的校准

在合成膝关节产品上,恰恰是表面质量具有极其重要的作用。以往在磨削加工中加入费时费力的抛光工序,而现在该公司十多年来在膝关节磨削加工中发挥主导作用的磨削专家们注意到这种耗费,因此研发出了另一种元件——今天已经采用一种带磨单元,作为砂轮的辅助工具被集成在磨床设备上,对移植表面进行抛光。磨带同砂轮一样,均可获取到几何外形数据。采用磨带的好处就在于可达到较高的精度和节省时间及空间。设备的停机时间也可得到大幅降低。

集成采用带磨单元的更多好处也可从对表面质量很高的飞机涡轮叶片的制造中体现出来。适用于涡轮叶片磨削流程的,还有哈斯马格公司的另一项技术研发成果:即在磨床设备上对工件进行测量。迄今为止,对所加工部件的精确测量均需在测量设备上进行。对于二次加工过程,则需要在磨床设备上做二次装卡,这是因为安设在设备上的测量仪器的偏移量无法被准确测得。现在,磨床制造企业的技术研发人员开发出了一种补偿程序,它可以顾及到测量仪器在各个不同方向上的偏差量并对外形数据进行精确计算。测量单元被集成到磨床上,实现在一次装卡过程中同时进行测量,避免了重复装卡动作(图3)。其效果是显著的:测量数据比以往精确5~10倍,可重复精度小于1μm。该公司创新型测量技术首次应用于对用于加工齿轮的滚铣刀的磨削作业中。在较大规格的铣刀上,外形轮廓的精度可以达到3μm。

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图3 一种补偿程序可以在不同方向上对测量仪器的偏差进行补偿并准确计算出精确的外形数据

大尺寸和精细的外形加工

工程师们特别针对滚铣刀而研发出一种铣齿磨床(图4)。滚铣刀的铣齿通常要在多次反复装卡中和在多台设备上接受加工,这是因为必须要加工出很大的槽深、大尺度的轮廓和精细的外形才行。如今在Multigrind磨床设备上设有相互呈90°分布的两个磨削轴,其中直径和功率较大的砂轮负责加工深槽,而直径和功率较小、转速较高的砂轮则加工精细的齿的外形轮廓。铣齿轮廓的这种整体加工只需要一次装卡即可。

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图4 针对铣齿磨削作业,可以设置两个磨削轴,其中一个较大的砂轮负责加工深槽,而较小的砂轮则负责加工精细的齿体轮廓

在对圣诞树铣刀的加工中,新技术研发工作也给加工作业带来了更高的精度和更好的质量。如同其他镗刀和铣刀,在刀刃上必须要生成一个合理的角度。目前铲磨只能采用小眼面的方式进行,这很容易造成昂贵铣刀尺寸精度的降低。现在,哈斯马格公司研发出一种对数自由铣工艺,可以实现弧形铲铣作业。这种工艺也可以应用于其他的特别是较小镗刀和铣刀以及某些特殊的铣齿场合。对此,刀具可以获得更好的二次磨削精度。

车削、铣削和镗削等功能合为一体

将来在一台磨床设备上即可对工件进行整体磨削,必要时只需经过两次装卡过程,例如在加工前端面和背面时。在X轴上设有第二个工作台的Multigrind CB型磨床即可做到这一点。两个工作台各带有自己的工装卡具,在旋转轴上可以相互靠近。因此,上一个装卡流程可以在空中转换到下一个装卡流程,从而达到非常精确的加工结果。这种方法可以实现全自动的整体加工。由于在Multigrind磨床上还可以集成车削、铣削和镗削等功能,因此这种新工艺可以实现在一台磨床设备上以一次装卡过程对复杂工件进行整体加工。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (6/12/2012)
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