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复合型机床满足复杂工件的经济性加工
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机床附件/其它机床展厅
组合机床, 专用机床, 模具雕铣机, 雕刻机, 拉床, ...
在一种机床上集成多种加工工艺,可以在一次加工过程中以较短的时间对复杂工件进行经济的加工。一种针对旋转对称型工件的集软、硬加工和激光加工于一身的Uni-Cen 504型车铣加工中心被开发出来。

在通常情况下,机床都是作为专机针对性地被使用,在一种设备上也只采用一种制造工艺。但是,在供货期缩短和需求量萎缩的情况下,市场却要求部件越来越复杂,设备形式更加灵活。旋转对称型部件,特别在高要求下,往往需要在不同的设备上进行多个步骤的加工:软加工(车、铣、钻)、淬火/镀层、硬加工(车、铣)。使用专用设备会导致较长的加工时间和较大的物流开支。

在复合型机床的研发项目中,针对旋转对称型的复合机床被研发出来,它结合了多种工艺,并简化了加工环节。由于项目的各个合作方在相关领域里都具有很强的实力,因此该项目进展得很成功:A. Monforts Werkzeugmaschinen公司 (机床)、Laserline公司(激光技术)、Precitec公司(传感技术)、Exapt公司(CAD/CAM耦合)、Fraunhofer IPT(激光集成、技术研究)、Sempell公司(仪器仪表制造)。

这台集传统的软切削、激光加工(淬火、镀层和合金)和硬切削于一身的设备。在汉诺威EMO 2007展览会上展出,它的优点是显而易见的:加工过程(工具交换、传送和放置时间)得到缩短,费用(物流、设备使用负荷)均得到降低,而产品质量(整个流程自动进行)得到提高。复合型设备在供应期短和需对客户要求作出灵活反应的场合最适用:短期内对备品进行加工和样机制造。

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图1 Uni-Cen504复合型模块化结构的机床

采用模块式的设计结构

为了集成工艺而达到复合加工的目的,基于模块化的设计原则,新的Uni-Cen 504型车/铣中心被设计出来,它具有:(图1~3)

(1)主轴和反转轴。

(2)上部刀架作为可回旋的电动铣轴,在三个线性轴向上拥有自由度。

(3)刀具更换器和刀具库。

(4)下部刀架作为刀具转盘;尾架和后刀架。

(5)各设有一个前探头,用于激光钢化和激光镀层处理。

(6)电动铣轴在X、Y、Z和B轴向上均具备自由度,因此可以在任意的位置上做出精确的动作。激光加工的前探头由上部刀架(电动铣轴)的HSK支座支撑,从而针对激光加工作业,可以实现完全的自由度。为了增强在切削时的刚性,可对B轴进行加固和为电动铣轴配备刹车制动器。所有轴均可进行交叉抛光,这样可以对非常复杂的几何外形进行加工。

机床设有一个碟形刀库,可通过所使用刀盘的数量来管理可刻度化的刀具的数量。刀具的数量最大可扩展到108件。NC刀具更换器从刀具库中向电动心轴装配刀具,并以快速档确保较短的转换时间。

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图2 对齿轮的滚铣

激光元件设置于工作间之外

由于使用了光学元件,因此激光技术对切削技术的边缘条件非常敏感:切屑和冷却润滑剂。所以,在不受到外部影响的情况下,复合型机床的激光元件和敏感的能源装置均被设置于工作间之外。能源装置置于一个保护管内,该保护管同时还承接拉力载荷。该保护管的配置可以允许设备在各个运行方向上的自由度。在激光保护装置的安全设置上,考虑了在切削作业时避免设备操作受限的因素,激光安全盘在切削作业时可以被取下。为了在作业中避免人员受伤,设备控制系统中的激光防护装置的位置接受安全监控之下。

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图3 在复合型机床上的切削和激光加工

静态导向柱无滑动定位

Monforts公司在复合型设备上配置了可靠的静态导向柱。这在设备进行硬加工时特别关键。无磨损、免维护的导向装置在工作中不做摩擦接触,滑动现象不会发生,因此在做很小运行动作时益处明显。行程增量即使只有1μm,也不会发生滑动。纵向的滑靴移动非常平稳,因此在硬加工时可以获得极好的表面特性。钻孔与导向柱之间的薄油膜可以使设备达到很好的阻尼特性。

在进行激光硬加工时,对轴区域局部受到负荷的部位(如轴承座、滑键槽或楔槽连接处)进行马氏体硬化处理,以降低磨损程度。与其他边缘镀层硬化工艺相比,这种方法的优点是能源投入的目标准确、消耗低,后续的二次加工量得到降低。通过有选择的硬处理过程,部件在其他部位上无需接受无谓的加工。

为了在硬化处理中对激光光束进行导向,使用了一种扫描系统,这样即可与设备旋转的C轴一起实现可调的轨迹宽度。如果C轴静止不动,则可以通过扫描系统对工件的任意表面进行淬火处理。

通过激光镀层,可以获得所需的各种不同的表面特性,对此需要用到低槠点的辅助材料,如针对耐磨损和耐腐蚀的防护处理。激光技术明显优于其他镀层工艺,几何外形也要精确许多。所需的辅助材料以条状的形式被放到工件上,并由激光进行熔化。这种形式的材料优于粉末材料,不会把粉尘带入到设备里,从而避免对设备元件和功能的不良影响。

作为质量保证的一种装置,在镀层时也使用了一种激光传感器,以对镀层的精度进行检测。由于设备上集成了测量技术装备,因此在加工过程中所出现的次品可立即被识别,从而避免在后续的工位上额外产生无谓的费用。

CAM系统的用户支持

工艺的集成提高了设备的综合能力,也对NC编程和设备的操作人员提出了更高的要求。一般来说,操作人员只专于一种加工工艺,因此编程工作必须自动完成。为了达到良好的效果,采用了CAD/CAM耦合。这种设计工具可涵盖所有流程,并“从一个铸件”制定加工程序。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (6/15/2012)
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