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数控机床/铣床 |
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Huber&Grimme铣削中心：合成材料的快速加工 |
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作者：Peter Fendt, Johann Bunz |
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位于Schwäb地区Laupheim市的Airbus Aircabin有限责任公司是Crew的成员厂，主要生产飞机的侧装饰贴板、顶装饰贴板、行李箱的面板以及门和门槛装饰贴等等。这些产品都是利用合成材料设计的空中客车飞机的零部件。这家空中客车独资子公司的产品全部用于最新设计的A 380型空中客车飞机的内部装饰。为了完成为新型飞机提供零部件的生产任务，该公司对他们的生产设备进行了现代化的更新改造，增添了必要的新设备。为此，他们新建了一个面积15000平方米的新车间，在整个新建车间里，现代化的高新技术装备与手工操作两种不同的生产加工方式紧密有机的结合在一起。与汽车制造业不同的是，在飞机制造业中，飞机零部件的生产属于单件小批的生产方式。Aircabin公司每年大约生产350套空中客车飞机的零部件。
设备改造的投资项目包括新购进的三台由Huber & Grimme公司生产的加工中心。这三台加工中心是专门用于加工合成材料飞机零部件的加工设备。Aircabin公司希望经过这三台加工机床加工后的工件尽可能的没有粉尘，从而保证较好的生产环境。将来，还计划由一个自动运输装置将这些机床与高架立体仓库连接在一起，并且保证目前使用的工艺装备和CNC控制系统不发生改变。
Huber & Grimme CNC processing systems were specially developed for plastic and model construction.
作为第一台合成材料工件的生产加工机床，由于加工件的尺寸较大，因此采用了龙门式配置。为了能满足要求的生产能力，该龙门式机床配备了双工作台。在切削加工时，悬挂切削刀具的龙门立柱静止不动，机床的工作台沿X坐标轴方向运动。机床的基本框架是焊接式结构，以便达到较高的整体刚性的目的。机床之所以采用这种加工形式是因为用户在订货时还希望在这些机床上加工铝合金工件。而机床整体刚性的提高对于加工合成材料工件无疑是很有益的。
机床的导轨采用的是预紧力滚动导轨。导轨驱动装置配备的是滚珠丝杠传动机构，将动力连续不断的传递到运动工作台上。凡是暴露在外边的机构和装置，例如工作台驱动电机等，都被严密的遮盖防护起来，这样就有效的防止了粉尘的侵入。在这些加工机床中，也采用了线性驱动技术，例如在机床的Y坐标轴方向的运动中使用的就是西门子公司生产的线性步进电机（1FN3型）。
六个数控坐标轴完成两个分体工作台的切削加工
机床的主轴采用的是功率6KW、最高转速为60000转/分的高速主轴。在Aircabin公司的三台加工中心中，每台机床都配备有一个切削功率为2.5KW、转速为40000转/分的铣削主轴，安装在主轴托架上。而这一辅助切削主轴也可以根据生产加工的实际需要灵活的配置在机床的其他部位，这使得原来难以完成的切削加工在辅助铣削主轴的帮助下变得非常方便。为了完成复杂的飞机零部件加工任务，这些机床都可以按照5+1的坐标运动方式进行切削加工。机床沿坐标轴方向的快速进给速度为：X坐标轴80米/分，Y坐标轴110米/分，Z坐标轴40米/分。在X、Y、Z坐标方向的运动距离分别为：5670毫米，4650毫米和1150毫米。B回转轴的回转角度范围为-125到+125°，C回转轴的回转角度范围为-120到+470°。第六个NC数控坐标轴可以方便的用于两个独立的工作台的运动。
作为标准刀具库，这些加工中心配备的是可容纳12把刀具的盘式回转刀具库，安装在Z坐标轴上。这种随同切削主轴一同运动的刀具库可以实现非常短的换刀时间。在Aircabin公司的龙门式铣削加工中心中采用的是双面刀具库，也就是说一次可以容纳24把刀具，每次换刀的时间在9秒钟以内。由于铣削中心的两个工作台可以分别独自运动，因此装夹工件的辅助时间就大大缩短。例如，在正常情况下一个工作台在进行切削加工，而另一个工作台则可进行工件的装夹。当被加工工件的尺寸和体积比较大时，两个工作台也可以当作串联在一起同步运动的一个整体工作台使用。在装夹工件时，工作台运动到铣削中心的工作间外，保证了不会将粉尘带到生产车间里。
整个铣削加工中心有着完全的防护密封。为了排除铣削时产生的铣削粉末，在C坐标轴上安装了抽气排尘系统，它可以很好的吸取5坐标轴加工时铣刀切削所产生的粉尘。一方面从机床的加工间里吸取含有粉尘的空气，另一方面从机床外部送入纯度达99.9%的纯净空气，从而使加工间内的粉尘量大大减少。另外，在机床的工作台中还配备有空气吹屑装置。采用上述措施之后，可以保证从机床中出来的是干净无粉尘的洁净工件。
受加工过程控制的铣削刀盘从自动的高架立体库中采取刀具。刀盘在交接工位处由定心机构自动调整定位。机床中有自动控制装置，可以自动的控制铣削刀盘对刀具的锁紧和松开。铣削刀盘中刀具的正确性识别采用的是条码识别技术。在进行铣削刀盘的改换时，同时也在读入新的铣削加工数控程序。机床与高架立体库之间是通过企业网络进行数据交换（例如铣削刀盘的件号，规格大小，存放地点等等）的。整个系统与Aircabin公司的PPS系统联网。
安装铣削刀盘的是一个托架，每个托架有六个按照“即插即用”原理设计制造的驱动系统，以便完成工件的切削和位置控制。它们可以在不关闭电源的情况下任意插接与拔除，这一特性对于自动化生产加工中的刀盘改换来说非常优越。每个铣削刀盘由12个夹紧和位置控制气缸（油缸）进行控制和监控。在加工飞机零部件时，每次只能从服务器中下载一个加工程序，而且每次只允许当前运行的加工程序进行访问，这就有效的避免了加工程序之间的混淆和错误。机床的数控系统、夹具刀具的控制系统和切削加工参数的控制系统采用的是西门子Sinumerik 840D数控系统。
极高的CNC适应性能
数控系统带有两块Intel公司的Pentium微处理器，使用的是微软公司的视窗操作系统，这给了用户一个开放式的数控程序编制方案，给用户提供了更加广阔的数据通信与交换的天地。如果被加工工件的结构形状非常复杂，Aircabin公司的CNC加工中心会将这些加工数据分配给下一级的NC控制系统：NCU 573.3。该NC控制系统具有10个工作通道，可控制31个坐标轴。一般来讲，这些NC控制系统不处理铣削加工程序。
西门子Sinumerik 840D型CNC数控系统可以为高性能、高要求的数控加工机床提供所需的一切功能，例如预测未来的高速切削加工、无漂移的运动控制和预控制、曲线曲面的非均匀有理B样条插补、功能强大的5坐标控制功能、钻、铣、车、连续冲裁、冲压、磨削和激光加工工艺技术在一套控制系统中的集合、加工过程中的测量以及安全可靠性检验技术等等。为了使铣削加工中心可以实现双工作台运动，还专门开发了包括具有程序自动预选功能的专用程序。
在西门子Sinumerika 840D数控系统中，一个非常重要的特点是安全可靠性。它包含了智能化的安全检测技术，包括了从系统层次到各个驱动部件层次、检测系统层次的安全可靠性检验与控制。该安全监控模块不仅对人员和设备的安全可靠性有着帮助，而且还可以简化机床的设计，因为许多功能都已经集成到数控系统之中了，不必再依靠外部开关控制部件来实现这些功能。
对于飞机制造企业来讲，普遍感兴趣的是功能强大的、优化了的运动控制语句，适用于5轴铣削的新的半径补偿功能。在这种新的刀具补偿功能里，对铣刀的半径尺寸进行补偿后可自动的对铣刀的长度尺寸进行适配，以及提前进行的刀具运动位置检验，全新的运动加速信息反馈方式等等。在大型加工机床中，利用位置测量系统对机床的固有自振频率进行测定，并作为需要衰减的参数输送给机床的驱动系统。由于这种主动式的减震措施，Aircabin公司的数控铣削加工中心可以在大型工件的表面得到均匀一致的加工质量。
将来进一步的计划是利用专门的控制程序将高架立体库与数控铣削加工中心连接起来，以实现生产过程的全部自动化控制。另外，还可以在铣削夹具的驱动系统中实现12个数控轴的自动化控制。到那时，轴驱动控制器（Simodrive 611U）将会从CNC控制系统中的PLC中获得控制指令，而不是从NC数控程序中获取控制指令。这将会进一步提高机床自动化加工的灵活性。西门子公司也计划专门为这种大型铣削加工中心研制开发一种操作控制界面，使它可以与生产控制服务器或者高架立体库进行数据通信，并且每次只允许唯一的一个程序经过登录许可验证后在特定的目录中存取。加工中使用的零点数据同时由服务器提供。(end)
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(投稿)
(4/28/2005) |
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