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數(shù)控工具磨床開發(fā)的三大重點(diǎn)--自動(dòng)化、高精度和應(yīng)用軟件

http://mamafrist.com 2015年09月19日        

機(jī)床制造商不斷地推進(jìn)新產(chǎn)品,來幫助工具制造商和修磨工廠提高工作效率和降低成本。為了提高機(jī)床的利用率和降低勞動(dòng)成本,自動(dòng)化日益受到重視。同時(shí)通過開發(fā)軟件使機(jī)床拓寬操作的功能,并能在生產(chǎn)批量小和交貨周期短的情況下,經(jīng)濟(jì)地安排生產(chǎn)進(jìn)度。此外,加大機(jī)床功率,使之能適應(yīng)多樣化的需求和拓寬磨制刀具的規(guī)格范圍。


為了掌握工具磨床發(fā)展趨勢的第一手材料,部分機(jī)床制造商對其產(chǎn)品的最新開發(fā)動(dòng)向進(jìn)行了一次討論。

自動(dòng)化的目的

工具制造廠生產(chǎn)新刀具時(shí),由于批量大,所以效率高。但刀具修磨廠就沒有這種條件,只有通過自動(dòng)化來解決效率問題。

Schuette公司的副總裁Brigham指出,刀具修磨商并不要求機(jī)床實(shí)現(xiàn)無人操作,但希望一名操作者能夠看管多臺(tái)機(jī)床以控制成本。該公司的WU305萬能生產(chǎn)型工具磨床就能實(shí)現(xiàn)這一要求。該機(jī)床的特點(diǎn)是:(1)其軟件和裝載系統(tǒng)允許在一次安裝下對不同型式、不同柄部尺寸的刀具實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重磨,包括圓柱形和錐形立銑刀、倒圓角和球頭立銑刀、階梯鉆,以及其它不同外徑、形狀和幾何參數(shù)的階梯形刀具;(2)采用該公司整合的SIGS磨削軟件,操作者首先輸入被磨削刀具的數(shù)量、尺寸和型式;其次,選取要執(zhí)行的操作工序;然后,對裝在托盤上的刀具啟動(dòng)自動(dòng)磨削程序。工件的自動(dòng)裝卸系統(tǒng)帶有內(nèi)置式裝夾器,不占用工作場地;CNC控制的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)對裝夾器運(yùn)動(dòng)的操縱;可換式夾持爪和套筒的尺寸適配不同直徑的刀具,從而實(shí)現(xiàn)很寬范圍工件尺寸的裝卸。

精確度控制

許多制造商把減少操作時(shí)間作為首要目標(biāo),但另外一些廠商卻把零件質(zhì)量放在最重要的位置(如高精度刀具和醫(yī)用零部件制造商)。

Rollomatic公司的應(yīng)用和服務(wù)工程師McKahan指出,隨著磨床生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn),新近開發(fā)的機(jī)床能夠保證非常嚴(yán)格的公差和超常的光潔度。其六軸GrindSmart 620XS型磨床,適用于中小尺寸(直徑φ15.875~φ0.10mm)的旋轉(zhuǎn)式刀具。該公司稱:620XS加工直徑為1mm的球頭立銑刀,同軸度能保證在1~2μm范圍內(nèi)。McKahan說,機(jī)床較高的剛性和先進(jìn)的軟件實(shí)現(xiàn)了對機(jī)床運(yùn)動(dòng)的精確控制,從而達(dá)到高精度。機(jī)床的X、Y和Z軸都裝有長光柵,而磨頭A軸則裝有圓光柵。光柵的分辯率達(dá)到100nm。光柵的使用消除了滾珠絲杠、線性導(dǎo)軌及其它傳動(dòng)元件的溫度效應(yīng)。聯(lián)接在滾珠絲杠上的直驅(qū)交流電機(jī)提高了其動(dòng)態(tài)特性,旋轉(zhuǎn)軸上裝有消除間隙的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。另外,該機(jī)床帶有一個(gè)液壓式可移動(dòng)并且可編程的穩(wěn)定支架,支架獨(dú)特的微調(diào)功能可以更好地支承工件、使撓曲減少從而提高質(zhì)量。該機(jī)床的這種獨(dú)特的工件定心和夾持功能使它能磨削特別長的刀具,長徑比可達(dá)100∶1。

柔性加工時(shí)代

Saacke公司的首席營運(yùn)官Hallman指出,現(xiàn)在工廠希望磨削加工的自動(dòng)化程度越高越好,不管生產(chǎn)批量大小,問題的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)柔性化。他近年的工作致力于建立一套刀具和砂輪的自動(dòng)裝卸系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)磨削過程無人看管或盡量減少看管。

Saccke公司最近推出的UWID數(shù)控磨削中心就是圍繞幾個(gè)關(guān)鍵的自動(dòng)化單元設(shè)計(jì)的。該機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)配置包含一個(gè)四工位的砂輪更換裝置。當(dāng)砂輪更換時(shí),冷卻液噴咀也同時(shí)自動(dòng)更換。

Saacke公司認(rèn)為UWID機(jī)床的高度自動(dòng)化主要在于有一個(gè)集成化的刀具自動(dòng)更換系統(tǒng),其裝卸器能容納30至168把刀(隨刀具尺寸而定)。該機(jī)床的選購附件包括:隨刀具需要更換彈簧套筒的裝置,以及附加的刀具托盤。該托盤系統(tǒng)可擴(kuò)展到每次安裝增加1000把刀的能力。機(jī)床采用NUM公司的Numroto軟件,控制全部自動(dòng)化系統(tǒng)。軟件的“虛擬加工”功能允許機(jī)外編程,從而極大地減少了調(diào)整時(shí)間。

適應(yīng)用戶需求

ANCA公司的副總裁Riddiford指出,現(xiàn)在主要的磨床制造商都能生產(chǎn)出好的機(jī)床。而區(qū)分出頂級水平和一般水平的主要標(biāo)志是重要性與日俱增的兩大特性——機(jī)床的軟件功能和多樣性。

軟件的重要性日益增加的原因是:有能力手工操作磨制復(fù)雜刀具的高水平工人數(shù)量在減少。另外,手工制作的刀具也難于滿足現(xiàn)代機(jī)床對切削速度和精度的要求。與CNC磨削相比,手工磨削會(huì)降低切削刃的質(zhì)量和一致性。因?yàn)槭止つハ鲿r(shí),刀具要靠在支承片上,砂輪磨削方向指向切削刃,這就會(huì)產(chǎn)生刃口毛刺。而CNC磨削則相反,工作時(shí)不用支承片,磨削方向背離切削刃,就不會(huì)產(chǎn)生刃口毛刺。

ANCA公司最近推出一種應(yīng)用軟件iGrind,它即具備足夠精確性,又兼顧高水平操作者和初入門操作者的需要。這種基于Windows平臺(tái)的軟件系統(tǒng)可以做到既適應(yīng)操作者熟練程度又滿足使用需求。系統(tǒng)即能讓操作者進(jìn)入預(yù)先設(shè)定的刀具幾何參數(shù)數(shù)據(jù)庫,也能讓操作者建立自己的數(shù)據(jù)庫,同時(shí),在三維模型上還可即時(shí)實(shí)現(xiàn)任意參數(shù)的改變。通過簡單地拖放鼠標(biāo)編輯命令,就能依次改變各種操作指令并執(zhí)行。為避免混淆,系統(tǒng)對任何參數(shù)改變的記錄都保持其色標(biāo)。專門設(shè)定的循環(huán)可以命名、儲(chǔ)存或變換。

獲得更多訂單的措施

Schneeberger公司總經(jīng)理Herrmann指出,工具磨正在向多樣性和多能化(生產(chǎn)盡量多的刀具品種的能力)方向發(fā)展,80%的用戶要求加工很大范圍的刀具品種。做到這一點(diǎn)就要求機(jī)床更重,剛性更高,功率更大。

這種趨勢正在從大型機(jī)床向小型機(jī)床發(fā)展。Schneeberger公司的Norma CFG機(jī)床是為工具車間設(shè)計(jì)的,盡管底座尺寸較小(1625.6mm×1981.2mm),但重量達(dá)5443.2kg,HSK-50主軸的功率達(dá)10馬力,并備有六種砂輪??杉庸さ膱A形刀具直徑至19.05mm,也可用于成型磨削和加工刀片。

Schneeberger公司的一種最大型機(jī)床,稱為Corvus系列,重量超過20噸,直接驅(qū)動(dòng)的主軸電機(jī)功率達(dá)13、20或34馬力。選配的X軸行程可達(dá)2997.2mm,可用于磨削超長尺寸的零件。用戶也可要求增加第六根軸,這樣,機(jī)床就可在一個(gè)夾頭上完成拉刀磨削的所有工序。

精明的主意

磨削時(shí),修整砂輪的工時(shí)損失是一項(xiàng)較大的費(fèi)用。Agathon機(jī)床公司提供了一種砂輪在線磨銳法,用以降低這項(xiàng)費(fèi)用。該公司的機(jī)械銷售經(jīng)理Merk介紹:該公司開發(fā)的電化學(xué)磨銳法稱為EcoDress,主要用于磨削硬材料,如硬質(zhì)合金等。在Ecodress磨銳中,電流通過金屬結(jié)合劑的砂輪傳送,并在磨削液作用下啟動(dòng)電化學(xué)反應(yīng),從而溶化砂輪的結(jié)合劑,使新的磨粒不斷暴露出來。

常規(guī)的方法是用碳化硅砂輪修整,能使磨粒的伸出量達(dá)到其直徑的15%~25%。用在線電腐蝕或電解法修整,能使磨粒伸出量達(dá)到其直徑的45%~60%。而EcoDress法可使近乎100%的磨粒暴露出來。這就使磨粒間形成較大的空隙,強(qiáng)化了冷卻液的穿透作用,結(jié)果使砂輪在較冷的狀態(tài)下運(yùn)行,并獲得較大的金屬切除率。

Agathon公司稱,EcoDress法可以減少磨削循環(huán)時(shí)間66%,提高砂輪壽命30%。這種方法還能使各種硬工具材料(從硬質(zhì)合金到聚晶金剛石)采用同一砂輪磨削。

EcoDress法目前僅用于Agathon公司的350 COMBI數(shù)控刀片周邊磨床。但該公司正在考慮將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在其它磨削中并申請專利許可。

適應(yīng)性控制特性

在加工復(fù)雜刀具形狀、優(yōu)化磨削參數(shù)時(shí),通常要作一些折衷的選擇。例如,重切削時(shí)進(jìn)給量要受到限制,其進(jìn)給量和切削速度要比輕切削小一些。砂輪在磨削工件過程中,有一段“磨削空氣”的時(shí)間,情況就更不一樣了。

為了更大限度地提高機(jī)床利用率和砂輪壽命,Walter磨床公司在其Helitronic Power數(shù)控工具磨床上使用了適應(yīng)控制的功能。該系統(tǒng)讀取砂輪的載荷大小,并據(jù)此調(diào)節(jié)進(jìn)給量,使整個(gè)磨削過程都保持在最大載荷狀態(tài)。由于砂輪承受恒定的載荷并且沒有超出允許的最大值,所以,延長了砂輪壽命,擴(kuò)大了無人看管的范圍。采用這套系統(tǒng)還可使刀具上的過渡痕跡大大減小。因?yàn)樵谀ハ鬟M(jìn)行過程中工序的轉(zhuǎn)換是在進(jìn)給量逐漸變化中實(shí)現(xiàn)的。

Walter公司稱,在加工直徑為φ25.4mm的立銑刀時(shí),采用適應(yīng)控制可使加工時(shí)間從11分鐘減至9分鐘。Walter公司的Helitronic Power + Diamond是一種按被磨削材料進(jìn)行適應(yīng)控制的機(jī)床,它既可磨削硬質(zhì)合金和高速鋼刀具,也可用電火花磨削法加工聚晶金剛石刀具。機(jī)床配備雙主軸,用戶可以迅速地從磨削硬質(zhì)合金和高速鋼刀具轉(zhuǎn)換到用電火花磨削聚晶金剛石刀具?;蛘撸瑑煞N工序在一次安裝下進(jìn)行。此時(shí),先用電火花加工刀具聚晶金剛石部分的第一后角,然后磨削硬質(zhì)合金刀體的第二后角。配備該機(jī)床可以無需購置專用機(jī)床而進(jìn)入聚晶金剛石刀具的市場領(lǐng)域。

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