复杂工件的经济性加工

雪人

　　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。
6 m% A& T8 y4 K* `: t　　Uni-Cen504复合型模块化结构的机床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。
　　对齿轮的滚铣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。
; I5 E' d" @3 K4 T' \9 j: z　　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。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。
1 N6 k: a  Z( T' ]* h　　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。
( O) _3 C1 Y/ S5 i; D　　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。【MechNet】
文章关键词： 加工