• 产品与技术:发展21世纪的柔性加工系统(1)
  • 发布时间:2018-07-23 17:07 | 作者:采集侠 | 来源:网络整理 | 浏览:
  • 产品的改进已经驱动加工系统的发展数十年了,它现在仍然在驱动着。新产品的生产准备时间已经被削减,汽车购买者希望传动系统的选择范围如此之广,致使我们建造的生产系统必须年产高达30万件不同的零件。产品整个生命周期中的需求波动比以入任何时候都更加尖锐。要求为适合个性的市场年产为5万件,更进一步增加了对系统制造新商的压力。    我们在今后10年的主要挑战是创造非传统工具的设计,涂层刀具,更可靠的主轴,灵巧的工具以及灵巧的夹具。系统必须具有健壮性(鲁棒性)、可靠性、柔性和快速性。传统方法不可能给我们所需要的系统,我们必须打破框框来考虑。    在我们的片段型工业中,控制、工装和加工技术的进步很快,一个极好的例子是高速加工。用户常常诉苦说,机床制造商过去不支持高速。今天、滚珠丝杠技术和直线电机技术已使机床能以1g的加速度及36000r/min运行,而且控制能够保持步调。但是,用在高速加工中的刀具和刀夹则因可靠性问题而伤脑筋,而且主轴制造商还不能够为大批量生产提供牢固的、可靠的、价格低廉的高速主轴。    主轴   采用陶瓷轴承和滚动体的主轴已把速度推到了18000r/min~20000r/min,超过了油脂润滑技术的能力。为消散滚动轴承在高速时产生的热量,必须另外增加一个轴承冷却系统,从而产生出另一价位和复杂性。    在达到高主轴速度的同时就意味着微量保证期是以小时计,而不是以年计了。用户现在问的问题不是有多快,而是什么型式的轴承能给出最高的可靠性和质量?在主轴本身内只有很少运动件的电磁主轴可能是最好的长期解决办法,但在工厂环境下如何防护它们还不清楚,而且环境的磁场危险也未弄明白。    切削刀具   如果我们的目的是用同一刀具进行钻削、铣削、镗削和攻丝等多道工序加工,我们就需要有多直径的刀具,这样可以不用换刀并消除了附加的走刀。如果我们能用一把刀具完成小直径、大直径、倒角和端面的加工,代替以前用4把刀具和每次换刀要1或2秒时间,那么我们每个零件加工节省8秒钟,外加4把刀具的成本以及一次运动代替4次运动所产生的机床磨损的成本,这个节约是很大的。    硬度合金刀具和立方氮化硼对含铁材料以及金刚石对铝的复合材料的应用,曾使刀具性能发生了革命,而机床性能则落后了。现在机床和控制系统超过了刀具,用户埋怨可转位式的硬质合金涂层刀片的寿命太低,而且可转位刀片又不适用于加工象致密石墨那样有前途的复合材料。    当切削铝件时,刀具必须很光滑、光整一致,无凸起或凹坑,我们的刀具工程师还希望看到能足够光滑地加工铝件的金刚石涂层刀具。刀具制造商还没有提供用于高生产率加工的大型圆形金刚石涂层刀具。如果先进的涂层,包括金刚石和CBN涂层,可以有于圆形刀具,则高速系统可以采用。    对涂层圆形刀具,如铰刀的另一选择是将金刚石片放在刀具上,这种方法可以改善精度和尺寸,也可以延长刀具寿命,但是成本较高。我们已在Mach I机床上使用过金刚石刀具速度达20000r/min,效果很好,这里的限制因素是主轴,没有一根主轴能够超过金刚石的速度能力。    刀具制造商的反映是:他们花不起对开发新型刀具技术的科技投资,但是用户希望减少刀具更换,以提高设备利用率和刀具制造商希望销售可置换刀片,他们在利益上有冲突也是事实。我们与我们的合作伙伴正在进行的研究类型将给刀具制造商带来专门的技巧,当设备制造商和用户看到这些新工艺的力量并对他们的供应商施加压力时,供应商将开始迎头赶上。    在和我们的一个汽车客户工作中,我们企图开发一种低阻力、高生产率和具有非传统的刀片几何形状和安装系统的旋转刀具。这种新的刀具用于加工难加工的材料就象加工墨铸铁一样,故至今为止,看起来就象是新的刀具可提高刀具寿命10倍。Wisconsin-Milwaukee大学的研究人员和工程师们在国家科学基金3年的资助下正在开发有于干铣的刀具。初步试验表明:新的钻削刀具与标准的钻头比将减少刀具磨损20%~25%。    干式加工   用适当的涂层刀具进行干式加工在大批量的制造系统中将减少机床的台数或走刀的次数。例如,我们已经安装了用于干式加工铝件的专用的立式铣床和提供了多轴卧式加工中心用于进行铝制缸体的指定工序,通过工件在夹具中铸出的定位点上定位,高速铣削工序保证缸体当它们在发动机厂被加工之前具有相等的余量分布。从铣削工序中取消了冷却液可以将切屑直接用于铸造而无需进行冷却液分离。金刚石涂层消除了刀尖上的热,从而消除了切削刃上的刀瘤,但是那样的刀具现在还没有。    但是,干式加工铁质工件时出现的问题,在工艺采用之前必须加以解决。例如,切屑如何安全地排出?切削热怎么办?如何避免切削刃上的切屑瘤。对准干式生产加工,我们采用一个Orsco润滑系统,该系统使少量的专用润滑液原子化,它的一滴被气流散开后可以润滑整个切削的刀具,因为它不进入大气,所以冷却液不用收集,切屑在?生前也不用清洁。    我们的工程师报告说,采用Orsco润滑系统铣削、钻削、镗削和铰削铝件和铸铁件,生产出的零件质量几乎与用正常的冷却液生产出来的一样好。(来源:机经网)

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