用空气动力轴进行铣削加工

  由于高转速主轴采用车间的压缩空气作为动力,因此扩大了加工车间立式加工中心的工作范围。

  Bryan机械服务公司有一台坐标磨床,但现在,该机床已不像其过去那样参与更多的生产加工了。一个重新出现的零件编号揭示了其中的原因。该零件上有一系列的孔径,其中有两个孔径需要磨削加工。在过去,当孔径在其一台Haas加工中心上钻削加工后,这个位于印第安纳州的Huntington加工车间会把这个零件再送到其磨削加工室的坐标磨床上进行磨削加工。

  现在,该零件仍然留在加工中心上加工。在这同一台机床上,除了钻削加工外,还可进行磨削加工。机床本身并没有改变,只是添加了一个附件——一根由车间压缩空气驱动的动力轴。这根转速为40000r/min的动力轴,就像一把刀柄那样被安装在机床的主轴之中。

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图1 空气动力轴通过坐标磨削方式对孔径进行精密加工。该空气动力轴像刀柄那样被安装在主轴之中。车间中使用的空气通过安装在机床上的耦合装置输入

  Bryan Machine机械公司拥有6台VMC,它们的尺寸范围从Mini Mill微型铣床到VF-6型立式加工中心,通过添加压缩空气驱动的高速动力轴,使其所有的机床具有更多样化加工的技术特点。除了坐标磨床的磨削加工外,该车间还使用压缩空气驱动的动力轴,用于外形轮廓的磨削、雕刻加工、石墨铣削和使用小型刀具的加工。在每一种情况下,采用动力轴加工,不用进行调试设置,从而节约了生产成本,而且在某些情况下,采用这种动力轴还可扩大车间所能执行的工作范围。

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图2 由于空气是自动接通的,没有软管,空气动力轴可通过刀具交换装置安装,并可放到机床的刀具圆盘传送带上传送

  这种动力轴的设计是由该公司的老板Steve Bryan先生本人发明的。他的车间生产这些动力主轴,不过销售这些产品只是他们小小的一个副业。他说,今天的许多数控加工中心,虽然价格很低,但却能够做精密的插补运动和提供精细的刀具路径,使磨削加工或小刀具铣削加工更为切实可行。其所需要的一切就是较高的主轴转速。大约在12年前,当他购置第一套空气动力轴时,他发现这个附件是一种能够扩大现代化VMC生产能力的低成本加工方式。

3D加工

  具有讽刺意味的是,首先是软件促进该车间使用了这个称之为硬件的附件。当Bryan机械公司使用复杂的CAM软件时,其能够精密加工复杂3D表面的生产能力,才使其有可能为该车间从附近的模压橡胶件制造商那里赢得了石墨电极的铣削加工项目。采用由该车间压缩空气驱动的低功率动力轴,为该车间在其现有机床上高效加工石墨,提供了一个有效的手段,而不需要购买一台专门加工石墨电极的专用铣床。

  然而,Bryan先生发现,最初的空气动力轴存在某些缺点。一个是与车间气源的连接问题。该动力轴必须采用人工才能将其安装到主轴中,因为空气的连接管是一根软管,必须用人工安装固定。而其更大的局限性在于该动力轴只有一挡转速。该车间购置了一套转速为20000r/min空气动力轴,但发现加工某一工件却需要高达30000r/min的转速。

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图3 当车间开始加工石墨电极的时候,就能够明显地体现出一根高速、低功率主轴的价值

出身于修理工的Bryan先生,决定开发他自己的设计项目。在他提出的要求中,主轴的速度必须是可调的,而且要比现有的空气动力轴更短一些,以提高其刚性。新的主轴还必须能够通过机床上的换刀装置进行内外更换,不应受到空气连接管的影响。

今天,在机床上安装了一根固定的通气管,以满足换刀装置的适应性。一个M代码控制的电磁阀使通气管与主轴连接,这样也可满足其刚性和可调性的要求。空气动力轴的变速范围15000~40000r/min。在20000r/min时,该动力轴的功率约为1.5HP。

  Bryan先生说,低端扭矩是高速主轴的一大优点。这里不是指空气主轴的低端扭矩,而是指机床上标准主轴的扭矩。他指出,如果高速主轴只是一个简单的附件,那么,机床原来自身的低速功能将仍然可以利用。Bryan公司的其中一台加工中心所采用的是50号锥度。在刀库中增加空气动力轴以后,意味着这台机床能够进行钢材的重型铣削加工和零件表面的精密磨削加工,这不只是在单一的调试设置中,而且是在一个单一无助的数控周期中,采用换刀装置来更换这些加工功能。

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图4 微型铣床是该车间目前最主要的电极加工机床。其高速性能来自于空气动力轴,如果是指这台机床,那么其或者来自于各个主轴

电极铣床

  最近,该车间决定购买一台独立的电极加工中心。然而,它却买了一台标准速度的机床,一台Haas微型铣床,配有一根转速为6000r/min的主轴。Bryan先生说,该主轴是该机床唯一可以被认为是“低速”的东西。

  明确地说,配置数控系统的目的是为了高速加工。其功能包括在高编程进给速度下,保持复杂刀具路径的前瞻性功能。在配置这一数控系统以后,该机床可以利用在石墨加工中的快速运动,使高主轴转速成为可能。它只需要高主轴转速。

  Bryan先生发现,在高速铣削加工中采用附件化的配置方法,对该车间的石墨加工来说,是一种比采用高速加工中心更有效的解决方案。该车间的新型微型铣床不必投入到高速铣削加工之中。必要时,该车间可简单地选择将空气动力轴送到圆盘传送带上,而利用低端扭矩对工件进行操作加工。


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