又一次生产力的飞跃

国际金属加工网 2016年10月12日

20世纪80年代,一种新的机床设计彻底改变了棱柱加工。通过添加换刀装置和工件移动系统,机床制造商们将传统铣床的产量提高了一倍,自动换刀装置(ATC)和工件自动更换装置(AWC)使零件产量得到显著的提高。

在20世纪90年代早期,制造商们将速度更快的自动换刀装置和工件自动更换装置整合成为机床的一部分,将Z轴的运动改到工件下,设计制造出新一代的卧式加工中心,一件式的基座提高了机床的刚性。第二代卧式加工中心是全封闭的,配有动力主轴和线性导轨,减少了主轴加减速的时间,进给速度得到提升。

20世纪90年代末,单主轴卧式加工中心的生产率已经达到很高的水平,在一些从前只由连续生产线完成的零件加工中,也出现了加工中心的身影。由于开拓了新的应用领域,如汽车工业,生产商们通过降低非切削时间,如工作台分度时间和工件自动更换装置的移动时间,进一步提高了卧式加工中心的生产率。

20世纪90年代末,装备有线性电机的卧式加工中心开始出现,但是这一新技术在机床上的应用增加了生产成本,降低了可靠性,并未使生产效率得到明显提高。机床制造商们非常成功地压缩了非切削时间,但是这些都没能给零件的产量带来什么变化。

现在,一种新的技术令此类机床的生产力得到了成倍的增长。通过为卧式加工中心装备多主轴,实现了生产率在单轴卧式加工中心的基础上翻番甚至翻两番。当零件生产时间比非切削时间长的时候,同步加工多个零件能够带来更大的效益。

新的多主轴加工中心上保留了加工中心的主要特征,如:自动换刀装置、工件自动更换装置,4轴、5轴机床所具备的高速主轴。

主轴的配置与工件更换装置的设计是新一代的加工中心与之前设备的主要区别所在。通过加装第2个主轴,多主轴加工中心获得同步加工2个零件的能力。多主轴加工中心可以拥有不同的结构,2个主轴可以具有固定的相对位置关系,也可以在X、Y、Z轴方向上独立移动。另外,多主轴加工中心可以是立式的,也可以是卧式的。

工件的更换或移动是多主轴加工中心与单主轴卧式加工中心的另一个区别所在。多主轴加工中心的制造商们沿水平耳轴将工件移入或移出加工区域。水平耳轴与传统的立式托盘更换装置相比,具有以下两个优势:

● 加工碎屑可自由下落,直接进入碎屑收集系统;

● 在装卸时,工件呈现在机床操作者面前的方式更加符合人机工程学。

多主轴加工中心机床的设计提高了机床的刚度,将热膨胀降至最低。例如:SW BA 400系列机床具有 SW所称的“单块设计”,这是一种专利设计,由一块焊件构成,设计目的在于优化3轴加工设备与工件之间的力流,其静态刚度为7582kg/mm。通过机床的对称设计和主轴之间的直接联接,主轴与主轴之间的热膨胀也降至最低,这使得机床具有很好的刚度和精度。当零件是用普通夹具固定且不旋转的时候,多主轴加工中心的精度与最好的单轴加工中心的精度相差无几,随机床、公差、装夹和工艺装置情况不同,位置精度可达到0.05mm甚至更小,加工能力比可高达2.0 Cpk 。

当加工过程中引入多零件装夹或零件旋转时,用户需要特别注意夹具的布置。易于调整的夹具能够将这类安排对生产的影响减至最低,卧式加工中心非切削时间占总生产周期时间的百分比从而达到0.100mm或更佳的位置精度,以及2.0 Cpk的生产能力指数。当零件有特别高的公差要求时,可以通过编程让机床进入单主轴操作模式来完成这一部分,然后再回到多主轴操作。

任何新事物的出现都会伴有一些问题,如:围绕多主轴加工中心的就是编程和操作问题,因为计算机数控执行的是单件程序,是机械构造设计使得机床能额外生产1个或3个零件。不过,现在的编程系统已经能够支持此类设备。多主轴机床似乎意味着停机检修时间会加长,利用率会降低,但事实表明,多主轴加工中心与单主轴卧式加工中心在同样的产量下相比时,潜在失效点(开关、线头、机械部件)减少了300个。而且,第2个主轴让系统有了冗余,如果一个主轴发生故障,机床能够以单主轴模式运行。

多主轴加工中心的装夹与传统单主轴加工中心的装夹十分相似,不同的只是多主轴加工中心上有两个并排的工件而已。当对机床进行装置的时候,在第1个主轴和第1个夹具之间确立相互关系之后,调整第2个夹具与第2个主轴的关系。如果机床发生碰撞,要像在单主轴加工中心上一样重复上述过程,再次设定机床主轴、夹具以及工件之间的关系。

有些生产厂家提供的软件程序能帮助用户确定偏置调整量,CMM数据提供给程序,软件会确定所需的移动量。举个例子,如果1#主轴处于公差带中心,而2#主轴超出了公差带,位置移动会将1#主轴带离平均位置而将2#主轴移入允许的公差带。同时,还可以选用探头在加工前对装夹位置进行检查。用户可以根据需要在每一加工周期中频繁使用这一系统,也可以只在每一班次或每一天使用一次。

另一种用法是将多主轴加工中心整合入进行大批量生产的混合系统,多主轴加工中心与传统的专用滑动机构相组合,为连续生产线注入了新的活力。

作为第三代加工中心的多主轴加工中心(MSMC),与单主轴加工中心相比具有占地面积小、能耗低、自动装置少、工效高、能控制碎屑、失效点少、产出高等特点。多主轴加工中心的出现给卧式加工中心带来了又一次生产力的飞跃,同时还保持了CNC加工中心固有的灵活性。


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