蔡司:加快刀具开发效率,确保未来市场优势地位

国际金属加工网 2019年10月14日

ZEISS PRISMO ultra测量机的高精度通过更精准的光栅尺、改进的空气轴承连接、空气阻尼减震和更严格的系统部件匹配来实现。这使得ZEISS PRISMO ultra非常适合用于科研、开发、质保以及量规和试件的校准。采用ZEISS VAST gold测头,在20-22°C温度条件下测量尺寸为700x1000x500毫米的工件,误差为0.5+L/500。对于长度为500毫米的工件,最大允许测晕误差为1.5µm。

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现在,MAPAL Dr. Kress KG公司开发部门的员工通常在一小时内就能知道新刀具是否能达到客户的精准度要求。该公司从2018年初开始进行现场测量,而无需再花几天时间等待服务提供商给出测量结果。MAPAL利用高精度三坐标测量机ZEISS PRISMO ultra对其用新刀具加工出来的工件进行检测。对于MAPAL这样的全球化公司而言,节省测量时间有助于更快地开发出适应未来重要趋势 (如电动汽车) 的创新刀具解决方案。

2017年,汽车制造商实现了重要的里程碑:全球电动汽车销量首次超过100万辆。业内的许多佼佼者不断在电动汽车领域大力投入,以确保他们在未来市场的优势地位。例如,大众汽车计划在未来几年投资200亿欧元。到2025年,大众将推出大约50款纯电动汽车和30款插电式混合动力车。

要实现这—目标,离不开众多刀具制造商的助力。MAPAL公司研发副总裁Dirk Sellmer博士表示:“我们必须快速开发出理想的刀具和刀具解决方案,以生产出电动汽车所需的新组件和材料。"

与内燃机相比,电机加工所需要的工作量更少,因此未来用到的刀具也会更少。为此,MAPAL已开始在其动力传动业务之外拓展新的业务领域。这家家族企业在全球拥有5250名员工,将投入研发刀具和制模技木。

工件如何成就精密刀具


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ZEISS PRISMO ultra的操作十分简单。阅读简短的说明之后,便可轻松直观地操作这台高精度测量机。

 ——Sellmer博士

MAPAL的测试和测量技术员Frank Deschner(图左)向蔡司产品经理Alessandro Gabbia介绍ZEISS PRISMO ultra上的定子外壳测量结果。Sellmer说:“要开发出高精度、创新的刀具和刀具解决方案,我们必须要借助高度精准的测量数据。"多年来,该公司—直委托—家外部供应商为其提供工件和刀具测量服务。Sellmer把MAPAL的刀具比喻为“像搭积木—样组合而成的复杂解决方案”。为了更快速地为客户提供定制化产品,该公司于2018年从蔡司购买了—台非常精密的三坐标测量机(CMM)。

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当年1月初,公司的两名员工开始操作ZEISS PRISMO ultra。不到—年后,Sellmer便给予了“物有所值”的高度评价。三坐标测量机满足了MAPAL对精度的要求,并在短时间内展现出显著的使用效果。开发部门的两名员工每两周轮流使用测量系统和生产机器,在三坐标测量仪上检测生产出来的刀具。

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最重要的是,MAPAL的员工可使用公司自有的工具测量加工的工件,从而在生产过程中保证工件的精度和稳定性。在这家总部位于德国Aalen的公司里,精度是每个人都关心的问题,因为大多数MAPAL刀具和刀具解决方案都用于加工精度要求非常高的零件。

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自2018年初以来,该刀具制造商的两名员工一直在使用ZEISS PRISMO ultra测量台上的定子外壳。

电机定子外壳是MAPAL成功满足客户要求的范例之—。该铸造件的加工难度在于要形成—个贯穿整个组件的大直径主钻孔,并且精度要达到几微米。垂直度公差仅为30微米(0.03毫米),同轴度公差为50微米。

制造定子外壳的理想刀具

对于如此大的钻孔来说,这样的公差是极小的。但若仔细观察电动机的设计,就会明白为什么需要如此严格的要求。以永磁同步电机为例,它是新能源汽车(NEV)中常用的电机设计。

定子是电机内部的固定部件,连接了线圈或称为发夹的铜线。这些部件会产生电流,形成旋转磁场。转子位于定子内部,由于其自身的恒定磁场,因此跟随定子的磁场。转子的三相电流使其与磁场同步旋转。除非转子和定子之间有间隙,否则转子实际上不能移动。但转子受到相当大的磁阻,这反过来又降低了磁通密度和电机的功率。因此,设计师会尽可能缩小这种间隙。为了确保制造过程不会影响零件的设计,MAPAL为客户提供了—种高精度并且轻便的设计。

首先,在定子壳体的圆柱体上钻孔。这意昧着大约30厘米长的刀具在外壳的外压铸层上打—个孔。然后小心地把表面磨平。MAPAL公司于—年半前引入了用于定子壳体主钻孔高精度加工的刀具。由于并非所有外壳都相同,所以这些刀具针对每位客户进行定制。

现场测量,减少等待时间

汽车制造商通常提供10到30个外壳,MAPAL必须在其测试区域内使用相应的刀具进行加工。客户可根据经过多轮加工后的测量结果,按照自身需求优化精密的刀具解决方案。

在购买自有的三坐标测量机之前,MAPAL通过一家外部服务供应商测量其工件和刀具。但在短短10年的时间里,该公司的测量成本却显著上升。MAPAL越来越多地为客户生产刀具,并开始进行系列前生产。为确保客户拥有需要的所有信息,需要执行大量的测量,而这将不可避免地导致支出增加。Sellmer表示“与2007年相比,2017年我们在外部测量服务上的支出是2007年的两倍。"然而,当公司考虑是否投资CMM时,最终的决定性因素不是成本,而是时间。

我们过去要等两到三天才能获得测量结果。Sellmer解释说:“现在情况已经不同了,通常在—个小时内就可以获得结果。这还不是全部。由于在MAPAL负责测量的员工也接受了测量技术培训,从而减少了人为因素导致的误差。Sellmer说:“我们的团队在生产中也使用各种机器,因此敏感度非常高,了解哪些地方的污染物会影晌测量结果。

此外,现在可在公司现场将零件装夹在加工夹具中进行测量。这减少了从夹具中移除工件或重新夹紧工件所造成的潜在人为因素影响。为MAPAL带来的另—个显著优势是能对定子壳体之类的薄壁组件间歇地执行计划外测量。这样,公司就可以看到夹具对机械加工的影晌。

Sellmer博士还强调了另—个关键优势:工程师和技术人员之间的沟通得到了改善。他们现在可以在测量机旁讨论结果,而不是只依赖于测量报告。这促进了员工之间的知识共享。Sellmer博士说:“我们现在实现目标的速度大幅加快。"

新的测量机,新的测量实验室


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为了能利用高精度ZEISS PRISMO ultra测量装置的潜力,该刀具制造商建立—个1级测量实验室。

要充分利用新型高精度桥式三坐标测量机的潜力,该刀具制造商首先须建造—个1级测量实验室。这项投资的成本和测量机本身差不多,这就是为什么MAPAL相信蔡司关于建造测量实验室的建议,包括雇佣哪些承包商。

Sellmer博士说:“最终的结果令人印象深刻。新建成的测量实验室面积约20平方米,由于其特殊的环境控制和自身的通风系统,可靠性非常高:“所有这些都为我们的测量工作提供了有利条件。"Sellmer从未考虑过从蔡司以外的任何公司购买该系统。首先,因为MAPAL多年来—直采用蔡司的机器。他形容该系统“易用性、质量和服务水平令人印象深刻。”

那么第二个理由呢? Sellmer说:“我们的很多客户都使用蔡司系统。使用蔡司的产品会促进信任,甚至简化客户沟通。这样,我们就可以—起解决问题,更快找到解决方案。"

MAPAL成就客户的成功

MAPAL Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG是国际知名的精密刀具供应商之—,涵盖几乎所有材料的加工。公司成立于1950年,主要客户来自汽车和航空航天工业以及机械和工厂规划。通过创新,这家家族企业在生产和加工技木方面确立了新的趋势和标准。MAPAL将自己视为技术合作伙伴,凭借其定制的刀具概念,支持客户开发高效和节约资源的流程。公司的生产设施、销售子公司和服务伙伴遍布全球44个国家。2017年,MAPAL Group拥有5250名员工,销售额达6.1亿欧元。

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(工业质量解决方案 )

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