機床創(chuàng)新產(chǎn)品的案例(中)

張曙，張炳生，衛(wèi)漢華

(1.同濟大學(xué)現(xiàn)代制造技術(shù)研究所,上海200092)(2.上海納儂精密機械公司,上海200092)(3.香港理工大學(xué)工業(yè)中心,香港)

(上 接 第1期)

3 復(fù)合加工機床

3.1 復(fù)合的目的是完整加工

機床的基本功能是將毛坯轉(zhuǎn)化為具有所需形狀、尺寸和表面質(zhì)量的零件。這一轉(zhuǎn)化過程通常需要歷經(jīng)不同的工藝過程,如車削、銑削、鉆削、磨削和熱處理等。傳統(tǒng)的工序分散模式是將不同的工藝過程分散在不同工作地的機床上,工件在一臺機床上加工完畢后需要卸下然后在另一臺機床上重新定位裝夾,機床之間需進行物料的人工或自動搬運,從而產(chǎn)生了不增值的運輸和等待時間,如圖34所示。

圖34 傳統(tǒng)的零件加工流程

復(fù)合加工的目標(biāo)是在一臺機床上完成一個零件的所有加工工序。換句話說,也就是不管工件多么復(fù)雜,經(jīng)過一次裝夾就能加工完畢,即完整加工(complete machining)。完整加工的優(yōu)點是：

1)隨著數(shù)控機床性能的提高,機床加工過程的切削時間越來越短。機床的輔助時間和工件在工序之間的滯留往往成為影響交貨期的主要因素,而縮短產(chǎn)品的制造周期可以創(chuàng)造巨大的利潤空間。

2)在完整加工中,工件只需進行一次裝夾定位,避免了多次裝夾和機床定位誤差的疊加,以及多臺機床操作者不同熟練程度帶來的偶然誤差,從而大大提高了零件加工精度。

3)盡管完整加工機床的單臺價格較貴,但是由多臺機床變?yōu)?臺機床,總的設(shè)備投資和所占用的車間面積大為減少,最終提高了投資效益。

3.2 車銑復(fù)合加工機床

車銑復(fù)合加工機床是從數(shù)控車床發(fā)展而來。早期的數(shù)控車床只有1個主軸和1個刀架滑座(X軸和Z軸進給),后來發(fā)展到2個主軸和多個刀架滑座,并增加了銑削主軸。車銑復(fù)合可能的組合如圖35所示。垂直坐標(biāo)表示工藝過程的復(fù)合程度,而水平坐標(biāo)描述主軸數(shù)的增加和機床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度[23]。

日本西鐵城宮野精機(Citizen Miyano Machinery)公司推出的ABX-TH3系列車銑復(fù)合加工中心是具有特色的車銑復(fù)合機床,其結(jié)構(gòu)配置如圖36所示。從圖中可見,在成45°傾斜的床身上配置有左右2個主軸。左主軸在Z方向是固定的,提供車削的動力或C軸圓周進給。右主軸是第二主軸,在Z方向可以移動,除提供車削的動力外,還提供C軸圓周進給和Z軸直線進給。主軸轉(zhuǎn)速范圍為50r/min～ 5 000r/min,左主軸功率為11.0kW,右主軸功率為5.5kW。

圖35 車銑復(fù)合的可能組合形式

圖36 車銑復(fù)合的加工中心

圖37 異形零件的加工

該機床配置有3個帶刀具轉(zhuǎn)塔的滑座。上左滑座可進行X,Y,Z軸方向的移動和C軸的回轉(zhuǎn),上右滑座可進行X軸向和Y軸向的移動以及C軸的回轉(zhuǎn),下滑座可進行X軸向和Z軸向的移動以及C軸的回轉(zhuǎn)。機床一共有12個數(shù)控軸,在圖中分別以不同顏色表示。每個刀具轉(zhuǎn)塔上可安裝12把刀具,包括自驅(qū)動刀具。例如轉(zhuǎn)速范圍為40r/min～6 000r/min、由2.2kW交流伺服電動機驅(qū)動的銑削主軸,可實現(xiàn)各種不同加工工藝。該機床主要用于加工異形中小型零件,按照最大棒料直徑區(qū)分,可分為51TH3 (φ51mm)和65TH3(φ65mm)兩種規(guī)格型號。

該機床的左右主軸和上下3個刀架滑座之間可同步控制,以便加工異形零件,如圖37所示。從圖中可見,借助圓周銑削和單邊銑削可以同步加工不完整圓柱表面的零件,借助徑向鉆孔和方邊銑削可以同步加工相交孔和帶方耳的異形零件。類似的零件按照傳統(tǒng)工藝方法即使分散到多臺車床和銑床上,也需借助特殊夾具才能加工。現(xiàn)在用一臺機床就可從毛坯直接完整加工出來,大幅度提高了生產(chǎn)效率,提高了加工精度,縮短了加工周期,降低了制造成本[24]。

圖38 WFL車銑加工中心

奧地利WFL公司是最早推出車銑復(fù)合加工機床的廠商之一。WFL公司的MillTurn系列機床共有5個,從M35到M150(最大車削直徑從520mm 到1 560mm,中心距長度從2 000mm到8 000mm不等),其中M50車銑加工中心的外觀如圖38所示。

不同型號的WFL車銑復(fù)合加工機床均采用球墨鑄鐵、60°傾斜床身。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計使得切削力同Z軸導(dǎo)軌垂直,提高了機床動靜態(tài)性能和加工精度,且便于排屑。安裝在橫向滑座上的車、鏜、銑單元借助齒輪齒條驅(qū)動機構(gòu)縱向移動,采用液壓系統(tǒng)夾緊,以確保其穩(wěn)定性。機床的右側(cè)設(shè)有刀庫,可安裝50 或100把刀具。

另外,機床人性化的設(shè)計使操作者可以方便地接近工作區(qū)域?？刂破鞯牟僮髌聊豢梢运揭苿雍托D(zhuǎn),以便操作者觀看加工過程,而且整個操作面板可以調(diào)整高度。

WFL機床的另一創(chuàng)新點是齒輪齒面加工軟件Flanx,它的推出,使得在車銑加工中心上可以加工內(nèi)外圓柱齒輪、螺旋傘齒輪以及雙曲面齒輪,擴大了工藝范圍。

WFL公司的所有型號機床都采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng),并根據(jù)復(fù)合加工的特點開發(fā)了許多用于特殊加工工藝的軟件包,借助這些軟件包提高了編程效率,使復(fù)雜形狀零件的加工變得簡便易行[25]。例如帶B軸的車削加工、曲柄銷銑削加工、曲軸加工、凸輪銑削加工和深孔鉆削加工,如圖39所示。3.3銑車復(fù)合加工機床[26]

圖39 車銑復(fù)合加工的典型零件

銑車復(fù)合加工機床通常以立式或臥式加工中心為基礎(chǔ),配置車削主軸或回轉(zhuǎn)工作臺而構(gòu)成。德馬吉森精機公司推出了DMU 60/80/125/160FD duoBLOCK主體結(jié)構(gòu)和DMU/DMC 210/340/600龍門結(jié)構(gòu)兩個系列的銑車復(fù)合加工中心。

DMU60/80/125/160 FD duoBLOCK系列銑車復(fù)合加工中心是在duoBLOCK萬能銑床的基礎(chǔ)上,借助直接驅(qū)動工作臺(C軸)將銑削和車削工藝集成在一臺機床上,如圖40所示。該系列銑車復(fù)合加工機床配置有45°傾斜的數(shù)控擺動銑頭(A軸和B軸),可在水平、垂直或傾斜位置工作,使機床具有5軸聯(lián)動和5面加工的功能。根據(jù)規(guī)格的大小,回轉(zhuǎn)工作臺可提供不同的銑削和車削所需的轉(zhuǎn)速和扭矩。其中DMU80 FD機床的回轉(zhuǎn)工作臺,在銑削時的最大轉(zhuǎn)速為30r/min,在車削時的最大轉(zhuǎn)速為800r/min,最大扭矩為2 050N·m,可為銑削、車削以及齒輪加工工藝過程提供良好的條件。

圖40 DMU FD系列銑車加工中心

借助DMU FD系列銑車復(fù)合加工中心,可以進行既具有車、鉆、鏜圓柱表面又有平面、曲面和齒形銑削要求的大型零件的完整加工,如圖41所示。3.4磨車銑鉆復(fù)合加工機床[27]

圖41 銑車加工的典型零件

磨削通常是零件加工的最后工序,用于獲得精確的尺寸精度和表面質(zhì)量。瑞士斯圖特(Studer)公司的S242型磨車復(fù)合加工機床,將外圓磨削和硬車削加工兩種技術(shù)結(jié)合在一起,一次裝夾就能夠高效率地加工完畢一個零件。該機床采用模塊化設(shè)計理念,借助8個橫向頭架模塊(4個左、右、正、斜外圓頭架,4個8～18工位的轉(zhuǎn)塔刀架),從而可組合成25種不同的配置方案。

配置3個橫向頭架：2個磨削頭架(X1和X2)和1個轉(zhuǎn)塔頭架(X3)的例子如圖42所示。

圖42 S242磨車復(fù)合機床

S242型磨車復(fù)合加工機床的頂尖距為800mm,最大加工長度為600mm。轉(zhuǎn)塔頭架上可以安裝車、鉆、鏜、銑刀以及內(nèi)圓磨頭和端面磨頭。S242型磨車復(fù)合加工機床采用人造花崗巖(Granitan S103)床身,并設(shè)計成傾斜結(jié)構(gòu)。其主要優(yōu)點有：1)操作時的易接近性；2)加工時的良好減振性；3)高性能的熱穩(wěn)定性；4)有利于切屑和冷卻液的迅速排出。

磨削和硬車削的復(fù)合加工可以大幅度縮短精密零件的加工時間。一個加工HSK 63刀柄的案例如圖43所示。從圖中可見,傳統(tǒng)工藝方案是采用普通外圓磨床加工,需要5個工步、2次裝夾,加工循環(huán)時間為181s。采用S242型磨車復(fù)合加工機床,只需要1個磨削工步和3個車削工步,加工循環(huán)時間為98s,縮短了45%,大大提高了生產(chǎn)效率。3.5銑削激光復(fù)合加工機床[28]

圖43 磨車復(fù)合加工與傳統(tǒng)磨削的比較

激光紋理加工是一項相對較新的加工工藝,對模具制造業(yè)頗具吸引力。特別是與5軸聯(lián)動加工結(jié)合后,非常適合加工表面形狀復(fù)雜的模具。例如,德馬吉森精機旗下的藻厄激光技術(shù)公司(Sauer LaserTec)在DMU系列數(shù)控加工中心上集成激光紋理加工技術(shù),推出新型復(fù)合加工機床LaserTec系列,實現(xiàn)在同一臺機床上進行銑削和激光加工。

激光紋理加工是一種經(jīng)濟實用的加工技術(shù),適合加工不規(guī)則的表面和復(fù)雜的三維模具。例如,汽車工業(yè)正在采用新的紋理替代皮革紋理；聚酯瓶制造商提出了諸如在瓶上制作更復(fù)雜三維徽標(biāo)的要求。就這兩個領(lǐng)域的應(yīng)用而言,激光紋理加工比傳統(tǒng)蝕刻技術(shù)顯然向前邁進了一大步。典型的激光紋理加工實例如圖44所示。

圖44 典型的激光紋理加工實例

激光紋理加工技術(shù)為產(chǎn)品設(shè)計師提供了更多自由,同時也能降低零件的加工成本。蝕刻技術(shù)面對許多要求高的紋理加工無能為力,即使采用光化學(xué)膜,皺痕往往也難以避免,必須進行精細的、昂貴的后處理。

激光加工的定位精度和重復(fù)精度極高。重復(fù)精度尤其重要,激光束在每一次加工行程中只切除幾微米的材料。根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)深度,完成一處的加工可能需要50次或更多次行程。激光頭通過HSK刀柄安裝在機床上(手工更換時間不到10min),一次裝夾即可完成模具的紋理加工。

在激光加工前,根據(jù)所有表面結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)生成灰度位圖,然后用三維動畫軟件添加這些三維數(shù)字結(jié)構(gòu)特征圖形。藻厄激光技術(shù)公司開發(fā)的LaserSoft三維軟件,可將表面結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成在加工時可以使用的數(shù)據(jù)。該軟件可以幫助激光束在工件上定位,確保激光束以最理想的90°角到達目標(biāo)區(qū)域。其主要流程是,首先生成表面結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)灰度位圖；其次創(chuàng)建均勻和低失真的三維表面網(wǎng)格；然后用Laser-Soft三維編程系統(tǒng)計算激光軌跡；最后借助Laser-Soft三維軟件將激光器在工件上正確定位,并對表面進行加工。

4 倒置加工機床

4.1 倒置加工是一種高效加工方式[29]

倒置加工(reverse machining)是近年發(fā)展起來的一種高效率加工方式。倒置機床的主要特征是：

1)傳統(tǒng)的加工方式是工件放置在工作臺上,刀具(如銑刀)夾持在主軸上,主軸從上面移向工件進行加工。倒置加工反其道而行之,工件從上面移向刀具完成進給,刀具固定不動(車削)或刀具主軸作回轉(zhuǎn)運動(銑削),如圖45所示。

圖45 傳統(tǒng)加工與倒置加工的比較

2)由于進給運動由夾持工件的主軸來完成,機床上可以配置多個動力頭或多種刀具而無需刀庫,因此機床結(jié)構(gòu)非常緊湊。

3)由于工件夾持在主軸上,加工過程產(chǎn)生的切屑以及冷卻液直接向下排放到機床下方的收集器內(nèi),有利于將熱量快速移除,減少了熱變形,從而保證加工精度。

4)由于工件在夾持狀態(tài)下移動,倒置加工僅適于加工尺寸較小和質(zhì)量有限的零件。

4.2 倒置式多主軸立式加工中心[30]

德國埃馬克(EMAG)公司是倒置式加工的先驅(qū)者。其主要產(chǎn)品如VL系列標(biāo)準車床、VLC系列通用車床、VSC系列生產(chǎn)車床等,皆采用倒置式總體布局。倒置立式車床與一般臥式車床的不同點在于可借助主軸抓取工件,自行完成工件的裝卸,其運動行程很小,上下料時間很短。這種上下料方式與龍門桁架機械手或機器人相比,造價便宜,節(jié)拍快,性能可靠,特別適合大批量生產(chǎn)的需要。

埃馬克公司產(chǎn)品中的VSC系列倒置式多功能生產(chǎn)中心,結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小,每臺機床都是一個高度集成化的生產(chǎn)單元?？筛鶕?jù)客戶需要,實現(xiàn)車、鉆、鏜、銑、磨和其他工藝過程,加工完畢后可在機床中測量工件的加工精度,并按測量結(jié)果進行誤差自動補償。

根據(jù)配置的主軸數(shù)目不同,VSC系列機床共有DUO型(雙主軸、兩個加工區(qū))、TWIN型(雙并排主軸)和TRIO型(3并排主軸)3種變型,分別用于滿足不同批量生產(chǎn)的需求。

埃馬克公司的VSC 400 DUO型機床的外觀和結(jié)構(gòu)配置如圖46所示。從圖中可見,VSC 400 DUO機床是由左右兩個隔開的加工區(qū)組成。每個加工區(qū)前側(cè)都配置有轉(zhuǎn)塔刀架,刀架上可以安裝車刀、自驅(qū)動銑刀、磨頭等12把不同的刀具。床身上方頂部的十字滑座在伺服電動機和滾珠絲杠驅(qū)動下沿線性導(dǎo)軌作X,Y軸向移動。主軸套筒由伺服電動機驅(qū)動在上滑座中間的圓柱靜壓導(dǎo)套中上下滑行(Z軸向),無摩擦、無磨損。工件由貫穿兩床身的輸送帶送達主軸下方,進行上下料。

圖46 VSC 400 DUO機床的外觀和布局

機床左右兩個加工區(qū)可以同時同步加工兩個一樣的工件,也可分別編程同時加工兩個不同的工件,還可以一次裝夾后進行前后工序的加工(例如加工不同的表面或進行不同的工藝過程),或者加工工件的一端后翻轉(zhuǎn)、再加工另一端等多種工藝可能性,如圖47所示,特別適合于盤類零件的大批量生產(chǎn)。

圖47 VSC機床的左右兩個加工區(qū)

VSC DUO系列機床的床身采用封閉式的U形結(jié)構(gòu)組成了一個閉合的受力回路,力分布均勻,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,所以靜態(tài)和動態(tài)剛性都異常出色,同時采用樹脂混凝土(高級礦物料)澆鑄而成,減振性能優(yōu)良,加以主軸移動套筒采用靜壓導(dǎo)向,大大提高了工件的表面光潔度,延長了刀具壽命。配置的絕對值光柵測量系統(tǒng)既保證機床的持續(xù)加工精度,又省去參考點的運行過程。主軸電動機、帶套筒的主軸、刀塔、電器柜和床身通過獨立的冷卻系統(tǒng)冷卻,有雙回路的制冷機組,可使機床溫度與環(huán)境溫度保持十分接近,從而完全消除因溫度波動而引起的加工誤差,如圖48所示。

圖48 機床結(jié)構(gòu)的力封閉和部件冷卻

VSC DUO系列機床按照卡盤直徑分為兩種：250 DUO型和400 DUO型,其技術(shù)性能見表2。

VSC DUO系列機床可以配置模塊化的輸送系統(tǒng)和上下料裝置,可選擇左側(cè)或右側(cè)毛坯進料,而另一側(cè)送出成品零件。當(dāng)需要將工件進行翻轉(zhuǎn)后繼續(xù)加工時,可在加工區(qū)外布置工件第2次裝夾前的翻轉(zhuǎn)工位,如圖49所示。

圖49 VSC DUO機床的工件輸送系統(tǒng)

從圖中可見,毛坯從左側(cè)進料輸送至第1工位加工,工件在第1工位加工完畢后,反向輸送至翻轉(zhuǎn)工位(圖左上角照片),借助機械手將工件翻轉(zhuǎn)后,再輸送到第2工位繼續(xù)加工。這種退出加工區(qū)的工件翻轉(zhuǎn)方式不僅可靠性高,也便于操作者觀察和監(jiān)控。

VSC系列機床的配置柔性高,能夠根據(jù)不同要求,實現(xiàn)不同的加工工藝以及簡易可行的工件自動化輸送方案。因此不管兩臺機床聯(lián)機組成一個生產(chǎn)單元,還是多臺機床聯(lián)機組成一條生產(chǎn)線,VSC多功能生產(chǎn)中心都能便于集成,為特定工件加工提供最佳的全面解決方案,如圖50所示。

4.3 模塊化倒置加工中心[31]

德國ELHA公司的FM3+X型機床是模塊化的倒置加工中心,它可以根據(jù)用戶的需要,由機床框架和各種動力頭組成加工特定零件的專用機床。這里所謂倒置的含義是所有進給運動由工件主軸來完成,動力頭上的刀具僅提供切削所需的扭矩和轉(zhuǎn)速,而并非一定是空間位置的倒置。

推動研制這種創(chuàng)新機床的重要原因是,隨著刀具技術(shù)的進步,切削速度有了大幅度提高,生產(chǎn)節(jié)拍越來越短,使加工過程中的輔助時間(如換刀時間等)所占比例越來越大,往往超過50%,因此一種既不需要換刀又具有一定柔性、易重組、可重構(gòu)的機床就應(yīng)運而生。

圖50 VSC DUO機床的聯(lián)機生產(chǎn)線

FM3+X型機床的外觀和框架正面如圖51所示。從圖中可見,在機床底座上固定有封閉的門式框架,框架的正前面有許多按矩陣分布的螺孔,以便固定各種動力頭。框架的中間夾持工件的“主軸”可以伸縮(Z軸向)和完成X,Y軸向的快速移動和進給。此外,工件主軸的夾具能夠自動夾緊和松開工件,起到裝卸料機械手的部分作用。

圖51 FM3+X機床外觀和框架正視圖

該機床結(jié)構(gòu)緊湊、布局簡潔、占地面積小,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖52所示。從圖中可見,機床的前方是加工空間,工件主軸側(cè)向移向刀具,沒有水平加工表面,切屑可自由落下,沒有任何阻擋；此外,機床加工區(qū)和機構(gòu)移動區(qū)是相互隔離的,冷卻液和切屑不會進入機床機構(gòu)移動區(qū)。如需要,可在工件主軸上配置回轉(zhuǎn)工作臺或采用角度動力頭,就可實現(xiàn)4軸或5軸加工。動力頭的類型多種多樣,可以是單軸的,也可以是多軸的、角度的和轉(zhuǎn)塔等,每個動力頭都由獨立的電動機驅(qū)動。不同類型的動力頭如圖53所示。加工空間的實況如圖54所示。

圖52 FM3+X加工中心的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖53 不同類型的動力頭

圖54 FM3+X機床的加工實況

加工時,工件主軸快速移向已經(jīng)開始旋轉(zhuǎn)的刀具,加工完畢后再移向另一把刀具,中間沒有換刀過程。移動距離短,切屑到切屑的時間僅0.5s～1.5s。每一把或一組刀具都由單獨的電動機驅(qū)動,從而能夠方便地實現(xiàn)每一加工過程的尺寸、切削速度、扭矩的最優(yōu)化。所有的進給移動都由夾持著工件的“工件主軸”來完成,從而實現(xiàn)高速加工而不涉及復(fù)雜的技術(shù)。動力頭上的每把刀具都有專門設(shè)計的“刀具接口”。刀具接口的類型和尺寸大小、扭矩和轉(zhuǎn)速,都與加工任務(wù)要求以及所使用的刀具相匹配。

FM3+X倒置式臥式加工中心的姐妹型號是FM4+X,它具有更大的加工空間和生產(chǎn)效率,工件尺寸從FM3+X的200mm×200mm×200mm增加到320mm×320mm×320mm。FM系列兩種模塊化倒置加工中心的技術(shù)特性見表3。

模塊化倒置加工中心是把一條自動線集成到一臺機床上,因此它既具有自動線的高效率,又具有加工中心的柔性,操作、維修方便,適合加工各類中小型殼體、軸類和盤類零件。一次裝夾,全部加工完畢,保證了高生產(chǎn)效率和加工精度。

模塊化倒置加工中心適用于加工鑄鐵、鋁合金以及低合金鋼的零件,加工一個零件的時間為20s～50s,可以滿足大批量生產(chǎn)的要求。在大批量生產(chǎn)中,采用模塊化倒置加工中心不僅可以替代多臺普通的加工中心,而且由于沒有換刀過程,沒有刀庫,工件主軸部件運動平穩(wěn),沒有速度的急劇變化,即沒有明顯的加速和減速過程,大大減少電動機的功耗,實現(xiàn)了節(jié)能和綠色制造的目標(biāo)。

4.4 TransFlex柔性制造單元[32]

瑞典Modig公司推出商品名為TransFlex的柔性制造單元,以滿足對現(xiàn)代制造設(shè)備日益增長的、實現(xiàn)高生產(chǎn)率和高精度同時保持高柔性的要求。由于TransFlex的柔性較高,既可適用于中小批量生產(chǎn),也可用于大批量生產(chǎn)。其結(jié)構(gòu)配置如圖55所示。從圖中可見,TransFlex柔性制造單元采用倒置龍門配置,與一般龍門加工中心不同之處在于安裝在“主軸”上的不是刀具,而是夾具和工件。橫梁在機床立柱上沿X軸縱向移動,工件主軸在橫梁上沿Y軸向移動,工件主軸上下作Z軸向移動。如果配置回轉(zhuǎn)或擺動裝置,工件和夾具可以完成C軸和A軸轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)5面或多面加工。

TransFlex柔性制造單元左右兩側(cè)各配置5個沿直線導(dǎo)軌移動的動力頭,可完成鉆、銑、鏜、鉸等工序。動力頭可水平配置,也可以垂直配置。刀具主軸上除可安裝鉆、鏜、銑、螺紋加工等各種刀具外,還可配置測頭,以便在加工過程中測量工件、夾具和工件主軸的精度。

動力頭的功率和轉(zhuǎn)速可根據(jù)相應(yīng)的工序進行優(yōu)化和確定。機床工作時夾持在“主軸”上的工件移向橫向配置在床身兩側(cè)的動力頭進行加工,完成一道工步后移至另一個動力頭,進行下一道工步的加工。一次裝夾即可完成零件的全部加工。加工某個工件的實況如圖56所示。

圖55 TransFlex制造單元

圖56 TransFlex加工實況

X,Y,Z軸皆采用直線電動機驅(qū)動,并按照重心驅(qū)動原理,采用兩個直線電動機,使驅(qū)動力的合力處于移動部件中間位置,以保證機床最佳的動態(tài)性能和定位精度。

當(dāng)水平動力頭退到最后位置時,可進行換刀,刀庫的容量為2,4或15把,按加工需要選擇。由于刀具交換是在另一個動力頭工作時進行的,與加工時間重合,故沒有時間損失。刀具主軸的啟動和停止過程也與工件主軸的移動重合。從一個工位移到另一個工位加工,切屑到切屑的時間僅需4s～8s。工件在整個加工過程中,只使用一個夾具夾緊一次,無需重復(fù)裝卸、搬運、定位和夾緊,從而大大縮短了輔助時間,提高了加工效率,保證了加工精度。TransFlex柔性制造單元工作時始終只有一把刀具在工作,數(shù)控編程簡單,使用操作和維護都非常方便。

TransFlex加工的典型零件如圖57所示。對若干典型零件加工循環(huán)時間的統(tǒng)計分析表明：切削時間所占比例高達69%～75%,運動部件定位時間和物料移動時間僅占25%～31%,單位時間的生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)加工中心成倍地提高。

圖57 典型加工零件

TransFlex柔性制造單元采用模塊化結(jié)構(gòu)和對稱設(shè)計原則,以減少熱變形誤差的影響。由于總體配置是封閉框架結(jié)構(gòu),同時采用經(jīng)過生產(chǎn)考驗的部件,工作可靠,可24h連續(xù)運轉(zhuǎn)。其靜態(tài)和動態(tài)剛度都比傳統(tǒng)的龍門式加工中心高,如圖58所示。

圖58 TransFlex的靜態(tài)和動態(tài)剛度

TransFlex柔性制造單元還有一個非常重要的優(yōu)點,就是它可以很方便地將幾個制造單元以串聯(lián)或并聯(lián)的方式,加上物流系統(tǒng)及裝卸機械手組成自動生產(chǎn)線或無人化加工車間,將高效率的大批量生產(chǎn)和中小批量的柔性制造結(jié)合起來。根據(jù)需要,它甚至還可以組成多品種零件的混流自動生產(chǎn)線,并且快速調(diào)整,進行高柔性的混流生產(chǎn)。

圖42 S242型磨車復(fù)合加工機床

(未完待續(xù))