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智能装夹与智能网络

来源:荣格 发布时间:2018-03-06 341
工业金属加工金属加工金属切削机床模具及冲模金属成型机床金属材料测量及控制系统 展会报道
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本文着重介绍了在数字化网络化制造过程中,装夹技术的发展潜力以及智能夹具的重要作用。这也是2017德国汉诺威欧洲机床展(EMO Hannover 2017)的聚焦点之一。

德国机械制造联合会精密机床协会的夹具标准与技术顾问Bernt Ritz,对这一行业可以说是了如指掌,非常清楚其中的核心问题所在,他总结出了几点,既是目前夹具制造商的共同关注点也是装夹技术的未来发展趋势:复合材料、轻型、薄壁、微型零部件的机加工需求持续走高;小批量生产与工件的差异化升级相适应;工装夹具的同心度和平衡质量要求越来越高;制造过程自动化与过程监控的可靠性逐步提高;工件的摆放实现自动化;夹具部件实现联网化并具备识别功能;传感器技术用以实现数据的采集和传输,另外夹具部件可以进行线上配置。

装夹技术网络化的潜力所在

Jürgen Förster是德国AMF夹具公司(Andreas Maier GmbH & Co KG)的授权签署人兼销售经理,他曾说过:“大多数客户都已经充分认识到装夹技术在制造过程优化中的重要作用和发展潜力。以往机床行业的主要聚焦点在于更高的主轴转速,或是更长的刀具切削寿命,然而现在夹具技术也位列其中,获得了同等的关注。”

在这样背景下,自动化所起到的关键作用是毋庸置疑的。不同的索引选项功能以及人机无缝交流界面已然成为现代机床的标准配置。AMF公司作为不同行业不同品种的成套夹具系统供应商,Jürgen Förster说道:“我们观察到多种装夹技术的集成化是一个非常明显的趋势。零点定位装夹技术通常用来构成集成系统的基础,而液压、磁力、气动夹具辅助系统则形成了一个柔性模块化整体。”夹具设备和机床之间实现网络互联与无缝交流,是工业4.0背景下制造过程优化解决方案中的关键因素。在Jürgen Förster看来,AMF公司要扮演好夹具制造商这一角色,就要做到“把客户现有的制造操作流程看作是已知条件,以此为基础规划出相关生产过程的优化方案”。

AMF公司曾为一家医疗设备制造商提供过夹具解决方案,在这次项目中,AMF极具创新精神地提出在零点定位装夹模块中嵌入位置传感器,用以保证自动化生产线上机器人装载过程的可靠性。事实证明这一解决方案效果显著,甚至可以说是超过了我们的预期。这次项目经验说明:应该让相关人员尽早地参与到项目研发中,因为人的创造力以及优化每一个细节的能力几乎可以说是无极限的。

选择合适的夹具

“此外,还要根据金属切削刀具的类型来选择合适的夹具”,德国Gühring KG公司夹具与铣刀部的产品经理Rolf Ehrler补充说道:“工装夹具的设计越来越具有针对性,也就是说随着高精度刀具的不断发展,相应地我们会看到夹具也向着多样化方向发展。”对于智能夹具在网络化制造过程中所起的作用他则持谨慎态度,“智能夹具(装有传感器可联网的夹具)的开发已经开始了,但是由于智能夹具网络还没有建立,它们还无法在工厂中进行全覆盖使用。”相比之下,Rolf Ehrler更推荐“具有最佳尺寸的优选夹具”,他表示使用这种夹具可以让金属切削刀具的性能发挥到最优,并且可以有效提高刀具的使用寿命。

在数字化网络化制造过程中,装夹技术将起到至关重要的作用,这是因为对于一个最佳的机加过程而言,刀刃必须无限逼近工件上待加工区域的切入点。正是出于这样的考虑,夹具的结构要做得尽可能紧凑才不会影响到切削效果。德国Mapal Dr Kress KG公司将这一理论发挥到了极致,由他们推出的纤细流线型液压膨胀卡盘,将液压膨胀夹紧技术的装夹精度提升到了新的高度,即使在过去只能选择热套卡盘的场合也能应用。增材制造工艺成就了这一装夹技术,卡盘功能区域的制备方法为:在传统工艺制造的主体基材上,采用选择性激光熔敷法(SLM)沉积金属层。

直接装夹方式保证了最佳的工件可接近性,并且可以准确定义出当前的装夹状态。同时,液压膨胀卡盘保证了最优的减震效果。

随着干式切削在生产制造中所占比重不断加大(不仅仅出于环境保护方面的考虑),卡盘的热稳定性变得越来越关键。受益于增材制造工艺,夹紧套筒和卡盘主体之间的焊接接头,即热应力最敏感的区域可以被去掉了。这意味着卡盘的稳定工作温度上升到了170℃。Mapal公司夹具技术部产品经理Jochen Schmidt是这样评价增材制造工艺:“它为夹具制造技术引入了全新的概念,在过程可靠性和控制成本方面为客户提供了额外的价值。我们已经将该技术应用到一系列的产品研发中,相信它会不断刷新我们产品的性能极限,不论是过去、现在、还是在未来。”

大规模生产要求工装夹具能够集成到高度自动化的智能制造系统中,这一趋势越来越明显了,Jochen Schmidt对此观点也表示同意:“这里所有的系统组件都必须连接到数字网络中。”卡盘通常以直接夹紧的方式使用——即使是小直径工件的应用场合也是如此。他还补充道:“因为有了增材制造技术,我们成功推出了具有超高装夹精度的液压膨胀卡盘,这种卡盘具有纤细的流线轮廓,可以实现对直径在3mm以上的工件的直接装夹。”

柔性制造中模块化系统的应用

 “现在有这样一种趋势,具有高度兼容性的模块化系统会使每一个夹具应用方案变得更加智能化,也更加经济,同时夹具在不同机床上的装夹精度也保持了高度的一致性,”Heinz-Dieter Schunk GmbH & Co Spanntechnik KG公司夹具技术部销售经理Markus Michelberger说道。自动化、柔性化、数字化是未来生产制造企业的制胜之道。有了传感器的帮助,即可实现对夹具装夹力的持续观测。一旦出现夹紧力减弱的情况,或者是发生振动时,夹紧力参数会进行自动调节,以保证装夹过程的可靠性和效率最大化。例如,已经EMO 2017展会上亮相的最新科技成果——Magnos力测量系统,它可以用在电磁力夹具中,完成对夹紧力的持续测量,并且可以实现过程数据的响应性调节。另外Markus Michelberge还补充说:“由于率先推出了世界上第一个电控24-V零点定位装夹模块,我们在高度网络化智能化机床的发展道路上又领先了一步。”

Markus Michelberge相信在未来的几年里,采用增材制造技术生产的零部件所占的比重将稳步增长。“最好的例子就是我们出品的高性能多功能夹持器,由于其所能达到的夹持力是非常高的,在一些情况下,可以当作夹具来使用。”夹持器的手指结构是采用增材制造工艺制备而成的,其开发过程是在一个名为“E-Grip”的3D设计软件中进行的。这个软件是基于网络的,并且无需许可验证就可使用。有了它,单个夹持器手指结构的设计时间被缩减到了15分钟。与使用网上图片服务功能不同,操作员是通过上传Step或者STL文件来完成夹持器手指的配置工作的,并且还可以定义一系列的变量参数,如夹持模式、重量、夹持器安装位置或者手指的长度。如果成功订购了这种夹持器,那么它的制造和交付将在一周内完成。

大家对未来制造系统的全面网络化已有共识,其中工装夹具和夹持装置作为制造系统的重要组成部分,其网络化要求也势在必行,只有如此才能持续获取到这两类设备的状态和环境参数。Markus Michelberger进一步解释道:“我们的目标就是利用制造模块中‘最接近工件’的位置(即夹具的位置),对生产制造过程中的每一个步骤进行密切监控,并持续不断地向线性控制系统和高阶ERP(企业资源计划)系统提供过程数据的传输服务。”


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