Tebis 5 轴加工助力大型铣床的智能自动化模具制造

Schneider Form 在过去的一年里安装了两台 XXL 级别的 机床。其中一台为全新研发并配有线性驱动装置的龙门 机床 – 另一台则采用传统的驱动技术。为什么会选择这 样的组合？或许这篇文章能给您答案。

“我们反正都已经在打地基了，那就直接购买两台机床”， 位 于 Dettingen 的 Schneider Form 有限公司的总经理 Louis Schneider 博士做出了这样的决定。Schneider Form 是一家家族 企业，主营大型模具，尤其是用于汽车保险杠的加工，每年的 模具产量平均为 225 件。总部设在 Dettingen，在葡萄牙、英国 和中国也设立了生产基地。

如何在 15 年的时间里将营业额增加两倍 “最近一次的车间扩建已经是 17 年前的事情了”，Louis Schneider 博士解释道。“从那时候开始，我们的员工人数没有 改变，生产面积也没有变化 - 不过，我们的营业额在这段时间 里则增长了两倍，达到了 56 百万欧元 / 年。”究竟是如何实现 如此令人印象深刻的成绩的？“我们在各个方面都实现了生产 效率的提升。我们专注于很少的几件事情，并且将它们做好。 例如，我们研发了 Optisize 系统，从而实现了保险杠刀具的标 准化和模块化。而对于机床的配置，单单是在过去的六年中， 我们就购置了几台新的机床。这些机床可以大大提高加工速度， 继而满足客户的高要求。”

“在机加工领域，我们将主轴运行时间提高了 40%。现 如今，绝大部分机床的主轴运行时间高于 6000 小时 / 年”， Schneider Form 机加工负责人 Ralf Wittmann 对此感到高兴。在 去年，一台 DMU 210 P 凭借 6350 小时的主轴运行时间让公司 看到更多潜力。“现在我们打算再迈出一大步”，Schneider 说道。 “因此，我们决定让四台 1996 年至 2000 年的老铣削中心退役。”

Schneider Form 对新机床提出了非常清晰地要求：

◆ 通用机床：带有三个可以自动切换的刀头，用于粗加工、 通用 5 轴加工和精加工

◆ 联动铣削：采用五轴加工方式

◆ 控制系统选项：用来提高过程可靠性，例如 AFC （Adaptive Feed Control，一种集成的自适应进给控制）和 ACC（Active Chatter Control，降低振颤发生的可能性）

◆ 安全运行模式 4：它可以在降低转速的情况下，允许进 入工作区域，以便检查工件或者铣刀。

“我们向自己提出的问题是，我们在五年后希望怎样开展铣削加工”，Wittmann 解释道。“和大型机床相比，铣削刀具和软 件领域的研发周期要短得多 – 而凭借我们的机床方案，我们希望为 将来做好充分的准备。”Schneider 的团队和众多机床制造商开展 交流，并且拜访了大量用户和制造商的技术研发中心。

“满负荷粗加工” 测试

在 DMG 龙门铣床 DMU 600P 上的测试特别令人印象深刻：对 于塑料模具钢 1.2738 的粗加工而言，Wittmann 设定的 700cm3/Min 的切削量根本毫不费力。但前往 Allgäu 的真正目的其实是要讨论 另外一项全新的研发项目。具体涉及的是一台龙门机床，它大部分 沿用 600 P 成熟的组件，但同时会配备线性驱动装置。“这一方案 在切削量、动态性能和运行稳定性等方面能够满足我们所有的要求， 但到目前为止一切还只是纸上谈兵”，Schneider Form 的技术负责 人 Uwe Petz 总结道。

对于一个新研发项目，是否要冒如此大规模的险？项目初期会 出现的问题、粗加工性能、耗电量 – 一切都还是未知数。“但我们 仍然想法设法地说服了 DMG 启动这一项目。当然，我们也希望自 己能够成为第一家采用这一技术的公司”，Wittmann 说道。

在空间和资源都到位后，2015 年 5 月，涉及两台机床的项目 随即上马。“由于成熟的龙门铣床能够快速形成生产能力，因此， 对于线性机床可能的风险，我们就可以更从容地加以应对，并且和 DMG 结成了研发合作伙伴。而在总预算方面，双方同样也几乎达 到了可以承受水平的上限”，Louis Schneider 回忆道。

为了保险起见，在购买合同中定义了具体的测试阶段，描述了 具体的项目落实内容和项目落实进度。除此以外，合同中还提供了 退出选项。但最终一切几乎都按照计划顺利进行。2015 年深秋生 产车间的改造、2016 年 5 月 DMU 600 P 的调试以及在 Pfronten 的 线性机床上几乎同时开始的初始铣削测试。最终结果令人十分满意： “在主轴满负荷的情况下，机床实现了超过 1000cm3 /Min 的切削量 – 这对于 DMG 的员工而言同样也非比寻常。除此以外，极高的加 速度以及特别柔和的过渡，这些都只有线性驱动装置能够做到”， Wittmann 说道。

高精度表面的精加工

两台大型机床负责工件的全部加工。一般情况下，精度可以达 到最高 0.03 毫米的水平。

在工厂完成了又一次优化之后，DMU 600 G 于 2016 年底正 式交付。接下来，调试于2017年4月进行。“不能盲目乐观地认为， 像这样的机床，一旦完成安装后一切就会立即发挥正常功能”， Schneider 说道。“这可不是什么织布机。当然，也没有遇到什 么大的问题。”例如，对工作区域进行过一次调整，帮助排屑顺 利进行。龙门机床能够快速生产出大量的切屑，起初它们不能排 出。现如今，会在粗加工的过程中直接在主轴上抽排切屑，并且 通过一根管道引向室外。在那里，准备了三个用来收集的容器。 在粗加工过程中，每小时会产生 500 公斤的切屑。

“我们认为，我们花费了大约一年的时间，最终让机床百 分之百地发挥出了它们全部的性能”，Wittmann 解释道。“为 此，我们必须调整整个生产策略。今天，我们已经达到了期望的 700cm3/Min 的单位时间切削量 – 而这一切都是在 50% 的主轴功 率条件下实现的。”至于耗电量：和龙门铣床相比，耗电量只高 出了大约百分之五。这些数值属于平均值，是在典型部件 / 加工 条件下通过耗电量测量获得的。如果针对具体部件对能量消耗开 展评价的话，那么，耗电量会有相对性。通过缩短加工时间，使 得 600 G 的能耗相比 600 P 更加优异。

无碰撞的加工

线性机床的优点显而易见。凭借更高的加速度和传统驱动技 术很难达到的定位精度，使得动作变得非常协调。“对于大深度 加工，我们必须移动至工件较深的地方”，Petz 说道。“在这个 方面， Tebis CAM 是非常可靠的帮手。通过使用虚拟仿真技术， 我们就可以避免任何碰撞的发生。”

目前两台机床都负责 Schneider 标准件的加工。一般情况下， 这些标准件重达 20 吨，并且材质为塑料模具钢。而在加工的过 程中，工件平均会在机床上停留二至四周的时间：进行粗加工， Tebis 2.5D 加工和接下来精度最高达到 0.03 毫米的精加工。由 于运行时间较长，采用自动工件装载是不具备任何经济性的。 部件是通过一套快速更换系统装夹的。装夹位置和零点定义在 前置的 Tebis CAM 系统中完成。这样一来，就可以在短短数分 钟内执行一次工件更换。生产车间没有安装空调：两台铣削中 心都配有温度传感器，并且部分（600P）或者整体（600G）采 取了结构冷却措施。线性驱动装置采取了专门的隔热措施，因 为和传统驱动装置相比，它们会释放出更多的热量。

现在为什么卡在其他环节上

总体而言，所有人都对这次的决策非常满意。“我们的四 台旧铣削中心每年能够创造 8000 个小时的主轴运行时间”， Schneider 说道。“而如果考虑到显著提高的生产效率，那么， 现如今，新机床只需要一台就可以做到。我们现在遇到的问题更 多地是——由于加工速度过快，导致在其他环节出现卡滞，例如 在深孔钻方面。”

“在装配、生产和技术等各个方面始终保持均匀的产能绝 对不是一件容易的事儿”，Petz 对此同样也了如指掌，“我们 始终面向未来。我们认为，对于参与整个过程的所有人而言， 都将获得收获。我们始终未雨绸缪，从而为自己创造一定的灵 活性。”

 

 

□ 作者：Susanne Schröder