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跟踪市场变化,提升产品性能(上)

来源:荣格-《国际金属加工商情》 发布时间:2021-09-03 998
工业金属加工金属加工金属切削机床金属成型机床模具及冲模焊接设备及工具其他金属材料表面处理测量及控制系统 研讨会报道
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——2021金属加工行业-荣格技术创新奖述评

今年5月,一年一度的荣格技术创新奖评选活动又开始了,这次参选项目共有82项。涵盖了金属切削机床、金属成形、特种加工、CAD/CAM/CNC控制系统、刀具/附件、自动化系统、3D打印和数字化制造软件等众多领域。


由于参选项目多,评上的也许是少数。但是,从众多的参审项目中,可以看出一个共同的特点,就是新技术、新工艺和新产品在不断的出现。以用户的需求为导向,有力推动了众多企业不断开发新的产品和提升自己产品的性能。


当今,在刀具、机床和与加工技术相关的领域的开发,其主要目标是通过提高加工速度、提高作业自动化和提高设备利用率来提高生产率。显然,经济竞争越来越多地决定于基于技术创新的生产率的提高。


在这里,根据笔者的职业经验和所熟悉的专业知识,拟就一些参选项目的技术特点作一些评述。

新一代卧式加工中心,进一步提升加工效率和加工品质


针对新能源汽车零件的加工,SW公司开发了BA W06-21双主轴加工中心。新机床重点着力于提高加工效率和提高加工精度。为此,采用了直线电机,使X轴、Y轴和Z轴的快速移动速度达到120米/分,并将换刀时间缩短10%,大大提高了机床的高速加工的性能。以此同时,机床床身采用SW拥有专利的整体框架式结构,提高机床的稳定性和加工精度。机床的特点还在于, 主轴间距在590mm至651mm之间可调。X、Y和Z轴的定位精度可达0.006mm。


众所周知,在全球竞争中,最重要的是生产率,只有通过高的加工质量和短的工艺流程时间,制造商才能在供应链中保持自己的地位。而SW公司正是通过提高快速移动速度、缩短换刀时间和采用多轴加工来满足用户的需求。


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早已制造5轴加工中心的Heckert和GROB公司,最近这1-2年却重点推出了4轴加工中心,这反映出这类机床有较大的市场需求,实际上,与5轴机床的市场相比,4轴加工中心的客户范围也许要大4-5倍。


 新的4轴卧式加工中心,在结构上都经优化,如GROB公司对机床的结构进行了拓扑优化,经FEM仿真等数字化手段进行设计。该系列机床被设计成刚性床身上带有三个固定点的活动立柱,旋转轴(B轴)由动态力矩电机驱动,直线轴(X、Y和Z轴)由滚珠丝杠驱动。通过优化,实现了机床在刚性、稳定性、阻尼和重量方面的完美结合,这为实现高的材料切除率和高的加工精度奠定了基础。


为满足用户的不同加工需求,GROB公司为用户在诸如电主轴(转速7,200—30,000r/min),主轴和工具柄接口(HSK-A63、SK40和CAT40…)、托盘(630x630,630x800)和刀库(容量:50,120和240)等方面提供了众多选项。由于其模块化的机床结构和广泛的选择范围,因此可以根据客户特定的要求来配置机床。


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Starrag集团的Heckert H65 4轴加工中心是在研究了市场对适用于重型加工的紧凑型加工中心(BAZ)的需求而开发的一款高效和高生产率的加工中心。该机床具有安装面积小(24m2)、静态和动态刚度高、材料切除率高、承载(高达1.5吨)能力强、可靠性高,并具有数字透明化和可集成化等众多优点,因此,能满足5轴以外所有目标市场的需求。


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发展4轴通用加工中心,由于减少了一个轴,在价格上要比5轴机床低,误差的总和也要小。具有较好的价格—功能比。另外,新型4轴机床因具有高材料切除率、高可靠性、高利用率、易于维护和高经济性等众多的优势,能满足重切削和精加工的需要,适应范围比较广,能进行7天24小时的按3班制运行,适合于在批量生产中对加工进行的高效加工。可以看出,这类加工中心在很长时间内仍不会过时。


通过工艺集成,实现最佳的完全加工


工件投产批量越来越变少、工件品种愈来愈变多是一种趋势,是一种很有挑战性的现实。为应对这样的挑战,INDEX公司推出的具有高柔性、短改装时间和短节拍时间的MS24-6多轴数控机床,这是一种很有创意的柔性高效的解决方案。MS24-6采用模块化设计,可根据具体加工任务的需要进行配置,机床有六个工作主轴和十二个横向滑块,具有X,Z和Y的NC轴,以及一个或两个用于背面加工的摆动同步副主轴。 因此,机床可以六轴或双三轴使用。也可实现双背加工。 驱动刀具、C轴和Y轴为用户提供了广泛的加工选择,例如偏心孔和螺纹,铣轮廓和滚齿或多边形车削等。



MS24-6多轴数控机床的最大特点是在横向横滑块上装有W形齿条的快速夹紧系统,在更换刀架时这个系统加速了机床的改装和调整,过去需要两小时的调整时间,现在就只要10分钟,大大缩短了调整时间。并且,通过W形齿条还确保了最高的重复精度(µm级)。MS24-6多轴数控机床的一个核心部件是多主轴鼓轮,采用流体冷却。六个主轴作圆周布置,鼓轮采用端面齿定位。主轴驱动功率为8.7kW(100%的接通时间)或15kW(25%的接通时间),高达10,000转/分的速度,开辟了多种不同加工的可能性,也适用于铝零件的加工。可给机床配置长度为3,300 mm或4,300 mm棒材供料库。工件在一次装夹或在进行二次装夹后实现完全加工,由此免去工件工序间的搬运和中间储存,提高了工件的加工精度,缩短了加工工艺流程时间。


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DMG MORI公司开发的CLX 450 TC车削中心也是针对构件的投产批量减少和构件结构的复杂性不断增加的趋势而开发的一款新颖的多功能复合机床。机床最大限度地减少了机床的调整和准备时间以及提升了工艺集成度。机床配置有Compactmaster主轴,以此作为B轴,替代了传统的转塔刀架,配备了刀库、主轴、尾座和一个作为选项的副主轴。作为B轴的车铣主轴是机床的核心部件,机床只需要采用一把刀具用来对工件主轴和副主轴上的工件进行径向和轴向的各种复杂加工,无需采用专门的直角铣削头,并实现工件六面的完全加工。

磨削与切削工艺的组合确保加工精度和生产率


MÄGERLE公司的紧凑型五轴磨削中心MFP30,借鉴了传统加工中心的配置模式,其换刀装置不仅装有不同的砂轮,而且还装有刀具(用于钻铣加工)和测头,使磨削工艺和钻、铣切削工艺结合起来,从而提高了机床的工艺柔性。


主轴转速达12,000 r/min,为要求苛刻的磨削和铣削工艺提供了优秀的加工条件,这不仅允许不同磨削工艺的组合,例如,用刚玉深磨或用CBN磨削,而且可以实现铣削工艺。通过铣削可大幅度提高材料切除率,而通过磨削则可实现精密加工。该磨削中心适合磨削具有复杂几何形状的工件,例如,飞机的涡轮叶片等。


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当前,硬车和磨削这样的硬加工工艺已不再是相互竞争的工艺,而是常常互补。EMAG公司的VL 200 GT 立式车磨中心则是车削和磨削工艺复合的精密机床,该机床专门用于变速传动齿轮的加工,机床装备一个有12个刀位的转塔和一个外圆磨削主轴,采用提取式装载。VLC 200 GT通过车削可对构件进行硬车精加工(加工IT5以内的功能表面),而只在质量和工艺可靠性要求更高的地方(硬粗车削后,加工IT4或精度更高的功能表面)进行磨削。由于粗车后只留下几微米的加工余量,随后的磨削只加工很少的材料,减少了砂轮的磨损,从而也减少了砂轮的修正次数。从而提高了机床的利用率。


EMAG公司的VL 200 GT 立式车磨中心和MÄGERLE公司的MFP30五轴磨削中心都是由磨削工艺与切削工艺进行组合的复合机床,通过这种复合,不仅提高了工艺柔性,还由于工件是在一台机床上和在一次装夹下进行加工,确保了工件的加工精度,并且显著提高了生产率。(未完待续)


□ 作者:李如松,原大连组合机床研究所高级工程师


来源:荣格-《国际金属加工商情》


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