簡(jiǎn)單分析汽車復(fù)合材料零部件的柔性加工系統(tǒng)

“自動(dòng)化銑加工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車工業(yè)的復(fù)合纖維材料零件的精密加工。”Connova公司總裁Jon Andri Joerg表示


Connova已經(jīng)為最新的保時(shí)捷918 Spyder研發(fā)了一套完全由碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料組成的發(fā)動(dòng)機(jī)熱防護(hù)系統(tǒng)

在瑞士有很多個(gè)汽車配套供應(yīng)商，他們作為合作伙伴展示其創(chuàng)造性革新工藝，也就是將所謂的工作內(nèi)容延伸。位于瑞士Villmergen的Connova公司就是一個(gè)很好的例子，該公司成立于1983年，建廠初期只從事鑄造產(chǎn)品的模型和成型制造。目前，該公司已經(jīng)從一個(gè)傳統(tǒng)的模具制造廠發(fā)展成為了一個(gè)加工復(fù)合材料零件和組件的國(guó)際知名專業(yè)公司，該公司掌握著從研發(fā)設(shè)計(jì)到材料采購、生產(chǎn)制造、部件質(zhì)量和供貨質(zhì)量的整個(gè)過程鏈和價(jià)值鏈。

復(fù)合材料新的可能性

公司的口號(hào)是“New Ways in Compsites”，描述了專注于未來的可能性，這個(gè)可能性是從工業(yè)和最終用戶通過應(yīng)用專業(yè)研發(fā)的復(fù)合纖維材料所得出的。目前，輕量制造和節(jié)省材料成為市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，由此促使航空和運(yùn)輸物流以及汽車制造領(lǐng)域更加高能效，或者通過機(jī)床的高動(dòng)態(tài)性以提高加工精度和加工效率，特別是通過材料的替代將會(huì)在設(shè)計(jì)和功能集成，以及功能性方面呈現(xiàn)出全新的解決方案。

Connova公司總裁Jon Andri Joerg，在談到關(guān)于由59名員工組成的專業(yè)服務(wù)團(tuán)隊(duì)以及供貨范圍時(shí)說道：“我們作為合作伙伴非常理解，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到工程、材料的選擇、模型、成型和模具的CNC加工以及層狀零件的CNC加工直至工具的維護(hù)與保養(yǎng)，我們始終陪伴在復(fù)合材料領(lǐng)域客戶的身邊。”由于復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用正在增加，目前，機(jī)械加工已經(jīng)進(jìn)入到加工復(fù)合材料零件的時(shí)代，并具有重大的意義，采用3～5軸機(jī)床加工復(fù)合材料零件充分彰顯了專家的專業(yè)知識(shí)。


圖1 5軸加工中心配備了一個(gè)NC回轉(zhuǎn)圓形工作臺(tái)和一個(gè)工件托盤，可對(duì)復(fù)合材料零件一次夾緊完成全部加工

專業(yè)的系統(tǒng)解決方案得到驗(yàn)證

眾所周知，汽車領(lǐng)域的模型循環(huán)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，一個(gè)復(fù)合零件的加工執(zhí)行合同往往需要延續(xù)很多年，合同加工量涉及到幾千件，并要按照準(zhǔn)時(shí)化（JIT）準(zhǔn)則循環(huán)生產(chǎn)和供貨?；谶@個(gè)原因，Connova公司不久前在Berthold Hermle公司內(nèi)投資建立了一條柔性生產(chǎn)系統(tǒng)。

該項(xiàng)目的采購預(yù)先通過了詳細(xì)的評(píng)估過程和測(cè)評(píng)工作，并被Hermle公司明確認(rèn)可。除了在多軸全面加工的可重復(fù)加工的精度和高動(dòng)態(tài)，特別是專業(yè)的系統(tǒng)解決方案得到了證實(shí)。Hermle的柔性加工系統(tǒng)為模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，由5軸加工中心、機(jī)械手、托盤工位和用于隨行刀具及附加刀具的貨架所組成。在Connova安裝的自動(dòng)化銑加工系統(tǒng)中有一臺(tái)C50U加工中心，一個(gè)配有線性附加軸的機(jī)械手系統(tǒng)RS3，一個(gè)托盤準(zhǔn)備工位以及4個(gè)可容納總共43個(gè)工件托盤的貨架（其中33個(gè)規(guī)格是800?mm×800?mm×540?mm，其余10個(gè)為1000?mm×1000?mm×540?mm ）。

選擇C50U加工中心是因?yàn)樗募庸し秶鸀?000?mm×1100?mm×700?mm，由此可以完成工件最大部分的加工，該機(jī)床配備了一個(gè)直徑為1150?mm的NC回轉(zhuǎn)圓形工作臺(tái)、轉(zhuǎn)速為18?000?r/min的主軸、HSK-A63刀夾裝置、一個(gè)有60個(gè)刀位的標(biāo)準(zhǔn)刀庫、自動(dòng)艙門、測(cè)量探頭、Heidenhain iTNC 530 HSCI控制系統(tǒng)和刀具斷裂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為了裝卡工件隨行托盤還配置了零點(diǎn)夾緊系統(tǒng)。機(jī)械手的任務(wù)是從貨架上取出托盤并放置在準(zhǔn)備工位上，在那里被傳送到機(jī)床上或者再從那里取回托盤和放置到中間倉儲(chǔ)的貨架上，亦即轉(zhuǎn)交到貨架上。因?yàn)閺?fù)合材料零件加工主要是銑加工任務(wù)，具有很少的鉆孔加工量，5軸機(jī)床實(shí)現(xiàn)了一次夾緊對(duì)于工件5個(gè)側(cè)面加工的全套加工。


圖2 柔性加工系統(tǒng)配備了C50 U-加工中心（右）和RS3機(jī)器手和工件倉庫系統(tǒng)，左邊可以看到托盤準(zhǔn)備工位

周末無人操作

在柔性加工系統(tǒng)完成相對(duì)短的加工時(shí)間之后，操作人員可選擇單班工作制，或者兩班和周末無人操作。Connova公司CNC加工經(jīng)理Philipp Folghera說道：“我們典型的加工量在1～20件之間，有時(shí)也高達(dá)150件。柔性加工系統(tǒng)有時(shí)也會(huì)遇到要加工30～40個(gè)零件，或者加工各種不同的工件實(shí)行自動(dòng)化生產(chǎn)，其大多是對(duì)孔和部分的圓周進(jìn)行修邊或者銑加工。”加工中心的設(shè)計(jì)方案是刀具采用3個(gè)軸，另外2個(gè)軸用于工件，這是復(fù)合部件加工最理想方法。由于輪廓或者限于形狀使銑刀的伸出部分很長(zhǎng)，由于5軸的自由調(diào)整，使90°角始終對(duì)準(zhǔn)復(fù)合層的表面成為可能。


圖3 機(jī)器人、工件倉庫系統(tǒng)和RS3線性附加軸一瞥，其由4個(gè)可容納總共43個(gè)工件托盤的貨架組成

由于是針對(duì)材料的性能而設(shè)計(jì)的刀具，因而避免了工件的斷層和散線的發(fā)生，可以保證每個(gè)工件的質(zhì)量。在實(shí)踐操作中，白班加工要求嚴(yán)苛且加工運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間短的工件；夜班或者周末班則加工非復(fù)雜的且需要運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)的工件，在這期間當(dāng)然是無需潤(rùn)滑或者微潤(rùn)滑，內(nèi)冷卻的供給也利用其他普通高壓設(shè)備即可提供。