簡單分析汽車復(fù)合材料零部件的柔性加工系統(tǒng)

“自動化銑加工系統(tǒng)實現(xiàn)了對汽車工業(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)動機(jī)熱防護(hù)系統(tǒng)

在瑞士有很多個汽車配套供應(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)從一個傳統(tǒng)的模具制造廠發(fā)展成為了一個加工復(fù)合材料零件和組件的國際知名專業(yè)公司，該公司掌握著從研發(fā)設(shè)計到材料采購、生產(chǎn)制造、部件質(zhì)量和供貨質(zhì)量的整個過程鏈和價值鏈。

復(fù)合材料新的可能性

公司的口號是“New Ways in Compsites”，描述了專注于未來的可能性，這個可能性是從工業(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)省材料成為市場的發(fā)展趨勢，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在設(shè)計和功能集成，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)隊以及供貨范圍時說道：“我們作為合作伙伴非常理解，從產(chǎn)品設(shè)計到工程、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。


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

專業(yè)的系統(tǒng)解決方案得到驗證

眾所周知，汽車領(lǐng)域的模型循環(huán)時間相對較長，一個復(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)時化（JIT）準(zhǔn)則循環(huán)生產(chǎn)和供貨?；谶@個原因，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)。

該項目的采購預(yù)先通過了詳細(xì)的評估過程和測評工作，并被Hermle公司明確認(rèn)可。除了在多軸全面加工的可重復(fù)加工的精度和高動態(tài)，特別是專業(yè)的系統(tǒng)解決方案得到了證實。Hermle的柔性加工系統(tǒng)為模塊化設(shè)計結(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安裝的自動化銑加工系統(tǒng)中有一臺C50U加工中心，一個配有線性附加軸的機(jī)械手系統(tǒng)RS3，一個托盤準(zhǔn)備工位以及4個可容納總共43個工件托盤的貨架（其中33個規(guī)格是800?mm×800?mm×540?mm，其余10個為1000?mm×1000?mm×540?mm ）。

選擇C50U加工中心是因為它的加工范圍為1000?mm×1100?mm×700?mm，由此可以完成工件最大部分的加工，該機(jī)床配備了一個直徑為1150?mm的NC回轉(zhuǎn)圓形工作臺、轉(zhuǎn)速為18?000?r/min的主軸、HSK-A63刀夾裝置、一個有60個刀位的標(biāo)準(zhǔn)刀庫、自動艙門、測量探頭、Heidenhain iTNC 530 HSCI控制系統(tǒng)和刀具斷裂監(jiān)測系統(tǒng)。為了裝卡工件隨行托盤還配置了零點夾緊系統(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的貨架上，亦即轉(zhuǎn)交到貨架上。因為復(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)床實現(xiàn)了一次夾緊對于工件5個側(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)完成相對短的加工時間之后，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，有時也高達(dá)150件。柔性加工系統(tǒng)有時也會遇到要加工30～40個零件，或者加工各種不同的工件實行自動化生產(chǎn)，其大多是對孔和部分的圓周進(jìn)行修邊或者銑加工。”加工中心的設(shè)計方案是刀具采用3個軸，另外2個軸用于工件，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，由于5軸的自由調(diào)整，使90°角始終對準(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個可容納總共43個工件托盤的貨架組成

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