軸類零件的快速精密加工解決方案

生產(chǎn)將朝什么方向發(fā)展?現(xiàn)在，在高精度加工和測量流程中也使用了機(jī)器人。加工仍舊是機(jī)床的主要工作，與此同時(shí)，它們給凸輪軸之類零件的加工帶來了速度。聯(lián)合磨削集團(tuán)(UNITED GRINDING Group)旗下各大品牌聯(lián)手，告訴你最前沿的解決方案。

新款CamGrind L在萊比錫SCHAUDT公司的首次生產(chǎn)磨削中對磨削技術(shù)和自動化進(jìn)行了完美詮釋。在此對一種緊急狀況進(jìn)行了試驗(yàn)—快速磨削處于安裝狀態(tài)的轎車發(fā)動機(jī)凸輪軸。“采用此機(jī)型的生產(chǎn)效率相比其老款機(jī)床提高了一倍”，Schaudt Mikrosa GmbH工藝技術(shù)員Paul Roser對此感到非常高興。在該薩克森機(jī)床制造商的演示機(jī)型上，一個(gè)全新的特點(diǎn)是在機(jī)床中整合了一個(gè)側(cè)面可移動的上料機(jī)，它以最高精度將毛坯件放入固定裝置中，并在完成磨削后將它重新推出至“抽屜”中。鋼鐵機(jī)械臂不僅是可靠性和精度方面的榜樣，而且絕對沒有一毫米的多余動作。一次抓取就能完成成品件的拿起和需加工新軸件的放入操作，即使在SCHAUDT公司產(chǎn)的上料器裝備了兩個(gè)“機(jī)械爪”時(shí)也一樣如此。一根裝備了鍛造凸輪的中空管是用于加工凸輪軸的理想方案。

鑒于汽車行業(yè)要求重量越來越輕，此零件也必須更輕，以實(shí)現(xiàn)燃油和有害物質(zhì)排放方面的節(jié)約目標(biāo)。所以使用了中空管。對于凸輪軸將在一次裝夾情況下進(jìn)行磨削。期間將最大程度地采用兩片砂輪同步加工軸頸部位和凸輪輪廓。這使整個(gè)凸輪軸的加工時(shí)間僅需90秒。

這絕不是僅僅仰仗靈活的上料機(jī)實(shí)現(xiàn)的，更主要的原因是磨削流程有了很大的進(jìn)步。慢動作鏡頭對此作出了很好的解釋，它不僅顯示上料機(jī)和磨床達(dá)成了高精度協(xié)作，而且還展示了磨削時(shí)所消耗的巨大作用力：在數(shù)秒內(nèi)快速從凸輪上磨削掉最多1.5mm的材料時(shí)，盡管持續(xù)噴油，仍舊火花四濺。

零件的質(zhì)量檢驗(yàn)也被直接整合到了工藝流程中：測量控制系統(tǒng)在磨削期間對工件進(jìn)行校正，另外，在經(jīng)過干燥后還要對所有相關(guān)位置進(jìn)行百分之百測量檢查—此步驟也由機(jī)器人完成，這也使它能最大程度地發(fā)揮其能力。

SCHAUDT公司的新款CamGrind機(jī)床展示了機(jī)床制造和自動化現(xiàn)在是有如何緊密協(xié)作的—毫無疑問，這種趨勢將繼續(xù)下去。在制造方面，成本壓力在提升，即使對于中型批量生產(chǎn)也是如此，這導(dǎo)致成本很高的手動上下料被越來越多地取代。所以，多機(jī)床操作、無人加工和多機(jī)床自動化聯(lián)機(jī)是發(fā)展趨勢。正是由于這個(gè)原因，STUDER最近向一家牙科技術(shù)方面的客戶交付了一臺專用生產(chǎn)型內(nèi)外圓磨床S11。

“我們使S11與一個(gè)自動化毛坯件供給裝置相連接，毛坯件被送入夾頭，以磨削醫(yī)用鉆頭，迄今為止都是手工將毛坯件插在芯軸上的”，STUDER公司工程自動化部門的Jürg Bill解釋道。這些零件會磨損，必須定期進(jìn)行更換。

STUDER在EMO 2013上推出了S11并引起了轟動，它是該公司所供應(yīng)產(chǎn)品中最緊湊的機(jī)床，是為長度在200毫米以內(nèi)的工件量身定制的。在三班倒情況下，借助全自動上下料裝置，這個(gè)“大力侏儒”一天最多完成1300個(gè)零件的加工。

STUDER幾乎能為所有機(jī)床提供高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化上料機(jī)方案，而且還能根據(jù)客戶特殊要求對該機(jī)進(jìn)行調(diào)整。非常受歡迎的是STUDER S22那采用滑梭的上料系統(tǒng)ecoLoad，它尤其適用于高速磨削。對于配備了轉(zhuǎn)盤儲料器、包括回轉(zhuǎn)式機(jī)械手以及裝料V形滑梭連同V形機(jī)械手的ecoLoad，有兩種不同的周邊工件夾具可供使用。

上料機(jī)也能直接在濕加工機(jī)房進(jìn)行工作，搬運(yùn)裝置滿足S22的應(yīng)用范圍要求，適用于所有冷卻潤滑液。STUDER公司憑借此類解決方案對一種越來越常見的磨床分工趨勢予以支持：白天在手工輔助下加工特殊零件，晚上，機(jī)床在無人值守的情況下磨削簡單零件。

自動上料節(jié)約工時(shí)

上料系統(tǒng)也是WALTER和EWAG機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)裝備。比如，HELITRonIC POWER是WALTER公司在全球最暢銷的刀具磨床，該機(jī)具有眾多自動化選項(xiàng)：Eco上料機(jī)最多提供20個(gè)刀位(增強(qiáng)版Eco上料機(jī)：165)，其中，在磨頭上集成了機(jī)械手。這些上料機(jī)使用直線軸進(jìn)行上下料，縮短了輔助時(shí)間。盤式上料機(jī)擁有40、56、90或120個(gè)刀位，這些刀位被布置在一個(gè)圓盤上。此解決方案也尤其適用于單件或中等批量。采用“混裝”法裝載各種不同的刀具將使磨削流程的效率得到大幅度提高。

WALTER還為測量機(jī)HELICHECKPRO和HELICHECK PLUS開發(fā)了一種機(jī)器人上料器，從而能非常靈活地在刀具最終檢測中進(jìn)行無人測量。通過自動裝備測量機(jī)，最多可全自動測量7500把刀具并加以記錄。每把經(jīng)測量刀具都將被自動歸類至合格品或不良品。通過分離機(jī)器人上料機(jī)和測量機(jī)使振動傳輸無法發(fā)生，從而達(dá)到最高精度。采用雙氣爪時(shí)，每個(gè)工件的最大刀具重量為2kg，最大長度為280mm。

創(chuàng)新和個(gè)性化解決方案

由于渦輪葉片的幾何形狀非常復(fù)雜，不但渦輪葉片的磨削是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。它對于經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)以及自動化也是一個(gè)特別的挑戰(zhàn)。數(shù)年來，MÄGERLE公司接受了這一挑戰(zhàn)。該公司采用創(chuàng)新的自動化解決方案替代了那些尚基于手工作業(yè)的傳統(tǒng)流程，這些自動化方案是根據(jù)客戶(全球渦輪機(jī)制造商)希望和要求量身定制的。出發(fā)點(diǎn)是MFP50磨削中心的各種布局，該磨削中心可用于移動葉片的中央機(jī)器人、測量機(jī)和磨床、上下料工作站、毛坯件和成品件儲料工位以及清洗裝置使用。

MÄGERLE公司采用磨削前檢查測量夾具和零件是否已正確裝夾、并在磨削并完成清洗后再次進(jìn)行測量的方式。推動這一高水準(zhǔn)自動化發(fā)展的不僅是渦輪機(jī)葉片機(jī)床的上下料，也包括對流程本身進(jìn)行了持續(xù)改善。測得的數(shù)據(jù)被持續(xù)傳輸至磨床，必要時(shí)將對磨削步驟進(jìn)行調(diào)整。

正是因?yàn)橛羞@樣一個(gè)具有學(xué)習(xí)能力的流程可供使用，飛機(jī)和發(fā)電機(jī)透平的導(dǎo)向葉片制造越來越接近最佳狀態(tài)。這樣一來導(dǎo)向葉片是否具有最佳幾何布局成為了渦輪機(jī)性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。所以，在對流程進(jìn)行安排時(shí)，磨床對所有其他系統(tǒng)組成部分的周期進(jìn)行了預(yù)先確定，如：零件存儲器、測量或清洗。因?yàn)槟ハ餮b置是流程中最昂貴的部分，所以其他子流程都與其同步運(yùn)行。另外，磨床通過控制系統(tǒng)對所使用砂輪的更換進(jìn)行控制，砂輪更換則由機(jī)器人完成。

中國也同樣需要自動化

MÄGERLE與客戶一起對各種布局進(jìn)行了研究和落實(shí)，截止2015年底將交付20多個(gè)用于渦輪葉片的自動磨削機(jī)房。MÄGERLE所特有的技術(shù)在于磨床和測量機(jī)之間實(shí)現(xiàn)了精確的配合。其中，為某家一流渦輪機(jī)制造商制定的解決方案給人留下了尤其深刻的印象：每兩臺磨床和測量機(jī)配備了一個(gè)中央機(jī)器人和一個(gè)上下料工作站。這是MÄGERLE公司迄今為止所進(jìn)行的最復(fù)雜的自動化項(xiàng)目。

BLOHM公司的磨床PROKOS XT也用于自動化加工復(fù)雜工件。憑借快沖程磨削工藝及其24工位快速換刀裝置，機(jī)床工作尤其高效。此多軸磨削中心不僅能進(jìn)行磨削，而且還能進(jìn)行鉆削和銑削作業(yè)，只需一次裝夾就能完成整個(gè)工件的加工作業(yè)。采用GreenCap裝夾方案使加工成本得到降低，比如：用于磨削非常昂貴的渦輪葉片。其中借助一臺常規(guī)注塑機(jī)在一個(gè)塑料護(hù)套中澆鑄形狀復(fù)雜的葉片。原則上，裝夾系統(tǒng)在很大程度方便了工件的搬運(yùn)以及至各道磨削作業(yè)的進(jìn)行。

這使得在一次裝夾情況下在PROKOS XT上磨削渦輪葉片成為可能。另外，BLOHM去年還開發(fā)了新的軟件包SmartCAM，它是為組合加工中心(如：PROKOS XT)量身定制的，它在很大程度上降低了裝備和調(diào)試時(shí)間。借助這些模塊能將自動化進(jìn)一步擴(kuò)展至整個(gè)機(jī)組，機(jī)組具有相應(yīng)的周邊設(shè)備和一臺機(jī)房計(jì)算機(jī)。過去幾年中共交付了8臺用于自動加工傳動部件的設(shè)備，目前它們都已被全部用于多班制運(yùn)行。

聯(lián)合磨削集團(tuán)(UNITED GRINDING Group)與自動化和機(jī)器人行業(yè)的制造商合作開發(fā)出自己所特有的解決方案。很多集成了磨床的項(xiàng)目只能在制造商和客戶緊密合作之下通過高度自動化流程得以實(shí)現(xiàn)。集團(tuán)公司將一同推動其進(jìn)一步發(fā)展。