瑞士型數(shù)控機床的微加工

由于零件的復(fù)雜性以及機床廠能力的限制，保存過去因無法報價而擱置的投標(biāo)文件的最好辦法就是在投資了正確設(shè)備后，重新訪問該記錄。這就是Sussex Wire 公司從購買一臺瑞士型數(shù)控機床用來微加工生產(chǎn)零件以及制造小批量樣機運行以來一直在做的事情。

Sussex Wire公司多年來使用標(biāo)準(zhǔn)車床，目前正在利用這種更先進的技術(shù)以及具有滑動頭的設(shè)計來提供優(yōu)勢，包括執(zhí)行車削和銑削的能力、使用主軸和副主軸來完成加工零件、減少循環(huán)次數(shù)、從能購買較小直徑的棒料中節(jié)省、以及執(zhí)行無人加工的能力。

由于經(jīng)常采用新技術(shù)或新加工工藝，Sussex Wire公司常常面臨學(xué)習(xí)帶來的挑戰(zhàn)，包括特定針對瑞士機床而使用的編程代碼，使用的庫存材料和工件甚至比過去更小，并且找到有經(jīng)驗的操作員以執(zhí)行不同于任何其他的工藝。雖然新機床安置在機床廠不到一年，但是已經(jīng)克服了這些挑戰(zhàn)，并且繼續(xù)展示其潛力，每個新零件都由該機床完成。

學(xué)習(xí)瑞士

Sussex Wire公司在1973年成立于Pennsylvania，專門為包括醫(yī)療、半導(dǎo)體、汽車、能源、航空航天、軍事以及其他市場設(shè)計和制造高度工程化的零件和部件。該公司主要以其冷成型專業(yè)知識在業(yè)內(nèi)聞名，其中涉及到在室溫下將金屬線和特種合金轉(zhuǎn)換為精密微型部件。這種方法比加工機床廠生產(chǎn)的零件更快、更經(jīng)濟，但不是每種情況都這樣。然而，雖然這些舊機床制作的零件仍然在公差范圍內(nèi)，但他們有點慢并且受限于其能力，所以Sussex Wire公司決定投資最新的瑞士型數(shù)控機床技術(shù)。

Sussex Wire公司對機床平臺關(guān)注有很多原因。瑞士型車削中心不同于傳統(tǒng)的車床，其零件為固定的并且刀具是移動的，其允許零件在Z軸上移動，同時刀具保持靜止?fàn)顟B(tài)。將棒料固定在機床中，通過滑動頭架穿過導(dǎo)向襯套向前。被加工的部分從導(dǎo)向襯套中延伸出來，允許材料固定在非?？拷毒叩牡胤?，因此使得偏轉(zhuǎn)最小化并且增加加工精度。這要求磨料具有更均勻的直徑，并且不會卡在導(dǎo)向襯套中。有些型號的機床可以拆卸導(dǎo)向襯套，因此可以加工更短更“胖”的工件而無需支撐。

圖1 Cincom L12型VII瑞士型車削中心可以以“可轉(zhuǎn)換”的模式來運行，這意味著可以移除導(dǎo)向襯套，以便可以加工更寬直徑的棒料，只要長度直徑比小于3:1即可

當(dāng)Sussex Wire公司決定采用瑞士型數(shù)控機床時，高級工具設(shè)計師Darryl Sienicki被分配負責(zé)研究美國當(dāng)前可用的機床及其能力，并且確定最適合公司的制造商和型號。在進行比較之后，Sienicki及其同事選擇了Marubeni Citizen-Cincom L12型VII瑞士車削加工中心。車床可以加工最大棒料直徑為12?mm，最大加工長度為135?mm(接地棒)或30?mm(非接地棒)，并且主軸通孔直徑為20?mm。對于接地棒，主軸最大轉(zhuǎn)速為15?000?r/min，對于非接地棒，主軸最大轉(zhuǎn)速為12?000?r/min，而副軸最大轉(zhuǎn)速為10?000?r/min。一次可安裝最多28個刀具。其中，L12在主軸側(cè)有四個活動刀具，可以執(zhí)行交叉銑、交叉鉆孔和開槽。還有一個可選的三位活動主軸，可以完成面鉆、端面銑削、以及角孔鉆削。機床副主軸側(cè)還有四個活動刀具位置用于面銑和端面銑削?？梢詫⒖蛇x開槽鋸裝置放入四個活動刀具位置的其中一個。該機床還可以通過使用位于副主軸殼體上的固定鉆具在主軸上進行深孔鉆削。

Sussex Wire公司決定投資具有10條線的一個高壓冷卻系統(tǒng)，主要用于清除工件上的碎屑，還有助于在運行期間穩(wěn)定加工零件和切削刀具的溫度。他還選擇了Cool Blaster噴霧控制系統(tǒng)，用于從工作區(qū)過濾可能對人體健康造成危害的切割流體霧，以及用于未來熄燈加工的滅火系統(tǒng)。一旦將棒料裝入完全封閉的導(dǎo)管后部，瑞士型液壓進料系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)速為12?000?r/min，而采用“組合桶”設(shè)計的LNS Tryton棒進料器可穿過的總體范圍為0.039?in到0.500?in(1?in=0.0254?m)的棒料而無需更換桶。棒材進料器適用于小直徑原料，因為每根棒材位于其自身的管內(nèi)或者料筒內(nèi)，這樣當(dāng)他們進入進料機時，無需在料盒式進料器中進行分離。

圖2 Sussex Wire公司主要從事冷成型，或者在室溫下將金屬線和特種合金轉(zhuǎn)換為精密微型部件。雖然這比較快速并且有效，但是車削仍是公司許多零件的首選工藝。這個是電子應(yīng)用程序，并且在公司Cincom瑞士車床上加工的

一旦完成瑞士型機床的安裝，在來自Cincom分銷商“精密機床解決方案(PMTS)”公司的要求下，滅火系統(tǒng)制造商LNS和Firetrace通過技術(shù)人員提供操作提示和故障排除建議，開始進行現(xiàn)場培訓(xùn)。

挑戰(zhàn)和優(yōu)勢

瑞士型機床為人所知的是其滑動主軸頭，以及通過將工件輸送到切削刀具上和加工極其復(fù)雜的幾何形狀工件的能力。由于這是Sienicki首次體驗瑞士型機床，他希望在雇用有經(jīng)驗的操作員之前，自己先學(xué)習(xí)如何運行這臺機床。他采取了培訓(xùn)期間所學(xué)到的知識，并開始加工簡單零件，慢慢的他對機床操作變得得心應(yīng)手，同時也增加了零件的復(fù)雜性。這一進展相當(dāng)迅速，部分歸因于由三菱Meldas 70LPC CNC所支持的Cincom前端軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)被設(shè)計的很好，并且具有多線、多軸編程以及疊加和同步控制的功能。他在運行機床方面取得了成功，公司開始尋求瑞士車床操作員，最終聘用了兩個在編程和操作這類型的機床方面具有豐富經(jīng)驗的人員。這解決了每當(dāng)有待回答的問題或者需要克服挑戰(zhàn)時聯(lián)系外部技術(shù)人員的需要。

然而還存在著其他障礙，因為即使是有經(jīng)驗的數(shù)控機床操作員，他們還是需要學(xué)習(xí)瑞士機床特定的G編碼命令，以便其按照命令保持運動。這些命令包括使主軸和副主軸保持同步的等待編碼，他們被單獨編程，并且告訴每個裝置何時暫停以及停止旋轉(zhuǎn)，以避免碰撞。Sienicki還發(fā)現(xiàn)機床兩根主軸在某些工藝中相互結(jié)合使用可以提高生產(chǎn)率。例如，Sussex Wire公司電子行業(yè)中的當(dāng)前工作之一就是加工間距為0.25?mm的1?mm的螺紋，因此他通過主軸對零件進行螺紋加工期間使用副主軸作為支撐尾座。在沒有這個功能的情況下，Sienicki認為可能已經(jīng)將該部分添加到了“無報價”的文件夾中了。

關(guān)于更換成瑞士型機床的另一點就是挑戰(zhàn)和獲利之間的界限，因為雖然他是微加工，但是微型零件可能比大型零件更難以處理。一些細節(jié)可能難以在較小工件上加工，而同時為較小工件購買棒料則要比標(biāo)準(zhǔn)尺寸的零件更便宜一些，并且大多數(shù)棒材通常留有殘余物，并且可以用于不同的其他機床上。Sussex Wire公司所實現(xiàn)的其他好處包括，在機床上生產(chǎn)網(wǎng)狀零件的能力，在一次操作中，采用活動工裝和后援工作。具有新功能，現(xiàn)有客戶已經(jīng)開始要求他們?yōu)橐酝鶝]有送到Sussex Wire公司的零件進行投標(biāo)。在瑞士型機床上進行快速設(shè)置可實現(xiàn)較小批量生產(chǎn)，客戶可能希望在開始加工較大訂單之前購買較少批量進行測試。還可以通過軟件來提高生產(chǎn)率，以加快工藝設(shè)置。程序員可以觀察在模擬中運行的零件，并且如果他們所看到的東西有問題便可以馬上更改。技術(shù)人員只需要按下循環(huán)啟動就可以了。由于棒料被送入機床的方式不同，瑞士型機床擴大了長度直徑比，使其具有足夠的穩(wěn)定性，并且由導(dǎo)向襯套提供支撐。

圖3 Sussex Wire為包括醫(yī)療、半導(dǎo)體、汽車、能源、航空航天、軍事以及其他市場生產(chǎn)高度工程化的零件。這里展示了其產(chǎn)品的一小部分

最重要的是，一旦一系列傳統(tǒng)零件在瑞士型機床上生產(chǎn)，那么公司舊車床所需要的加工時間將會減少。在一系列研究中，Sienicki發(fā)現(xiàn)一個零件的傳統(tǒng)加工需要四個過程并花費150?s，而瑞士型機床在45?s內(nèi)就能完成同樣的工作;另一個零件的傳統(tǒng)加工需要5個過程并花費200?s，而瑞士加工則在85?s內(nèi)可以完成同樣的工作。傳統(tǒng)車削加工還需要在每次運行之前進行手動裝載和卸載和檢查操作，而Cincom是自動裝載的，并且提供同樣的精度，要求在加工之后僅進行一次檢查，裝運之前進行最后一次檢查。

用信心報價

盡管公司在過去幾個月內(nèi)已經(jīng)了解了很多關(guān)于Cincom瑞士型車床的信息，但是仍然計劃繼續(xù)探索其功能，甚至對其進行升級。一方面，機床能夠以“可轉(zhuǎn)換”的方式運行，這意味著可以移除導(dǎo)向襯套，便可以允許更寬直徑的棒料，并且執(zhí)行諸如常規(guī)車床的操作。這適合于較厚的棒料，其長度直徑比小于3:1，因為在沒有導(dǎo)向襯套的情況下具有足夠的材料來提供支撐。Sienicki說：“如果向公司提供較大的零件，那么將會調(diào)用這種功能。”

雖然機床無法在物理上改變其工具，但是他可以檢測到切削刀具的問題，并且停止運行，這樣使用相同切削路徑的任何其他工具也不會受到損壞。當(dāng)機床出現(xiàn)磨損時，還具有利用相同工具移動到另一工具位置上的能力，但是僅在程序內(nèi)的預(yù)定間隔處，基本上使得運行時間達到最大化。

至少從Sienicki的角度來看，公司使用瑞士型車削中心可能取得的最大好處就是，在報價上會有信心，直到客戶會滿意，公差將會得到滿足，并且Sussex Wire公司可以繼續(xù)擴大新市場和現(xiàn)有市場。

圖4 Darryl Sienicki是瑞士蘇黎世電氣公司購買新瑞士型車床的項目高級工裝設(shè)計師和負責(zé)人，此處展示在10線高雅冷卻液系統(tǒng)中調(diào)整噴嘴

速度需求

Sussex Wire公司從位于Pennsylvania的PMTS公司購買了其Citizen L12型VII瑞士型車削中心，公司總裁Heck表示，這種特殊型號適合于客戶需求有很多原因，特別是其具有更高的主軸轉(zhuǎn)速，在L12 VII上，主軸轉(zhuǎn)速為15?000?r/min，并且副主軸轉(zhuǎn)速為10?000?r/min。當(dāng)加工小零件時，這些高速至關(guān)重要。這一切都涉及到加工周期和時間，并且歸結(jié)于每個零件的成本。零件越來越小、越來越復(fù)雜，并且為了具有競爭力，你需要最新的機床加工技術(shù)。Heck說：“L12 VII的主軸、快速運行和計算速度目前處于行業(yè)領(lǐng)先地位。”附加活動工裝RPM功能：可以將可選高速活動的磨削主軸安裝在Cincom機床上。這些主軸可以以高達80?000?r/min的速度運行，并且可以根據(jù)新的工作要求進行現(xiàn)場改裝。雖然Sussex Wire公司目前沒有利用此功能，但是他們可以隨時擴展并使用。