采用自动单元实现高效加工合金管件【新闻】

采用自动单元实现高效加工

采用自动单元实现高效加工 2011年12月04日 来源： 齿轮加工业习惯于高标准，但有些行业却声称可以满足高得多的公差和标准。这种公认的常识，连同齿轮生产中的一些基本做法，已经受到机床制造商的挑战，它就是Holroyd公司-Renold精密技术公司的一个分公司。思想方面的转变以及生产速度及精度的更高的期望从该公司英国北部Rochdale的制造厂的压缩机螺杆生产线上得到了很好的体现。压缩机螺杆生产线如何与齿轮制造关联起来？答案存在于公司的两台机床中，即公司的带有机载精密测量及自动修正装置的2E高速螺杆铣床及其TG150螺纹磨床。尽管它们正用来生产压缩机螺杆，但两台机床都是设计用于生产带有螺旋轮廓复杂零件的，同时还非常适合生产蜗轮轴等齿轮零件。

压缩机螺杆具有螺旋形状，与某些要求最高的齿轮制造应用场合不同

关于该单元Holroyd的所谓的“Gemini”生产单元每年平均生产4万个压缩机螺杆。在去年的生产中，废品非常少，满足了生产目标要求。之所以能够满足要求，根本原因是采用了干铣削加工、在机测量及在机自动调节装置等。以下是对此生产策略的简单介绍。释放了应力的C1141级钢以棒材形式发送，螺杆在两端进行普通车削，毛坯装在2E螺旋深沟槽铣床上。然后从毛坯上铣削5个螺旋沟槽，留出0.010英寸作为最终磨削加工的余量。然后在Danobat数控车床上精加工心轴和螺杆两端。尽管在加工的各个阶段看起来有很大的差异，但仍通过彩色标码的托盘在机床之间搬运螺杆以免发生混淆。然后将半精加工螺杆放到自动上料装置上，准备在Holroyd TG150螺纹磨床上进行最终磨削加工。每个零件离开该机床时都为精加工好的状态，通过了测量、检查和确认等工序，所有这些都无须采用外部测量设备。在此有必要指出，Holroyd在现场设计和制造机床。这些机床不仅销售给其它齿轮制造商，同时还在公司内部使用，用于为那些将生产任务转包给其它工厂的客户生产成品零件。

图1: 用一刀铣削出全深的螺旋沟槽

图2 ：由砂轮的两个表面同时磨削螺旋的内、外侧

图3 ：机上测量和补偿设备是保证精度和生产率的关键

毛坯进行螺旋轮廓的干式铣削依次考察该过程的重要方面要从2E螺纹铣床开始。它在螺杆毛坯中切割1.0英寸深、1.25英寸宽的螺旋沟槽。在工件旋转通过切削刀具的同时通过反向作用力穿过切割头而进给，从而产生螺旋沟槽轮廓。该机床在一刀操作中就可以形成全深的沟槽，并且只用几秒钟的时间(见图1)。切割头在一步中的材料去除率非常高，因为生成的热被切屑带走。然后切屑从机床床身内通过传送带带走。由于传给工件的热很低甚至没有，因此无须采用冷却液。干加工是该单元的一个优势，因为它不需要额外的液体过滤、泵及冷却设备。Paul Hannah是Holroyd的工程产品副总裁，他说 ：“切屑带走了热量，因此我们可以非常迅速地去除大量金属而不会引起很大的温度变化；在切削过程中工件温度保持稳定，一直在大约超出室温6°F的温度上。通过快速将毛坯切削至留出成品千分之10的余量，我们可以确保精磨不需要去除太多金属，我们可以在非常短的周期内获得最终结果。”螺纹磨削过程在完成螺杆端部及轴的加工后，将螺杆移到螺纹磨床上。将螺杆传递给一个为螺纹磨床上料的自动上料器，后面要比较详细地就这方面进行介绍。磨床自动上料，并通过液压方式采用紧公差轴式卡盘夹紧工件，这种卡盘由液压尾架在非传动端进行支撑。该机床采用一个安装在机床上的带精密红宝石探针的测头来针对基准面检查工件的位置。然后，砂轮产生第一个螺纹/槽，精度为最终尺寸的0.001英寸。由砂轮生成阳或阴螺纹凸或凹的曲面轮廓-由砂轮两表面同时在中心折痕处磨削，一侧加工螺旋的内侧，另一侧加工外侧。(见图2)。然后由测头扫描该轮廓以确认公差。如果轮廓正确，且在公差范围内，则将下一个槽磨削到成品精度。然后当第二个槽还在机床上时对它进行检查。如果通过了检查，则磨削其余三个槽，第一个槽进行精加工，去除磨削第一刀留下的0.001英寸余量。如果在磨削完第一个槽后零件不满足公差要求，则TG150会依据砂轮形状或轴位置来计算必要的调整量，然后用安装在砂轮臂内侧的两个金刚石轮重新修整砂轮。在再次修整砂轮后，将另一个槽磨削到0.001英寸的公差，并进行检查。如果现在满足了公差要求，则将下一个槽磨削至成品尺寸，并加以检查。这一步将确定所做的调节是正确的，然后磨削其余螺纹，包括已经进行精加工的最初的两个在内。Hannah先生说 ：“重新修整过程是由机床在磨削第一个螺纹之前自动完成的，在第一刀完成后一般机床很少需要进行进一步修正。如果确实需要，则修正是有效的，第二个螺纹会通过要求，然后磨削循环可以按正常方式继续。该过程可靠性非常高，因此如果机床修正两次以上后零件还没有通过要求，则我们知道要么工件准备有问题，要么所用材料有问题，即砂轮或钢有问题。”在正常生产循环中在机床上进行测量和调节的主要好处是，每件产品都针对相同精度进行完全检查，就像在CMM(坐标测量机)上一样。此外，通过免去脱机测量，大大减少了装夹时间。这种方法提高了整个过程的速度和重复精度。在机测量Hannah先生说，TG150机床是“按照与独立CMM相同的规格及公差设计制造的”。该磨床采用与高档CMM上所用扫描测头一样的测头。磨床还采用带有(与CMM上类似的)高精度编码器和光栅的闭环伺服运动控制系统(见图3)。然后将机床依据CMM相同的标准标定，以保证所需要的精度。Hannah先生说：“我们不再需要将产品取下来检查并验证加工公差。”该机床回避了环境条件方面棘手的问题，这是为保证外部测量技术可靠性的关键。测头安装在内部，它的环境条件与机床相同，因此机床、工件和测量设备之间不存在温度波动问题。如果环境条件发生变化，则机床会自动适应。每次扫描循环开始时通过简单的测头校正过程可以为开始加工提供(得到)确认的基准点。Hannah先生指出，测量循环本身在不产生任何加工作用力的情况下发生，因此在动态上以及运动学角度上都是稳定的-当加工元件为静止时，机床床身的重量、精度及稳定性可以与CMM相比。工件装在与加工时所用夹具相同的夹具中，因此在修正性的再加工过程中位置不会丢失。避免了在将零件卸下并运到别处安装的CMM过程中必然发生的误差。工件无须重新装到机床中，然后重新磨削，再取下进行验证修正过程。这里还存在明显(而重大)的成本优势 ：避免为检查精度而中断生产，生产率大大提高，螺纹磨削机床以其最高效率和生产率水平操作。砂轮的机上修整为了在一台机床上完成加工-测试 -再加工过程，采用两个机上金刚石盘来修整砂轮。图4以黑色表示机床上这些部件在装配中的情景。Hannah先生将该配置称作是去除精密机床装夹中“黑色艺术”的主要因素。他说：“操作员技巧水平在复杂的加工过程中始终是一个变量，精确调节通常需要多年的知识和经验才可以完善。”

图4 ：由金刚石修整轮来维持砂轮的形状，在每两个工件加工之间都要进行这种修整

图5: 为该磨床提供服务的自动上料器节省了地面空间，并保证了机床的连续操作

图6: 借助带有触摸式屏幕面板的机床控制单元，可以浏览车间数据，并对它们进行编程。单元的控制软件基于Windows系统

Holroyd声称已经将这种知识和经验的精华融合到了这种机床的操作智能中。利用来自机上测量系统的数据，它可以精确预测为实现所需要的结果而需要在砂轮轮廓上实施的微小变化，并在砂轮上实施这种变化。砂轮中常规的磨损也用这种方式解决，因为在磨削每个新工件之前都要实施修整过程。 砂轮的更换在很大程度上是可以预测的。机床具备的在机自适应功能也意味着新零件的装夹时间缩短，因为大多数装夹都是自动完成的。自动上料器相对于该单元所生产的工件数量而言，它的体积是非常紧凑的。这方面的一个主要原因应归功于给TG150磨床上料的自动上料器(见图5)。为了使机床的操作时间最大化，将准备进行最后加工的半成品零件放在传送带上。然后，机床用一个伺服驱动的吊车和龙门系统拾取每个零件，并且一旦机床准备好就上料。这是该单元首次推出后唯一更新的方面。通过这种更新，每班可以多加工三个零件。效果联锁螺杆诸如Gemini单元所生产的螺杆用在空气/气体压缩机、制冷系统、真空泵以及一般的精密流体泵中。这些设备所要求的精度在整个曲面上在0.00025英寸内，这代表着最精密的工业公差之一。某些齿轮生产无疑不需要这样的精度，但它却定义了齿轮生产如今可以实现的精度极限。在生产齿轮零件时，齿形可以变化，但精度却保持不变。Holroyd宣称，总体而言，与比较传统的加工、测量及调节方法相比，通过采用Gemini单元生产一批成品零件的时间降低了一半。该公司还宣称该单元实现了较高的重复精度，这个数量级比需要类似投资的其它系统都高。这样就使需要采用螺杆压缩机的应用场合更加经济可行，特别是在要发送易腐品的场合，诸如给远程市场提供新鲜产品的场合。

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