|
可以从两方面来考虑多工艺机床的价值。一方面，它们能通过减少工件的成本而省钱，这些工件目前都是在两台或更多台机床上经过多次加工操作而生产的。另一方面，这些多工艺机床还能赚钱，它们能使加工车间赢得竞标，通常这些任务用常规设备进行加工是没有具竞争力的。Ron Young是位于美国纽约州Lindenhurst市的Alro Machine公司的总裁及创立者之一，他赞赏上述想法的第二条。正是这个原因促使他的公司投资一百多万美元购买了一台机床，该机床在单一平台上结合了加工中心和车削中心的功能。这对于一个17人的公司来说算是一次巨大的飞跃。这台由WFL Millturn Technologies公司(林茨，奥地利)提供的M40-G机床于2005年夏安装。Alro Machine公司实施这项技术具有很好的启发作用，它已经带来了许多的变化。但是，有些事情还未改变。公司如何制造某些零件的方式无疑已经改变，公司如 何思考未来以更大的利润制造零件也已改变。但是，仍未改变的是使该公司成功的要诀——做一个灵活、资源丰富、专注及具有前瞻性的加工公司。
由于能够在一次准备工作中加工出大型的长工件，多工艺机床为锐意进取的加工车间创造了机会。这台M40-G安装在Alro Machine公司。 |
新方向该 公司创办于45年前，起初是一家汽修厂。Young先生和他的德国妹夫在同一家刀具和制模车间工作。他的妹夫Alois Schwarz(Alro 中的“Al”来自于此，“Ro”取自于Ron)建议他们俩可以在自己的车间利用他们的机床和机械工技能赚更多的钱。用Young先生自己的话说，他为最初开办的车间“到处招揽业务”。到1962年时，这两位合作伙伴确定了要在Long Island(即公司目前所处的地方)开展合同加工业务。从一开始，两位创始人就一直关注机械加工技术的发展，注意不要太超前或者太落后。当时机对于他们正好成熟时——也就是当他们要从事的工作需要CNC功能时，他们投入大笔资金购买了CNC数控设备。那时还是70年代早期，在同行业的大多数公司转向CNC之前。Schwarz先生几年前退休了，但是Young先生和他的儿子仍坚持这一策略，即在正确的时机采用正确的技术。“我们擅长制造小型和中型航空零件，材料包括高温钢合金、航空用铝和钛。例如，我们制造了大量飞机起落架。” Young先生说。几 年前参加在芝加哥举行的机床刀具展时，Young先生参观了WFL Millturn Technologies公司(林茨，奥地利)及其多工艺机床生产线。WFL是研发结合机械加工与车削功能机床的首批公司之一，于1982年推出首台多工 艺机床。那时公司的名称为Voest-Alpine，这种机床被称为“Millturns”，这个品牌名目前仍被WFL继续使用。Young先生及其团队开始研究一台多工艺机床如何能处理一些长时间运转的加工件，它们当时是在几台不同的机床上经过多次加工操作而生产的。公 司所加工的零件之一是按多年合同生产的直升飞机轴螺母。该零件的生产成本在上涨，而加工它的设备在老化。通过在一台多工艺机床上经过一次准备工作就能完成该零件的加工，公司发现大大节省了成本，并缩短了周转时间。更重要的是，Young先生意识到，通过采用这种技术和加工能力，他的公司会在其他国防相关的加工任务竞标中具有更强大的竞争力。多工艺机械加工将是一个新方向，但是他能看到新方向如何为公司定位，以利于今后的发展。
Ron(前)和Steve Young检查机床下转塔上的加工情况。在双面转塔的每一面各有安装12把刀具的刀站，可以绕任一根车削轴加工工件。 |
Young先生还考察了其他一些多工艺机床，但还是回到了他在展会上遇到的这家公司。“我们选择WFL机床的原因包括：我们需要进行重切削加工，我们喜欢 这台机床的一些特性，另外我们能从位于密歇根新贝的美国销售部得到一些工艺上的支持。”Young先生指出所有这些因素同等重要，“我们不会只通过机床规 格进行比较。”他说。当某些加工公司只根据一张表格来比较机床时，它们会落入这个陷阱里。有时数字是会骗人的。实际上，当WFL公司的人员设计出在M40-G上生产轴螺母的一些加工细节时，可以在比从前少60%的时间内完成零件的加工，没有搬运或排队等候时间。但是，夹紧钳是车间为实现加工自动化而想出的一个方法，以便无人值守轮班也可继续生产。实现该原理需要奥地利制造商方的工程师们与应用专家们的合作以及他们的技术知识。可 以理解，Young先生不愿透露关于该原理的详细信息。它惊人的绝妙之处在于不需要机械手或装卸装置。它仅仅利用作为标准功能部件内置于机床中的刀库和刀具更换装置。无论是否在无人值守模式，机床都能够经一次准备工作完成轴螺母的加工，这是多工艺或“多任务”原理的主要优点。M40-G 是制造商产品系列中最小的机床之一，但是它是到目前为止Long Island车间中最大的机床。Alro的机床配置有两根相反的轴，其尺寸和额定值相同，一个车－钻－铣单元(TBMU)，其B轴旋转可从事五轴加工，以 及一个圆盘型的低转塔，在其相对的每侧各有12个刀站。轴螺母可在一根轴上接受面加工、铣和钻，由TBMU来完成大部分工作。第二根轴 过来夹紧工件，然后工件与棒料分开，以便第二根轴能退回到转塔可接近它的某个位置，完成零件的后端加工。机床还完成了约90%的去毛刺操作，这是运用机床 对轴上零件分度的功能，在程序命令下使用改良的去角刀具来完成。在传统加工中，手工去毛刺显著增加了成本。虽然有些时候去毛刺是工艺规划部门事后产生的想法，但是Alro Machine公司的计划员认为它是多工艺机床应用中要考虑的基本任务之一。做九台机床的工作上图中有该机床的两个加工件。一个是军用直升飞机减振筒。该加工件颇为有趣，因为它是经过两次一步准备工作而完成，这并不矛盾，零件在一系列机械加工操作之间必须由外部承包商对其镀铬。该零件跨多工艺机床做两次行程，一次在镀铬前，一次在镀铬后。在第一次准备工作中，粗锻件承受两次车削操作，以及斜钻孔的铣、钻。零件从轴转移到轴，以便加工零件的两端。该步骤代表了从前由四项单独的操作来完成的工作。在 第二次准备工作中，零件被胀开心轴(它们取代了两根车削轴上的卡盘爪)夹紧。在第二轮中，镀铬之后，零件经受三次CNC数控机加工操作，一次车削操作和一 次铣削操作，铣削原先在膝式铣床上完成。该步骤代表了五台机床的工作。总体而言，多工艺机床取代了九台其他机床。它使用ATC(自动刀具交换装置)的40 个槽内的刀具。加工时间从79分钟缩短至30分钟，但是随着冷却剂给料钻头取代整体钻头，期望加工时间进一步减少，因为整体钻头必须匆匆地进进出出以清除切屑。
减振筒跨新机床做两个行程。左边是坯料锻件。中间的零件完成了一次行程并从镀覆装置退回。右边的零件彻底加工好准备出货。 |
长镗杆该 机床的另一个加工件是起落架轴，目前仍处于研发阶段，研究它在这种设备上的单步生产。该零件长约50英寸，它表明了机床的尺寸对于车间多么重要。“这大概 是我们在传统CNC数控机床上所能处理的最长零件了。”Young先生说。新机床能在加工中心之间容纳长达3000mm(18英寸)的工件。“这使我们能够竞标起落架零件中更大的活塞和气缸，否则我们不能处理这样的零件。”他补充说。此外，Young先生相信，能够在融铣、车和其他操作于一体的工艺中加工 这些零件的能力将使Alro Machine公司在竞标中更富竞争力。 该轴的引人注意之处在于中心孔。此特征目前是在一台卧式加工中心上经粗钻、粗镗和精镗。由于该机床上的自动刀具更换装置(ATC)不能操纵这么长的刀具，所以必须手动更换它们。但是，在多工艺机床上就能够自动更换这种尺寸范围的刀具。两 个特殊的特点使其能够操纵这些镗杆——一个单独的刀库，它只容纳这些刀具，以及一个定制的夹紧系统，它将这些刀具连接到TBMU上。刀库位于左轴上方的隔间内。而在机床另一侧的主刀库能够容纳长达500mm(约20英寸)的刀具，第二个刀库有三个刀站，用于容纳长达1000mm(约39英寸)的刀具。制 造商将定制的界面称为“棱柱形刀具系统”，因为它使用楔形啮合面。啮合的楔形表面提供采用长镗杆加工时所需的额外刚度，以尽量减小振动。TBMU上楔形夹 紧装置的盖子在常规加工期间保护啮合面，但是在收回镗杆前，TBMU必须将此盖存放在刀库的第四站。对于Alro的起落架轴，机床长的床体允许TBMU运 动到某个位置，以便足够长的镗杆能在此处进入零件并加工孔至完整深度。“能够在ATC中使用长镗杆，这是我们考虑该技术的主要原因之一。”Young先生说。
机床的前方可靠近主刀库，控制面板能定位在附近，因此在替换或交换刀具时可以输入刀具数据。 |
过去的想法，新想法，Young的想法设 法使公司转向多工艺加工的主要负责人Steve Young表示：6个月之后，面临的挑战之一打破了关于零件加工的传统方法。“很难摆脱关于如何加工零件的原有想法，”他说，“你不得不清空你的大脑并且 要富有想像力。”一旦产生了这种新想法，就变得比较容易使从前没有加工过的零件加工成为可能。老Young先生说关于多工艺加工技术的思考必须是长期的。从这个问题开始，“你希望(你的车间)在10年里变成什么样？”他说，关于短期费用节省的过多想法不能产生这样的先见之明。最后，Young先生提出他的长远观点也是关于将公司发展成为一家赚钱的企业。“即使我不在了，Steve还将操持企业很久，所以最好拥有这种使公司能够在未来发展壮大的设备。”功率，而非转速据WFL的美国销售经理 Ben Baggerly说，制造商已经选择在TBMU上安装齿轮传动而非直接传动装置，机床的五轴铣刀头。“这是一个刻意的设计决定，因为我们相信功率、扭矩和刚度与高转速一样重要。”“在低转速下传送满功率意味着更重地切削难以加工的材料，”他说。如果用户希望更高的转速，公司提供转速高达12000rpm的可选主轴。Baggerly先生解释说，相比直接传动设计而言，采用齿轮传动装置允许心轴轴承更重，彼此更紧密，轴的预加载荷也更高。这些设计特点结合在一起提高了机床的刚度。权衡代价是看表格上关于切削速度一栏的数字的降低。除非车间大多数时候是在铝材上做轻切削，否则高转速rpm会是有限值。“例如， Cutting Inconel一般要求表面速度在120～200sfpm范围内，所以具有高速转轴并无帮助。” Baggerly先生说。同样地，车削速度通常是有限制大小的，因为在多工艺机床上加工的很多工件并不对称，卡盘夹持力是一个问题。正是由于这个原因，只有WFL的较小机床在车削轴上提供可选的直接传动装置。较大机床上的齿轮传动装置确保达到适合于重切削的扭矩和刚度。五个特点Steve Young已经花了足够多的时间从工艺工程师、程序员、操作员和故障检修师的角度来研究新机床，以确定它的几项功能和人机工程学特点，它们已经被证明在执行多工艺加工中特别有用。它们包括：1. 一块可沿机床整个前面滑动的操作员面板，它能定位在最便于设置的任何位置。2. 从机床前方接近刀库，这允许在机床做周期工作时交换刀具。3. ATC中独立的刀具盘分度，这使得操作员无需转到机床背面或者停止机床的周期性工作就可以清除悬挂在刀体上的纤维状切屑。4. 一个刀具存在传感器，它检测断裂的或尺寸过小的刀具，确保在打算执行开孔操作时不漏掉或遗留要钻削的孔。5. 一个零件探针，它定位工件并更新刀具路径，以补偿与机床中轴的任何不同轴现象。 | 
