加工中心的更高柔性

“專用機床循環(huán)時間肯定要更短，但是當它發(fā)生故障時，只能等修好機床后才能重新開始生產(chǎn)。而如果要針對另一批加工任務給專用機床重新配置刀具，則花在這方面的錢幾乎可以購買一臺新的、柔性更高、更適合當今生產(chǎn)要求的CNC機床。”如果您從以上說法中感覺出專用機床正從(位于印地安那州 Indianapolis市的)Visteon的底盤生產(chǎn)廠退出，那么您的感覺是對的。
　　
　　該底盤生產(chǎn)廠專門致力于生產(chǎn)客車和卡車用助力式齒條及小齒輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)，已經(jīng)淘汰了大約一半的用于生產(chǎn)輸入軸——助力轉(zhuǎn)向閥的一個關(guān)鍵部件——的分度機床。當在剩余分度機床上加工的輸入軸工件結(jié)束或發(fā)生變化時，該工廠計劃讓它們退役，而不會給它們重新配置新刀具。
　　
　　輸入軸是一種圓柱形鋼質(zhì)部件，大約6英寸長，1英寸直徑，從棒料加工而來。它需要大量工序，包括“Op 80”，其中要通過外徑往在零件長度方向運行的主孔鉆通大量孔(液壓流體通道)。
　　
　　小事情有時候也關(guān)系重大。選擇該加工中心的一個主要原因是，它可以高速鉆孔，這是成功鉆削該小孔(1.5mm直徑)的前提條件。在其中安裝鉆頭的調(diào)速器主軸頭轉(zhuǎn)速最高可達20,000轉(zhuǎn)/分鐘。
　　
　　輸入閥曾一度幾乎全部是在自動分度機床上鉆孔的。但最近Visteon工廠接到了一個新的齒條和小齒輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)定單，其中輸入軸需要一個異常小的孔(直徑為1.5mm)。在討論新工件的一個會議上，鉆頭供應商建議，小孔應該用超出分度機床允許的更高轉(zhuǎn)速加以鉆削，因此參與人員開始考慮用可替代方式來加工孔。
　　
　　先鋒模型工程部的一名成員Wahid Kapadia說：“我們工廠有大量專用機床，我們越來越多地意識到，針對不同工件裝夾調(diào)整機床所花費的時間和資金大大限制了工廠的效率和靈活性。出于多種原因我們開始尋找一臺鉆小孔的CNC機床。首先，許多CNC機床具備我們鉆該孔所需要的主軸轉(zhuǎn)速。其次，加工小孔很容易斷刀，而CNC機床則帶有可以減少這種問題的刀具控制裝置。
　　
　　他繼續(xù)說：“其次，我們很想維持較高的生產(chǎn)速度。當專用機床發(fā)生問題時，生產(chǎn)會停止，在問題得到解決之前無法進行生產(chǎn)。相反，當在若干臺標準CNC機床上展開生產(chǎn)時，如果一臺機床發(fā)生問題，其他機床可以繼續(xù)加工零件。盡管生產(chǎn)受到了影響，但是卻沒有完全停止。”
　　
　　工廠最開始考慮采用一臺帶有動力刀具的CNC車床。但是，它卻無法找到一臺可以提供加工小孔所需鉆孔速度的機床。
　　
　　接著，工廠考察了標準CNC鉆削和攻絲機床。為了滿足所涉及的生產(chǎn)批量，需要若干臺這樣的機床，然而，由于機床將在很大程度上以無人看管方式運行，因此針對相關(guān)工件需要給它們添加一些其他必要的東西。為了讓零件裝卸自動化，需要采用一臺或多臺機器人。為了給輸入軸以90度增量分度而進行鉆削，還需要一個分度工夾。購買機床并給它們配置工件加工所必需的工件搬運設備其前景變得讓人氣餒。因此需要找到一個比較簡單的解決方案。
　　
　　在經(jīng)過更多研究后，工廠調(diào)研了由(伊利諾斯州Rolling Meadows市)美國Wasino公司生產(chǎn)的A系列加工中心。該A系列由帶輔助車削功能的四軸(X、Y、Z及C)加工中心組成。該系列的配置更像自動車床而不是普通加工中心，它具有轉(zhuǎn)速為4000 r/min的臥式主軸，帶可以以 0.0001英寸增量進行編程的C軸。主軸由一個刀塔供刀，刀塔的每個刀位上裝有回轉(zhuǎn)或車削刀具。
　　
　　A系列機床還配備一個綜合龍門上料器，它可以從位于機床后面的一個緊湊圓盤形集結(jié)區(qū)域中取出待加工零件并將加工好的零件返回給它。機床帶有最大10英寸（用于最大型號的工件）的散件搬運卡盤，以及允許棒料進給或從棒料進給器上給機床排出棒料的主軸孔。
　　
　　該機床針對Visteon最重要的特征之一是，刀具轉(zhuǎn)塔可以(不用任何齒輪)直接驅(qū)動回轉(zhuǎn)刀具，加速到10,000r/min，保證了鉆削新輸入軸小孔所需要的轉(zhuǎn)速。因此，工廠購買了A-12型(帶12把轉(zhuǎn)塔刀具)。為確保工廠對于當前和未來工件具有足夠高的鉆削速度，它購買了帶調(diào)速器主軸頭的機床，可以將最大轉(zhuǎn)速翻番到20,000 r/min。
　　
　　針對該零件量身定做
　　
　　Kapadia先生說：“主主軸帶一根C軸，它可以方便地滿足我們的需求：對零件進行分度以進行鉆孔操作。另外，機床的綜合龍門也通過自動裝卸零件而滿足了我們的需求�，F(xiàn)貨A-12可以如此完整地滿足我們的工件加工需求，就像是專門為該零件量身定做的一樣。”
　　
　　一開始，工廠計劃在分度機床上繼續(xù)加工輸入軸，并以單獨的工序在CNC機床上加工小孔。但是，CNC可以鉆削所有的孔，通過用它鉆孔，工廠可以避免用單獨的工序鉆削小孔。在輸入軸鉆削加工方面，CNC機床完全替代了分度機床。
　　
　　當工廠接到一個小噸位載貨卡車助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的定單時，這種情景再次重演。一開始，計劃在工廠的分度機床上鉆削新工件的輸入軸。但是，進一步分析表明，給機床重新配備刀具以加工新工件將產(chǎn)生很高的成本，而在新CNC機床上鉆削輸入軸的成本效益則要好得多。因此，工廠為該加工任務購買了另外三臺A-12型機床。
　　
　　類似地，工廠購買了第五臺A-12機床來完成曾經(jīng)用于生產(chǎn)維修件的舊分度機床的操作。兩臺舊機床被報廢。CNC機床組給工廠提供了分度機床無法提供的生產(chǎn)靈活性。Kapadia先生解釋說：“所有的CNC機床都是為加工我們所有的輸入軸而編程設定的。這一點意味著我們可以在任何時候在任何機床上加工任何零件。”
　　
　　這些加工中心還可以用于加工臨時性的工件。例如，在助力轉(zhuǎn)向單元的設計變更要求縮短輸入軸的長度時，把用于維修件的加工中心快速設置為進行這種“截短”操作。此外，當某特定工件任務需要在工件上銑削扁平面時，可以快速編程設定加工中心，并配置相應刀具而完成工件的加工。
　　
　　一名操作員照看五臺機床
　　
　　在Visteon，加工中心是成排布置的。所有五臺機床都由一名操作員照看，他的主要任務是保持加工中心的圓盤中始終存有毛坯件。在我們參觀該工廠的那天，大多數(shù)機床都在鉆削輸入軸中三個不同直徑的孔：一個7.9mm通到零件一端平行、經(jīng)過銑削加工的扁平體的孔；8個3mm直徑、每兩個沿外徑彼此相隔 90度分布的孔；2個1.5mm直徑、彼此相隔180度的孔。所有的孔都通到零件長度方向的主孔。轉(zhuǎn)塔分度三次，將合適的刀具用于加工輸入軸，零件的總循環(huán)時間為55秒。
　　
　　工廠曾一度用六臺分度機床來鉆削輸入軸中的孔。加工中心已經(jīng)替代了這些機床中的三臺。其余的機床依然在生產(chǎn)，但是當這些工件加工完或者設計發(fā)生變化時，將不再給它們重新配置刀具。它們將被更多加工中心所替代。
　　
　　在加工中心上用測頭自動調(diào)節(jié)刀具偏置
　　
　　當Visteon的Indianapolis底盤廠從專用分度機床轉(zhuǎn)向采用加工中心來鉆削其助力轉(zhuǎn)向單元的輸入軸時，新技術(shù)使該工廠可以利用更高級的切削刀具控制裝置。這些CNC機床每班鉆削數(shù)以千計的孔，必須隨時進行刀具偏置調(diào)節(jié)以補償?shù)毒吣�損。工廠不想讓其操作員負責這些變化。其中一個原因是，一名操作員操作所有5臺CNC機床，沒有時間進行刀具偏置補償。此外，操作員犯的某個錯誤可能導致成批零件超差，或者甚至導致機床無法生產(chǎn)的事故。
　　
　　這個問題在工廠在每臺加工中心上安裝了一個Z-Nano測頭后得到了解決。由該測頭檢測每把鉆頭并給機床控制器自動發(fā)送信號來補償檢測到的刀具磨損。 Z-Nano測頭由(位于肯塔基州Erlanger市)的Blum有限公司制造，將一個靈敏度非常高的測頭(可以測量直徑小至0.02mm的刀具)與(可以與各大CNC控制兼容、對各種必要的刀具定位變化提供指示的)軟件融合為一體。測頭的重復精度為0.001mm。測量數(shù)據(jù)通過被保護電纜直接從測頭傳送到機床控制器上。
　　
　　除了更好地控制孔尺寸和提高機床操作時間外，該測頭還提供了大大節(jié)省刀具的機會。該工廠采用整體、帶 TiN涂層的硬質(zhì)合金鉆頭來鉆削輸入軸上的孔。Visteon的Kapadia先生解釋說：“此前，我們一直只用新鉆頭。其中一個原因是不想讓我們的操作員調(diào)節(jié)偏置，以對重磨后鉆頭較小的尺寸進行補償�，F(xiàn)在，由于每臺機床都安裝了一個測頭，可以測量鉆頭并自動進行必要的調(diào)節(jié)，因此我們在使用重磨鉆頭方面再也沒有什么障礙了。一把新鉆價格高達50美元，而重磨的成本卻只有其幾分之一，這樣我們就可以大大節(jié)省開支。”
　　
　　Visteon的Kapadia先生正在檢查從工廠五臺加工中心上鉆削的一個輸入軸。
　　
　　龍門臂的下抓手剛剛從主軸上卸下一根鉆好孔的輸入軸，正在往主軸中裝一根新的坯料(夾在上抓手中)，然后它會將鉆好孔的軸返回到機床后面的輸出傳送帶上。
　　
　　一個小鉆頭在鉆削前被送到Z-Nano測頭處進行檢測的情景。如果測頭感應到刀具磨損，則它會自動給加工中心控制裝置發(fā)送信號，改變刀具偏置值，補償磨損量。