大批量和中等批量工件的高效加工

 為了能夠?qū)λ蚕⑷f變的市場需求做出快速的反應(yīng)，企業(yè)需要對其生產(chǎn)過程采用高柔性化的設(shè)備。整體生產(chǎn)往往必須在極短的時間內(nèi)適應(yīng)于新型工件、變化的工件數(shù)量及其他的變化。但前提是這些匹配不會產(chǎn)生過多的額外費用。
    生產(chǎn)設(shè)備便于換裝
    作為精密機(jī)床的制造廠家，Wema Vogtland公司主要制造可實現(xiàn)大批量和中等批量切削加工的柔性化的生產(chǎn)型設(shè)備，是全球很多著名汽車制造廠商的合作伙伴。為了迎合生產(chǎn)型設(shè)備易于換裝的大趨勢，公司研發(fā)出了模塊化結(jié)構(gòu)的HPC Flex-V型設(shè)備。這種加工中心可以被單獨使用，也可以被用于整體加工的生產(chǎn)鏈中。此外，針對大批量的生產(chǎn)流程，它還可以被集成到輸送系統(tǒng)上。操作和上料的成本可以降到很低的水平。
    為了能夠快速適應(yīng)新的加工任務(wù)，可以通過不同的結(jié)構(gòu)方案，最多可以采用5軸。由于設(shè)備采用模塊化的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)任意的匹配，因此設(shè)備的構(gòu)造可以很好地與各種加工任務(wù)相匹配。對于后續(xù)不同的加工任務(wù)要求，可以通過加裝或換裝使設(shè)備轉(zhuǎn)換成另一種配置上。特殊模塊，如扁平車削頭、多軸鉆頭和組裝站可以被集成到生產(chǎn)鏈系統(tǒng)里，這樣，輔助時間即可通過不同的生產(chǎn)時間上料而得到縮短。
    HPC Flex-V 100型單軸加工中心和HPC Flex-V 200型雙軸加工中心構(gòu)成了實現(xiàn)上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)。這種臥式加工中心可配備不同的工作臺或托盤更換裝置，由此可以實現(xiàn)3軸、4軸和5軸的加工。

圖1 HPC Flex-V型雙軸加工模塊的裝備方案
a 兩個圓形工作臺（B軸）；b 兩個圓形工作臺帶有托盤更換裝置；c 回轉(zhuǎn)梁作為水平軸（A軸）；d 回轉(zhuǎn)梁帶有兩個圓形工作臺（B軸）

單軸的加工設(shè)備可以達(dá)到最高的換裝柔性化。針對簡單的加工流程和中等的工件數(shù)量，加工中心只要配備一個簡單的圓形工作臺即可（B軸）。此外，這種模式也可以裝備托盤更換裝置和裝載位和換裝位。單軸設(shè)備的第三種方案是裝備一個回轉(zhuǎn)梁作為水平軸（A軸），還可選擇配備圓形工作臺，這樣即可實現(xiàn)5軸加工。
    針對最高生產(chǎn)效率的使用場合，雙軸技術(shù)方案是一種理想的方案。這種方案也是可以任意加裝的：兩個圓形工作臺（B軸）、兩個帶有托盤更換裝置的圓形工作臺和設(shè)有兩個圓形工作臺（B軸）的作為水平軸的回轉(zhuǎn)梁（A軸），這樣即可實現(xiàn)高效的5軸加工。所有這些部件都是標(biāo)準(zhǔn)模塊式系統(tǒng)的組成部分，并從客戶特殊的加工方案中研發(fā)而成。
    按需要使用柔性加工系統(tǒng)

圖2 設(shè)有三個雙軸加工模塊的圓形工作臺傳送設(shè)備

位于Chemnitz的大眾汽車公司加工設(shè)備是其中一例，它可以展示此類加工技術(shù)方案的情形（如圖2、3）。公司面臨的挑戰(zhàn)是要把以往Polo三缸Otto發(fā)動機(jī)的加工轉(zhuǎn)換成Golf V型2-1四缸泵油噴發(fā)動機(jī)。與之前設(shè)計期限長、加工能力大的大型設(shè)備相反，這里需要用到的是根據(jù)需求而逐步投入的高柔性的加工系統(tǒng)。針對鋁制缸殼體的加工，Chemnitz大眾汽車公司決定采用兩臺雙軸圓臺傳送設(shè)備。設(shè)備上各在其托盤輸送裝置上設(shè)有三個HPC Flex-V 200型雙軸加工模塊。所采用的設(shè)備集成了加工中心、傳送線和圓轉(zhuǎn)臺多工位機(jī)床的優(yōu)點，這是標(biāo)準(zhǔn)型加工中心如何被鏈接成為一種高度柔性化的加工設(shè)備最好的一個案例。

圖3 用于加工缸頂蓋的雙軸加工中心的工作空間

與傳統(tǒng)的大批量加工設(shè)備方案相比，上述的圓轉(zhuǎn)臺傳送技術(shù)方案具有一些優(yōu)勢。傳統(tǒng)的圓轉(zhuǎn)臺多工位機(jī)床擁有一個大型的中央加工工作臺并帶有設(shè)在旋轉(zhuǎn)工作臺上的固定式或旋轉(zhuǎn)式夾緊裝置。由于加工站被固定安設(shè)，因此無法對裝置的誤差進(jìn)行及時糾正。由此產(chǎn)生的偏差對于如今所要求的加工精度而言，是一個大的缺陷。而圓臺輸送設(shè)備則不同：如同單臺加工中心一樣，每個加工站設(shè)有一個NC圓臺，圓臺與加工站進(jìn)行了高精確的校準(zhǔn)。
    與配有行星轉(zhuǎn)臺的機(jī)床相比，上述設(shè)備的另一個優(yōu)點是，只在確實需要用到圓轉(zhuǎn)臺的地方才設(shè)置圓轉(zhuǎn)臺。無需轉(zhuǎn)動工件和只有裝卸作業(yè)的加工站，則只設(shè)置固定的夾緊工位。由于可以節(jié)省承載圓臺和旋轉(zhuǎn)分配器的投入，因此投資和備件費用可以得到顯著的節(jié)約。
    在鏈接雙軸模塊時，各個加工站擁有兩個NC圓臺，即三個加工站和一個上料站及一個卸料站總共設(shè)有六個圓臺和兩個換裝位。中央圓臺傳送設(shè)備用于把托盤從一個加工站傳遞到下一個加工站。在加工過程中，托盤被固定在各站的圓臺或夾緊位上。由于在這個階段還沒有出現(xiàn)與圓臺傳送設(shè)備的機(jī)械連接，因此可能出現(xiàn)的刻度誤差不會對加工精度產(chǎn)生影響�？梢詫崿F(xiàn)對各個加工站液壓設(shè)備的單獨控制，這是因為液壓設(shè)備并非由承載圓臺的中央旋轉(zhuǎn)分配器，而是由各站的圓臺或張緊位供液的。通過直接驅(qū)動帶有測量系統(tǒng)的圓臺（B軸），可以實現(xiàn)很高的加工精度。Z軸上的刀具可以單獨配備。除了各種深度輪廓之外，通過單軸加工也可以以極高的精度實現(xiàn)各種標(biāo)識。
    除了在汽車和零部件加工行業(yè)上對諸如發(fā)動機(jī)、行走機(jī)構(gòu)和變速箱等傳統(tǒng)工件加工場合的應(yīng)用之外，上述的技術(shù)方案也可很好地滿足其他行業(yè)的需求。
    采用各種不同的解決方案，可以很好地避免出現(xiàn)加工能力瓶頸，由此可以對工件的改良措施做出快速的反應(yīng)。HPC Flex-V設(shè)備技術(shù)方案很好地結(jié)合了傳輸線的作業(yè)安全性和加工中心的柔性，達(dá)到大中批量加工的良好經(jīng)濟(jì)效益和高度柔性化。由于加工柔性好，用戶可以極大降低其投資風(fēng)險。