復(fù)雜工件的經(jīng)濟(jì)性加工

    在一種機床上集成多種加工工藝，可以在一次加工過程中以較短的時間對復(fù)雜工件進(jìn)行經(jīng)濟(jì)的加工。一種針對旋轉(zhuǎn)對稱型工件的集軟、硬加工和激光加工于一身的Uni-Cen 504型車銑加工中心被開發(fā)出來。
在通常情況下，機床都是作為專機針對性地被使用，在一種設(shè)備上也只采用一種制造工藝。但是，在供貨期縮短和需求量萎縮的情況下，市場卻要求部件越來越復(fù)雜，設(shè)備形式更加靈活。旋轉(zhuǎn)對稱型部件，特別在高要求下，往往需要在不同的設(shè)備上進(jìn)行多個步驟的加工：軟加工（車、銑、鉆）、淬火/鍍層、硬加工（車、銑）。使用專用設(shè)備會導(dǎo)致較長的加工時間和較大的物流開支。
    在復(fù)合型機床的研發(fā)項目中，針對旋轉(zhuǎn)對稱型的復(fù)合機床被研發(fā)出來，它結(jié)合了多種工藝，并簡化了加工環(huán)節(jié)。由于項目的各個合作方在相關(guān)領(lǐng)域里都具有很強的實力，因此該項目進(jìn)展得很成功：A. Monforts Werkzeugmaschinen公司 （機床）、Laserline公司（激光技術(shù)）、Precitec公司（傳感技術(shù)）、Exapt公司（CAD/CAM耦合）、Fraunhofer IPT（激光集成、技術(shù)研究）、Sempell公司（儀器儀表制造）。
    這臺集傳統(tǒng)的軟切削、激光加工（淬火、鍍層和合金）和硬切削于一身的設(shè)備。在漢諾威EMO 2007展覽會上展出，它的優(yōu)點是顯而易見的：加工過程（工具交換、傳送和放置時間）得到縮短，費用（物流、設(shè)備使用負(fù)荷）均得到降低，而產(chǎn)品質(zhì)量（整個流程自動進(jìn)行）得到提高。復(fù)合型設(shè)備在供應(yīng)期短和需對客戶要求作出靈活反應(yīng)的場合最適用：短期內(nèi)對備品進(jìn)行加工和樣機制造。
采用模塊式的設(shè)計結(jié)構(gòu)
    為了集成工藝而達(dá)到復(fù)合加工的目的，基于模塊化的設(shè)計原則，新的Uni-Cen 504型車/銑中心被設(shè)計出來，它具有：（圖1～3）
（1）主軸和反轉(zhuǎn)軸。
（2）上部刀架作為可回旋的電動銑軸，在三個線性軸向上擁有自由度。
（3）刀具更換器和刀具庫。
（4）下部刀架作為刀具轉(zhuǎn)盤；尾架和后刀架。
（5）各設(shè)有一個前探頭，用于激光鋼化和激光鍍層處理。
（6）電動銑軸在X、Y、Z和B軸向上均具備自由度，因此可以在任意的位置上做出精確的動作。激光加工的前探頭由上部刀架（電動銑軸）的       HSK支座支撐，從而針對激光加工作業(yè)，可以實現(xiàn)完全的自由度。為了增強在切削時的剛性，可對B軸進(jìn)行加固和為電動銑軸配備剎車制動器。所有軸均可進(jìn)行交叉拋光，這樣可以對非常復(fù)雜的幾何外形進(jìn)行加工。
   機床設(shè)有一個碟形刀庫，可通過所使用刀盤的數(shù)量來管理可刻度化的刀具的數(shù)量。刀具的數(shù)量最大可擴展到108件。NC刀具更換器從刀具庫中向電動心軸裝配刀具，并以快速檔確保較短的轉(zhuǎn)換時間。
激光元件設(shè)置于工作間之外
    由于使用了光學(xué)元件，因此激光技術(shù)對切削技術(shù)的邊緣條件非常敏感：切屑和冷卻潤滑劑。所以，在不受到外部影響的情況下，復(fù)合型機床的激光元件和敏感的能源裝置均被設(shè)置于工作間之外。能源裝置置于一個保護(hù)管內(nèi)，該保護(hù)管同時還承接拉力載荷。該保護(hù)管的配置可以允許設(shè)備在各個運行方向上的自由度。在激光保護(hù)裝置的安全設(shè)置上，考慮了在切削作業(yè)時避免設(shè)備操作受限的因素，激光安全盤在切削作業(yè)時可以被取下。為了在作業(yè)中避免人員受傷，設(shè)備控制系統(tǒng)中的激光防護(hù)裝置的位置接受安全監(jiān)控之下。
靜態(tài)導(dǎo)向柱無滑動定位
    Monforts公司在復(fù)合型設(shè)備上配置了可靠的靜態(tài)導(dǎo)向柱。這在設(shè)備進(jìn)行硬加工時特別關(guān)鍵。無磨損、免維護(hù)的導(dǎo)向裝置在工作中不做摩擦接觸，滑動現(xiàn)象不會發(fā)生，因此在做很小運行動作時益處明顯。行程增量即使只有1μm，也不會發(fā)生滑動�？v向的滑靴移動非常平穩(wěn)，因此在硬加工時可以獲得極好的表面特性。鉆孔與導(dǎo)向柱之間的薄油膜可以使設(shè)備達(dá)到很好的阻尼特性。
在進(jìn)行激光硬加工時，對軸區(qū)域局部受到負(fù)荷的部位（如軸承座、滑鍵槽或楔槽連接處）進(jìn)行馬氏體硬化處理，以降低磨損程度。與其他邊緣鍍層硬化工藝相比，這種方法的優(yōu)點是能源投入的目標(biāo)準(zhǔn)確、消耗低，后續(xù)的二次加工量得到降低。通過有選擇的硬處理過程，部件在其他部位上無需接受無謂的加工。
    為了在硬化處理中對激光光束進(jìn)行導(dǎo)向，使用了一種掃描系統(tǒng)，這樣即可與設(shè)備旋轉(zhuǎn)的C軸一起實現(xiàn)可調(diào)的軌跡寬度。如果C軸靜止不動，則可以通過掃描系統(tǒng)對工件的任意表面進(jìn)行淬火處理。
    通過激光鍍層，可以獲得所需的各種不同的表面特性，對此需要用到低櫧點的輔助材料，如針對耐磨損和耐腐蝕的防護(hù)處理。激光技術(shù)明顯優(yōu)于其他鍍層工藝，幾何外形也要精確許多。所需的輔助材料以條狀的形式被放到工件上，并由激光進(jìn)行熔化。這種形式的材料優(yōu)于粉末材料，不會把粉塵帶入到設(shè)備里，從而避免對設(shè)備元件和功能的不良影響。
    作為質(zhì)量保證的一種裝置，在鍍層時也使用了一種激光傳感器，以對鍍層的精度進(jìn)行檢測。由于設(shè)備上集成了測量技術(shù)裝備，因此在加工過程中所出現(xiàn)的次品可立即被識別，從而避免在后續(xù)的工位上額外產(chǎn)生無謂的費用。
CAM系統(tǒng)的用戶支持
    工藝的集成提高了設(shè)備的綜合能力，也對NC編程和設(shè)備的操作人員提出了更高的要求。一般來說，操作人員只專于一種加工工藝，因此編程工作必須自動完成。為了達(dá)到良好的效果，采用了CAD/CAM耦合。這種設(shè)計工具可涵蓋所有流程，并“從一個鑄件”制定加工程序。