加工中心的更高柔性

“專(zhuān)用機(jī)床循環(huán)時(shí)間肯定要更短，但是當(dāng)它發(fā)生故障時(shí)，只能等修好機(jī)床后才能重新開(kāi)始生產(chǎn)。而如果要針對(duì)另一批加工任務(wù)給專(zhuān)用機(jī)床重新配置刀具，則花在這方面的錢(qián)幾乎可以購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)新的、柔性更高、更適合當(dāng)今生產(chǎn)要求的CNC機(jī)床。”如果您從以上說(shuō)法中感覺(jué)出專(zhuān)用機(jī)床正從(位于印地安那州 Indianapolis市的)Visteon的底盤(pán)生產(chǎn)廠退出，那么您的感覺(jué)是對(duì)的。

　　

　　該底盤(pán)生產(chǎn)廠專(zhuān)門(mén)致力于生產(chǎn)客車(chē)和卡車(chē)用助力式齒條及小齒輪轉(zhuǎn)向機(jī)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(gè)關(guān)鍵部件——的分度機(jī)床。當(dāng)在剩余分度機(jī)床上加工的輸入軸工件結(jié)束或發(fā)生變化時(shí)，該工廠計(jì)劃讓它們退役，而不會(huì)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(zhǎng)，1英寸直徑，從棒料加工而來(lái)。它需要大量工序，包括“Op 80”，其中要通過(guò)外徑往在零件長(zhǎng)度方向運(yùn)行的主孔鉆通大量孔(液壓流體通道)。

　　

　　小事情有時(shí)候也關(guān)系重大。選擇該加工中心的一個(gè)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(dá)20,000轉(zhuǎn)/分鐘。

　　

　　輸入閥曾一度幾乎全部是在自動(dòng)分度機(jī)床上鉆孔的。但最近Visteon工廠接到了一個(gè)新的齒條和小齒輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)定單，其中輸入軸需要一個(gè)異常小的孔(直徑為1.5mm)。在討論新工件的一個(gè)會(huì)議上，鉆頭供應(yīng)商建議，小孔應(yīng)該用超出分度機(jī)床允許的更高轉(zhuǎn)速加以鉆削，因此參與人員開(kāi)始考慮用可替代方式來(lái)加工孔。

　　

　　先鋒模型工程部的一名成員Wahid Kapadia說(shuō)：“我們工廠有大量專(zhuān)用機(jī)床，我們?cè)絹?lái)越多地意識(shí)到，針對(duì)不同工件裝夾調(diào)整機(jī)床所花費(fèi)的時(shí)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(kāi)始尋找一臺(tái)鉆小孔的CNC機(jī)床。首先，許多CNC機(jī)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(jī)床則帶有可以減少這種問(wèn)題的刀具控制裝置。

　　

　　他繼續(xù)說(shuō)：“其次，我們很想維持較高的生產(chǎn)速度。當(dāng)專(zhuān)用機(jī)床發(fā)生問(wèn)題時(shí)，生產(chǎn)會(huì)停止，在問(wèn)題得到解決之前無(wú)法進(jìn)行生產(chǎn)。相反，當(dāng)在若干臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)CNC機(jī)床上展開(kāi)生產(chǎn)時(shí)，如果一臺(tái)機(jī)床發(fā)生問(wèn)題，其他機(jī)床可以繼續(xù)加工零件。盡管生產(chǎn)受到了影響，但是卻沒(méi)有完全停止。”

　　

　　工廠最開(kāi)始考慮采用一臺(tái)帶有動(dòng)力刀具的CNC車(chē)床。但是，它卻無(wú)法找到一臺(tái)可以提供加工小孔所需鉆孔速度的機(jī)床。

　　

　　接著，工廠考察了標(biāo)準(zhǔn)CNC鉆削和攻絲機(jī)床。為了滿(mǎn)足所涉及的生產(chǎn)批量，需要若干臺(tái)這樣的機(jī)床，然而，由于機(jī)床將在很大程度上以無(wú)人看管方式運(yùn)行，因此針對(duì)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(dòng)化，需要采用一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器人。為了給輸入軸以90度增量分度而進(jìn)行鉆削，還需要一個(gè)分度工夾。購(gòu)買(mǎi)機(jī)床并給它們配置工件加工所必需的工件搬運(yùn)設(shè)備其前景變得讓人氣餒。因此需要找到一個(gè)比較簡(jiǎn)單的解決方案。

　　

　　在經(jīng)過(guò)更多研究后，工廠調(diào)研了由(伊利諾斯州Rolling Meadows市)美國(guó)Wasino公司生產(chǎn)的A系列加工中心。該A系列由帶輔助車(chē)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(dòng)車(chē)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(jìn)行編程的C軸。主軸由一個(gè)刀塔供刀，刀塔的每個(gè)刀位上裝有回轉(zhuǎn)或車(chē)削刀具。

　　

　　A系列機(jī)床還配備一個(gè)綜合龍門(mén)上料器，它可以從位于機(jī)床后面的一個(gè)緊湊圓盤(pán)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(jī)床帶有最大10英寸（用于最大型號(hào)的工件）的散件搬運(yùn)卡盤(pán)，以及允許棒料進(jìn)給或從棒料進(jìn)給器上給機(jī)床排出棒料的主軸孔。

　　

　　該機(jī)床針對(duì)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(dòng)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(gòu)買(mǎi)了A-12型(帶12把轉(zhuǎn)塔刀具)。為確保工廠對(duì)于當(dāng)前和未來(lái)工件具有足夠高的鉆削速度，它購(gòu)買(mǎi)了帶調(diào)速器主軸頭的機(jī)床，可以將最大轉(zhuǎn)速翻番到20,000 r/min。

　　

　　針對(duì)該零件量身定做

　　

　　Kapadia先生說(shuō)：“主主軸帶一根C軸，它可以方便地滿(mǎn)足我們的需求：對(duì)零件進(jìn)行分度以進(jìn)行鉆孔操作。另外，機(jī)床的綜合龍門(mén)也通過(guò)自動(dòng)裝卸零件而滿(mǎn)足了我們的需求�，F(xiàn)貨A-12可以如此完整地滿(mǎn)足我們的工件加工需求，就像是專(zhuān)門(mén)為該零件量身定做的一樣。”

　　

　　一開(kāi)始，工廠計(jì)劃在分度機(jī)床上繼續(xù)加工輸入軸，并以單獨(dú)的工序在CNC機(jī)床上加工小孔。但是，CNC可以鉆削所有的孔，通過(guò)用它鉆孔，工廠可以避免用單獨(dú)的工序鉆削小孔。在輸入軸鉆削加工方面，CNC機(jī)床完全替代了分度機(jī)床。

　　

　　當(dāng)工廠接到一個(gè)小噸位載貨卡車(chē)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的定單時(shí)，這種情景再次重演。一開(kāi)始，計(jì)劃在工廠的分度機(jī)床上鉆削新工件的輸入軸。但是，進(jìn)一步分析表明，給機(jī)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(jī)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(wù)購(gòu)買(mǎi)了另外三臺(tái)A-12型機(jī)床。

　　

　　類(lèi)似地，工廠購(gòu)買(mǎi)了第五臺(tái)A-12機(jī)床來(lái)完成曾經(jīng)用于生產(chǎn)維修件的舊分度機(jī)床的操作。兩臺(tái)舊機(jī)床被報(bào)廢。CNC機(jī)床組給工廠提供了分度機(jī)床無(wú)法提供的生產(chǎn)靈活性。Kapadia先生解釋說(shuō)：“所有的CNC機(jī)床都是為加工我們所有的輸入軸而編程設(shè)定的。這一點(diǎn)意味著我們可以在任何時(shí)候在任何機(jī)床上加工任何零件。”

　　

　　這些加工中心還可以用于加工臨時(shí)性的工件。例如，在助力轉(zhuǎn)向單元的設(shè)計(jì)變更要求縮短輸入軸的長(zhǎng)度時(shí)，把用于維修件的加工中心快速設(shè)置為進(jìn)行這種“截短”操作。此外，當(dāng)某特定工件任務(wù)需要在工件上銑削扁平面時(shí)，可以快速編程設(shè)定加工中心，并配置相應(yīng)刀具而完成工件的加工。

　　

　　一名操作員照看五臺(tái)機(jī)床

　　

　　在Visteon，加工中心是成排布置的。所有五臺(tái)機(jī)床都由一名操作員照看，他的主要任務(wù)是保持加工中心的圓盤(pán)中始終存有毛坯件。在我們參觀該工廠的那天，大多數(shù)機(jī)床都在鉆削輸入軸中三個(gè)不同直徑的孔：一個(gè)7.9mm通到零件一端平行、經(jīng)過(guò)銑削加工的扁平體的孔；8個(gè)3mm直徑、每?jī)蓚�(gè)沿外徑彼此相隔 90度分布的孔；2個(gè)1.5mm直徑、彼此相隔180度的孔。所有的孔都通到零件長(zhǎng)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(shí)間為55秒。

　　

　　工廠曾一度用六臺(tái)分度機(jī)床來(lái)鉆削輸入軸中的孔。加工中心已經(jīng)替代了這些機(jī)床中的三臺(tái)。其余的機(jī)床依然在生產(chǎn)，但是當(dāng)這些工件加工完或者設(shè)計(jì)發(fā)生變化時(shí)，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(cè)頭自動(dòng)調(diào)節(jié)刀具偏置

　　

　　當(dāng)Visteon的Indianapolis底盤(pán)廠從專(zhuān)用分度機(jī)床轉(zhuǎn)向采用加工中心來(lái)鉆削其助力轉(zhuǎn)向單元的輸入軸時(shí)，新技術(shù)使該工廠可以利用更高級(jí)的切削刀具控制裝置。這些CNC機(jī)床每班鉆削數(shù)以千計(jì)的孔，必須隨時(shí)進(jìn)行刀具偏置調(diào)節(jié)以補(bǔ)償?shù)毒吣�損。工廠不想讓其操作員負(fù)責(zé)這些變化。其中一個(gè)原因是，一名操作員操作所有5臺(tái)CNC機(jī)床，沒(méi)有時(shí)間進(jìn)行刀具偏置補(bǔ)償。此外，操作員犯的某個(gè)錯(cuò)誤可能導(dǎo)致成批零件超差，或者甚至導(dǎo)致機(jī)床無(wú)法生產(chǎn)的事故。

　　

　　這個(gè)問(wèn)題在工廠在每臺(tái)加工中心上安裝了一個(gè)Z-Nano測(cè)頭后得到了解決。由該測(cè)頭檢測(cè)每把鉆頭并給機(jī)床控制器自動(dòng)發(fā)送信號(hào)來(lái)補(bǔ)償檢測(cè)到的刀具磨損。 Z-Nano測(cè)頭由(位于肯塔基州Erlanger市)的Blum有限公司制造，將一個(gè)靈敏度非常高的測(cè)頭(可以測(cè)量直徑小至0.02mm的刀具)與(可以與各大CNC控制兼容、對(duì)各種必要的刀具定位變化提供指示的)軟件融合為一體。測(cè)頭的重復(fù)精度為0.001mm。測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)被保護(hù)電纜直接從測(cè)頭傳送到機(jī)床控制器上。

　　

　　除了更好地控制孔尺寸和提高機(jī)床操作時(shí)間外，該測(cè)頭還提供了大大節(jié)省刀具的機(jī)會(huì)。該工廠采用整體、帶 TiN涂層的硬質(zhì)合金鉆頭來(lái)鉆削輸入軸上的孔。Visteon的Kapadia先生解釋說(shuō)：“此前，我們一直只用新鉆頭。其中一個(gè)原因是不想讓我們的操作員調(diào)節(jié)偏置，以對(duì)重磨后鉆頭較小的尺寸進(jìn)行補(bǔ)償。現(xiàn)在，由于每臺(tái)機(jī)床都安裝了一個(gè)測(cè)頭，可以測(cè)量鉆頭并自動(dòng)進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)，因此我們?cè)谑褂弥啬ャ@頭方面再也沒(méi)有什么障礙了。一把新鉆價(jià)格高達(dá)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(kāi)支。”

　　

　　Visteon的Kapadia先生正在檢查從工廠五臺(tái)加工中心上鉆削的一個(gè)輸入軸。

　　

　　龍門(mén)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(huì)將鉆好孔的軸返回到機(jī)床后面的輸出傳送帶上。

　　

　　一個(gè)小鉆頭在鉆削前被送到Z-Nano測(cè)頭處進(jìn)行檢測(cè)的情景。如果測(cè)頭感應(yīng)到刀具磨損，則它會(huì)自動(dòng)給加工中心控制裝置發(fā)送信號(hào)，改變刀具偏置值，補(bǔ)償磨損量。