Huber&Grimme銑削中心：合成材料的快速加工

               位于Schwäb地區(qū)Laupheim市的Airbus Aircabin有限責(zé)任公司是Crew的成員廠，主要生產(chǎn)飛機(jī)的側(cè)裝飾貼板、頂裝飾貼板、行李箱的面板以及門和門檻裝飾貼等等。這些產(chǎn)品都是利用合成材料設(shè)計(jì)的空中客車飛機(jī)的零部件。這家空中客車獨(dú)資子公司的產(chǎn)品全部用于最新設(shè)計(jì)的A 380型空中客車飛機(jī)的內(nèi)部裝飾。為了完成為新型飛機(jī)提供零部件的生產(chǎn)任務(wù)，該公司對(duì)他們的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行了現(xiàn)代化的更新改造，增添了必要的新設(shè)備。為此，他們新建了一個(gè)面積15000平方米的新車間，在整個(gè)新建車間里，現(xiàn)代化的高新技術(shù)裝備與手工操作兩種不同的生產(chǎn)加工方式緊密有機(jī)的結(jié)合在一起。與汽車制造業(yè)不同的是，在飛機(jī)制造業(yè)中，飛機(jī)零部件的生產(chǎn)屬于單件小批的生產(chǎn)方式。Aircabin公司每年大約生產(chǎn)350套空中客車飛機(jī)的零部件。
              設(shè)備改造的投資項(xiàng)目包括新購(gòu)進(jìn)的三臺(tái)由Huber & Grimme公司生產(chǎn)的加工中心。這三臺(tái)加工中心是專門用于加工合成材料飛機(jī)零部件的加工設(shè)備。Aircabin公司希望經(jīng)過(guò)這三臺(tái)加工機(jī)床加工后的工件盡可能的沒有粉塵，從而保證較好的生產(chǎn)環(huán)境。將來(lái)，還計(jì)劃由一個(gè)自動(dòng)運(yùn)輸裝置將這些機(jī)床與高架立體倉(cāng)庫(kù)連接在一起，并且保證目前使用的工藝裝備和CNC控制系統(tǒng)不發(fā)生改變。
              作為第一臺(tái)合成材料工件的生產(chǎn)加工機(jī)床，由于加工件的尺寸較大，因此采用了龍門式配置。為了能滿足要求的生產(chǎn)能力，該龍門式機(jī)床配備了雙工作臺(tái)。在切削加工時(shí)，懸掛切削刀具的龍門立柱靜止不動(dòng)，機(jī)床的工作臺(tái)沿X坐標(biāo)軸方向運(yùn)動(dòng)。機(jī)床的基本框架是焊接式結(jié)構(gòu)，以便達(dá)到較高的整體剛性的目的。機(jī)床之所以采用這種加工形式是因?yàn)橛脩粼谟嗀洉r(shí)還希望在這些機(jī)床上加工鋁合金工件。而機(jī)床整體剛性的提高對(duì)于加工合成材料工件無(wú)疑是很有益的。 
              機(jī)床的導(dǎo)軌采用的是預(yù)緊力滾動(dòng)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)裝置配備的是滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力連續(xù)不斷的傳遞到運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上。凡是暴露在外邊的機(jī)構(gòu)和裝置，例如工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)等，都被嚴(yán)密的遮蓋防護(hù)起來(lái)，這樣就有效的防止了粉塵的侵入。在這些加工機(jī)床中，也采用了線性驅(qū)動(dòng)技術(shù)，例如在機(jī)床的Y坐標(biāo)軸方向的運(yùn)動(dòng)中使用的就是西門子公司生產(chǎn)的線性步進(jìn)電機(jī)（1FN3型）。 
六個(gè)數(shù)控坐標(biāo)軸完成兩個(gè)分體工作臺(tái)的切削加工  
              機(jī)床的主軸采用的是功率6KW、最高轉(zhuǎn)速為60000轉(zhuǎn)/分的高速主軸。在Aircabin公司的三臺(tái)加工中心中，每臺(tái)機(jī)床都配備有一個(gè)切削功率為2.5KW、轉(zhuǎn)速為40000轉(zhuǎn)/分的銑削主軸，安裝在主軸托架上。而這一輔助切削主軸也可以根據(jù)生產(chǎn)加工的實(shí)際需要靈活的配置在機(jī)床的其他部位，這使得原來(lái)難以完成的切削加工在輔助銑削主軸的幫助下變得非常方便。為了完成復(fù)雜的飛機(jī)零部件加工任務(wù)，這些機(jī)床都可以按照5+1的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行切削加工。機(jī)床沿坐標(biāo)軸方向的快速進(jìn)給速度為：X坐標(biāo)軸80米/分，Y坐標(biāo)軸110米/分，Z坐標(biāo)軸40米/分。在X、Y、Z坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)距離分別為：5670毫米，4650毫米和1150毫米。B回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)角度范圍為-125到+125°，C回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)角度范圍為-120到+470°。第六個(gè)NC數(shù)控坐標(biāo)軸可以方便的用于兩個(gè)獨(dú)立的工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。
              作為標(biāo)準(zhǔn)刀具庫(kù)，這些加工中心配備的是可容納12把刀具的盤式回轉(zhuǎn)刀具庫(kù)，安裝在Z坐標(biāo)軸上。這種隨同切削主軸一同運(yùn)動(dòng)的刀具庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)非常短的換刀時(shí)間。在Aircabin公司的龍門式銑削加工中心中采用的是雙面刀具庫(kù)，也就是說(shuō)一次可以容納24把刀具，每次換刀的時(shí)間在9秒鐘以內(nèi)。由于銑削中心的兩個(gè)工作臺(tái)可以分別獨(dú)自運(yùn)動(dòng)，因此裝夾工件的輔助時(shí)間就大大縮短。例如，在正常情況下一個(gè)工作臺(tái)在進(jìn)行切削加工，而另一個(gè)工作臺(tái)則可進(jìn)行工件的裝夾。當(dāng)被加工工件的尺寸和體積比較大時(shí)，兩個(gè)工作臺(tái)也可以當(dāng)作串聯(lián)在一起同步運(yùn)動(dòng)的一個(gè)整體工作臺(tái)使用。在裝夾工件時(shí)，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到銑削中心的工作間外，保證了不會(huì)將粉塵帶到生產(chǎn)車間里。
              整個(gè)銑削加工中心有著完全的防護(hù)密封。為了排除銑削時(shí)產(chǎn)生的銑削粉末，在C坐標(biāo)軸上安裝了抽氣排塵系統(tǒng)，它可以很好的吸取5坐標(biāo)軸加工時(shí)銑刀切削所產(chǎn)生的粉塵。一方面從機(jī)床的加工間里吸取含有粉塵的空氣，另一方面從機(jī)床外部送入純度達(dá)99.9%的純凈空氣，從而使加工間內(nèi)的粉塵量大大減少。另外，在機(jī)床的工作臺(tái)中還配備有空氣吹屑裝置。采用上述措施之后，可以保證從機(jī)床中出來(lái)的是干凈無(wú)粉塵的潔凈工件。  
              受加工過(guò)程控制的銑削刀盤從自動(dòng)的高架立體庫(kù)中采取刀具。刀盤在交接工位處由定心機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)整定位。機(jī)床中有自動(dòng)控制裝置，可以自動(dòng)的控制銑削刀盤對(duì)刀具的鎖緊和松開。銑削刀盤中刀具的正確性識(shí)別采用的是條碼識(shí)別技術(shù)。在進(jìn)行銑削刀盤的改換時(shí)，同時(shí)也在讀入新的銑削加工數(shù)控程序。機(jī)床與高架立體庫(kù)之間是通過(guò)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換（例如銑削刀盤的件號(hào)，規(guī)格大小，存放地點(diǎn)等等）的。整個(gè)系統(tǒng)與Aircabin公司的PPS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。 
              安裝銑削刀盤的是一個(gè)托架，每個(gè)托架有六個(gè)按照“即插即用”原理設(shè)計(jì)制造的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以便完成工件的切削和位置控制。它們可以在不關(guān)閉電源的情況下任意插接與拔除，這一特性對(duì)于自動(dòng)化生產(chǎn)加工中的刀盤改換來(lái)說(shuō)非常優(yōu)越。每個(gè)銑削刀盤由12個(gè)夾緊和位置控制氣缸（油缸）進(jìn)行控制和監(jiān)控。在加工飛機(jī)零部件時(shí)，每次只能從服務(wù)器中下載一個(gè)加工程序，而且每次只允許當(dāng)前運(yùn)行的加工程序進(jìn)行訪問，這就有效的避免了加工程序之間的混淆和錯(cuò)誤。機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、夾具刀具的控制系統(tǒng)和切削加工參數(shù)的控制系統(tǒng)采用的是西門子Sinumerik 840D數(shù)控系統(tǒng)。 
極高的CNC適應(yīng)性能  
              數(shù)控系統(tǒng)帶有兩塊Intel公司的Pentium微處理器，使用的是微軟公司的視窗操作系統(tǒng)，這給了用戶一個(gè)開放式的數(shù)控程序編制方案，給用戶提供了更加廣闊的數(shù)據(jù)通信與交換的天地。如果被加工工件的結(jié)構(gòu)形狀非常復(fù)雜，Aircabin公司的CNC加工中心會(huì)將這些加工數(shù)據(jù)分配給下一級(jí)的NC控制系統(tǒng)：NCU 573.3。該NC控制系統(tǒng)具有10個(gè)工作通道，可控制31個(gè)坐標(biāo)軸。一般來(lái)講，這些NC控制系統(tǒng)不處理銑削加工程序。
               西門子Sinumerik 840D型CNC數(shù)控系統(tǒng)可以為高性能、高要求的數(shù)控加工機(jī)床提供所需的一切功能，例如預(yù)測(cè)未來(lái)的高速切削加工、無(wú)漂移的運(yùn)動(dòng)控制和預(yù)控制、曲線曲面的非均勻有理B樣條插補(bǔ)、功能強(qiáng)大的5坐標(biāo)控制功能、鉆、銑、車、連續(xù)沖裁、沖壓、磨削和激光加工工藝技術(shù)在一套控制系統(tǒng)中的集合、加工過(guò)程中的測(cè)量以及安全可靠性檢驗(yàn)技術(shù)等等。為了使銑削加工中心可以實(shí)現(xiàn)雙工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，還專門開發(fā)了包括具有程序自動(dòng)預(yù)選功能的專用程序。
              在西門子Sinumerika 840D數(shù)控系統(tǒng)中，一個(gè)非常重要的特點(diǎn)是安全可靠性。它包含了智能化的安全檢測(cè)技術(shù)，包括了從系統(tǒng)層次到各個(gè)驅(qū)動(dòng)部件層次、檢測(cè)系統(tǒng)層次的安全可靠性檢驗(yàn)與控制。該安全監(jiān)控模塊不僅對(duì)人員和設(shè)備的安全可靠性有著幫助，而且還可以簡(jiǎn)化機(jī)床的設(shè)計(jì)，因?yàn)樵S多功能都已經(jīng)集成到數(shù)控系統(tǒng)之中了，不必再依靠外部開關(guān)控制部件來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能。
              于飛機(jī)制造企業(yè)來(lái)講，普遍感興趣的是功能強(qiáng)大的、優(yōu)化了的運(yùn)動(dòng)控制語(yǔ)句，適用于5軸銑削的新的半徑補(bǔ)償功能。在這種新的刀具補(bǔ)償功能里，對(duì)銑刀的半徑尺寸進(jìn)行補(bǔ)償后可自動(dòng)的對(duì)銑刀的長(zhǎng)度尺寸進(jìn)行適配，以及提前進(jìn)行的刀具運(yùn)動(dòng)位置檢驗(yàn)，全新的運(yùn)動(dòng)加速信息反饋方式等等。在大型加工機(jī)床中，利用位置測(cè)量系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的固有自振頻率進(jìn)行測(cè)定，并作為需要衰減的參數(shù)輸送給機(jī)床的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于這種主動(dòng)式的減震措施，Aircabin公司的數(shù)控銑削加工中心可以在大型工件的表面得到均勻一致的加工質(zhì)量。 
              將來(lái)進(jìn)一步的計(jì)劃是利用專門的控制程序?qū)⒏呒芰Ⅲw庫(kù)與數(shù)控銑削加工中心連接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全部自動(dòng)化控制。另外，還可以在銑削夾具的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)12個(gè)數(shù)控軸的自動(dòng)化控制。到那時(shí)，軸驅(qū)動(dòng)控制器（Simodrive 611U）將會(huì)從CNC控制系統(tǒng)中的PLC中獲得控制指令，而不是從NC數(shù)控程序中獲取控制指令。這將會(huì)進(jìn)一步提高機(jī)床自動(dòng)化加工的靈活性。西門子公司也計(jì)劃專門為這種大型銑削加工中心研制開發(fā)一種操作控制界面，使它可以與生產(chǎn)控制服務(wù)器或者高架立體庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并且每次只允許唯一的一個(gè)程序經(jīng)過(guò)登錄許可驗(yàn)證后在特定的目錄中存取。加工中使用的零點(diǎn)數(shù)據(jù)同時(shí)由服務(wù)器提供。