加工中心的更高柔性

“專用機(jī)床循環(huán)時間肯定要更短，但是當(dāng)它發(fā)生故障時，只能等修好機(jī)床后才能重新開始生產(chǎn)。而如果要針對另一批加工任務(wù)給專用機(jī)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(dāng)今生產(chǎn)要求的CNC機(jī)床。”如果您從以上說法中感覺出專用機(jī)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(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，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(dá)20,000轉(zhuǎn)/分鐘。

　　

　　輸入閥曾一度幾乎全部是在自動分度機(jī)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(jī)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(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(jī)床，我們越來越多地意識到，針對不同工件裝夾調(diào)整機(jī)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(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(dāng)專用機(jī)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(jìn)行生產(chǎn)。相反，當(dāng)在若干臺標(biāo)準(zhǔn)CNC機(jī)床上展開生產(chǎn)時，如果一臺機(jī)床發(fā)生問題，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(jī)床。

　　

　　接著，工廠考察了標(biāo)準(zhǔn)CNC鉆削和攻絲機(jī)床。為了滿足所涉及的生產(chǎn)批量，需要若干臺這樣的機(jī)床，然而，由于機(jī)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(jī)器人。為了給輸入軸以90度增量分度而進(jìn)行鉆削，還需要一個分度工夾。購買機(jī)床并給它們配置工件加工所必需的工件搬運設(shè)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(jìn)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(jī)床還配備一個綜合龍門上料器，它可以從位于機(jī)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(jī)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(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(dāng)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(jī)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(jìn)行分度以進(jìn)行鉆孔操作。另外，機(jī)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(jī)床上繼續(xù)加工輸入軸，并以單獨的工序在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(jī)床完全替代了分度機(jī)床。

　　

　　當(dāng)工廠接到一個小噸位載貨卡車助力轉(zhuǎn)向機(jī)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(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)購買了另外三臺A-12型機(jī)床。

　　

　　類似地，工廠購買了第五臺A-12機(jī)床來完成曾經(jīng)用于生產(chǎn)維修件的舊分度機(jī)床的操作。兩臺舊機(jī)床被報廢。CNC機(jī)床組給工廠提供了分度機(jī)床無法提供的生產(chǎn)靈活性。Kapadia先生解釋說：“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。這一點意味著我們可以在任何時候在任何機(jī)床上加工任何零件。”

　　

　　這些加工中心還可以用于加工臨時性的工件。例如，在助力轉(zhuǎn)向單元的設(shè)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(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，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機(jī)床

　　

　　在Visteon，加工中心是成排布置的。所有五臺機(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(jī)床來鉆削輸入軸中的孔。加工中心已經(jīng)替代了這些機(jī)床中的三臺。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(dāng)Visteon的Indianapolis底盤廠從專用分度機(jī)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(jī)床每班鉆削數(shù)以千計的孔，必須隨時進(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。其中一個原因是，一名操作員操作所有5臺CNC機(jī)床，沒有時間進(jìn)行刀具偏置補(bǔ)償。此外，操作員犯的某個錯誤可能導(dǎo)致成批零件超差，或者甚至導(dǎo)致機(jī)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(jī)床控制器自動發(fā)送信號來補(bǔ)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(fù)精度為0.001mm。測量數(shù)據(jù)通過被保護(hù)電纜直接從測頭傳送到機(jī)床控制器上。

　　

　　除了更好地控制孔尺寸和提高機(jī)床操作時間外，該測頭還提供了大大節(jié)省刀具的機(jī)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(jìn)行補(bǔ)償�，F(xiàn)在，由于每臺機(jī)床都安裝了一個測頭，可以測量鉆頭并自動進(jìn)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(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(jī)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(jìn)行檢測的情景。如果測頭感應(yīng)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(bǔ)償磨損量。