通过工艺优化减少磨削时间

作者:LOTHAR HANDGE 文章来源:弗戈工业在线 发布时间:2011-08-09
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这款配备了6个CNC轴的高性能机床能够进行电火花加工、抛光和自动测量PKD或其他难加工材质的刀刃。可配备高达72个工件的工件库,多达6个的电极和砂轮片实现了低人力操作

机床硬件和软件的不断进步为刀具制造带来了生产率、灵活性、精确度和用户舒适度方面的诸多好处。例如,专用磨削软件与相结合的工艺能够帮助优化制造工艺和减少制造用时。

当EMO 2009在全球性金融和经济危机的背景下举行时,这场危机正在全力攻袭着所有的机床和设备制造商,当时的情况已经不能再糟了;而EMO 2011举行时的经济前景明显指向了增长。经济形势的改善也有利于工具磨床和磨料制造商,如位于瑞士的Winterthur Technologie Gruppe (WTG)公司,这家公司2010财年的业绩出现了强劲增长。WTG公司管理委员会主席Edgar Rappold博士表示,与2009年相比,这家企业获得的订单量增长了81.6%。在磨床这一主要业务领域,根据具体分类,增长在55%~66%之间。Rappold继续谈道:“经济恢复和工业企业机床投资再度复苏的迹象都得到令人印象深刻,订单几乎增长了4倍。重要客户都已经下达了在2012财年发货的机床订单。”


图1 位于Zug的Wintethur公司管理委员会主席Edgar Rappold博士表示:“机床订单几乎比前年高出4倍。”

在对精密刀具的需求量不断上升的情况下,磨床和磨削刀具制造商也承受着持续改进产品的压力。高生产率的磨床和高性能、操作优先的磨削软件,已经成为与高效刀具重磨一样的刀具制造中必不可少的部分了。而刀具重磨可以成为新刀具的可行替代解决方案,即使对如今使用如此广泛、大量购入和一次性使用后即刻抛弃的廉价刀具也是如此。

对机床精度的要求不断提升

一种提高刀具研磨和重磨效率的措施是,采用已经准确针对所面临任务而进行了改造的机床。因此,那些功能范围受到明确限制的机床成为了最优性价比的备选方案,而不是那些只有一部分功能得到利用的“全能型机床”。但是,选择机床的决定性因素最终还是所要求的生产能力。这里要遵循的方针是:批量越小,对机床设计的针对性就应越低。


图2 “通过采用这一优化工艺,根据刀具类型的不同,磨削耗时最多可减少40%,”位于Tübingen的Walter公司的西欧和出口市场的营销总监Schurius这样强调说

还值得我们注意的是,对机床的精度要求正在提升。例如,通过机床床身采用聚合物混凝土或花岗石材质制造,可以提高刚性和减振性能。此外,对于操作者的舒适度和灵活性的要求也在提升,对于磨床的可用性和易维修性的要求也一样在提高。除了对机床和磨削软件进一步的要求以外,对于这一类机床的关注重点越来越多地集中在了外部设备和配件上,诸如光学测量设备。另外,还有特别针对刀具安装灵活性的要求,其目的是尽量减少停机时间。因此,可以看到目前配备了越来越多的工件拣取系统,这些装载和卸载单元已经集成到机床并安装在机床外部。以一次装卡制造复杂刀具的趋势,得到了砂轮片和冷却液更换装置的支持。在用于重磨刀具的机床上,由于批量很小,所以特别有必要提供极高的灵活性。这种要求对那些能够容易和舒适编程的控制装置是特别有利的。灵活性也可以通过将不同的工艺,如磨削和电火花加工,集成到一台机床上而得到提升。通过根据所获得的订单将这种类似的机床进行组合,用户就能灵活地在硬金属、HSS、CBN或PKD材料刀具的制造和重磨作业之间进行切换。不同工艺的组合使得各个工艺的专长得到发挥,并同时缩短了刀具更换和制造用时。

对于使用计算机和其他电子装置的人们来说,能够提升生产率的优化软件一般都是比较著名的软件。在磨削技术领域也不例外。在新刀具加工编程工作时对速度有特别要求,因为用户往往会要求在软件自身执行尽可能多的工作步骤的情况下快速达到自己的目标。位于Cologne的Alfred H. Schütte公司在其新SIG Spro软件上集成了一项助手功能,此功能能够在提出少数几项询问的基础上,立刻编制好必要的磨削作业,并合理地调整好所有几何和技术参数,而且可以以3D仿真的形式看到这些初步方案。在随后进行刀具精调时,所有输入参数就已经存在了。


图3 工具磨床的机器人装载机提供了优于其他类型装载机的更高灵活性

能大幅提升生产率的高性能软件

在SIG Spro软件中,已经抛弃了将整个软件分割成多个程序包的传统方式。在这款软件中,只存在一个针对旋转刀具的“程序包”,所有适应于这种刀具的加工作业都包含在其中并可以进行任意组合。SIG Spro具备针对工件的具体齿情况而编制单独的NC子程序的强大能力。据说,磨削作业可以在具体齿的磨削操作中轻松自如地进行启动和停止,也可以输入适用于具体齿的参数。此外,刀刃上的许多参数都是可变的。

在位于Tubingen的Walter公司的Helitronic Tool Studio磨削软件之中,已经针对Helitronic系列磨床上的刀具磨削作业,开发了专门的解决方案。用于铣床的Reapply Wizard向导程序提供了一种特殊功能,可以方便地将现有工件识别号扩展加入加工作业中。


图4 位于Biberach的Vollmer公司首席执行官Stefan Brand博士表示:“即使是经验不足的工人也能在组合加工过程中进行仿真、测量、电火花加工和用夹层板或烧结板来加工PKD钻孔刀具。”

西欧和出口市场营销总监Achim Schurius表示:“例如,通过这种方式可以将数据,如内角半径,只要点击几下鼠标就能添加到已有识别号的几何尺寸数据之内。”其中还包括了在刀具重磨期间的制造转换。

Helitronic Wheel Shape按照由用户决定的空间加工模板,计算出必要的加工模板。这种空间加工模板可以作为CAD文件(DXF)存档,也可以通过预先参数化的切屑空间模板(例如Helidrill模板)进行存档。其优势表现在切屑空间尺寸选择方面的最大灵活性上。这款软件还能够在一次机床作业中采用所有著名的砂轮片模板。

通过插件“Tool balancer”和“Feedrate optimizer”,Walter提供了更多可大幅提升性能的解决方案:Feedrate Optimizer能够计算出每次磨削运动作用于砂轮片上的载荷并最佳地控制进给速度。“通过使用这种优化过程,根据刀具类型,最高可以达到超过40%的磨削用时减少。”Schurius宣称。在使用Tool balancer时,刀具的不平衡运动将得到分析,并自动采用相应的纠正性措施,得到完美平衡的刀具加工结果。


图5 模块化构造的机床不仅能够对刀具进行磨削和电火花加工,还能抛光这些刀具

机器人装载提升了部件装载的灵活性

通过采用新型机器人装载机,Walter拓展了Helitronic Power、Power Diamond和Vision机床的托盘装载机类型。配备一台Fanuc制造的LR Mate200iC/5L型机器人,这款机器人装载机在装载刀具、型板和生产部件方面优于其他装载机类型,具有更高灵活性。在3个托盘上,根据直径,可以存放多达1500个工件。通过容量扩展装置,可以在总共7个托盘上存放多达3500个工件。

位于Biberach的Vollmer公司将在汉诺威EMO 2011上展示自己扩展后的刀具磨削和电火花加工机床。这些设备配备了自动抛光工序以及仿真软件Exlevel,可在机床QXD 200/400上制造PKD刀具。“这些Vollmer制造的机床采用了模块化构造,可以根据应用和用途针对PKD刀具的加工做出个性化的改造,”公司首席执行官Stefan Brand博士这样解释说。

通过简单的升级,即使之前没有集成过相应功能的通用机床QXD 200,也能以一次装卡方式对PKD刀刃进行电火花加工和抛光加工。在对钻槽机床和其他机床用的PKD刀刃、刀面、开槽进行自动接触式感测之后,可以对刀具执行振荡抛光。抛光工艺的设计使得只能从切削刀刃的后方,对PKD刀刃直接进行抛光。“这样就可以缩短加工用时并降低制造成本,”Brand强调说。这样就能够以均匀一致的质量和较大的批量,以无需操作员的自动化制造方式生产PKD铣削刀具。QXD 200的通用性也得到了展示。Brand表示,通过使用仿真软件Exlevel,这款机床可以自行以微米级的精度磨削几何形状更复杂的PKD钻孔刀具:“即使是经验不足的工人也能在组合加工过程中进行仿真、测量、电火花加工和用夹层板或烧结板来加工出PKD钻孔刀具。”

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