倒置式加工机床工作时,将夹持在“主轴”上的工件移向配置在两侧的动力头,完成一道工序后移至另一个动力头,进行下一道工序的加工。
倒置式加工(Reverse Machin-ing)主要有以下几大特点:
(1)通常的加工方式是工件放置在工作台上,刀具夹持在主轴上,主轴从上面移向工件进行加工;倒置式加工反其道而行之,工件从上面移向刀具完成进给,刀具通常不移动。
(2)所有进给运动由夹持工件主轴完成,机床上可配置多种刀具,不一定需要刀库,机床结构非常紧凑。
(3)工件夹持在主轴上,加工时切屑、冷却液直接排放到机床床身的收集器内,有利于保证加工精度。
(4)工件在夹持状态移动,倒置式加工仅适用于加工尺寸不大、重量有限的零件。
倒置式立式车削中心
德国Index公司的V100型立式车削加工中心是典型的倒置式加工机床。机床的电主轴不仅提供的切削所需的旋转运动,且借助3组并联杆机构驱动实现进给运动。其配置原理是将杆机构的支点固定在滑座上,控制滑座在立柱上的移动实现主轴3个坐标的进给运动。V100型立式车削加工中心主轴功率10.4kW,转速10000r/min,适合加工夹持直径小于130mm的盘类件。加工时刀具固定在机床前下方的工作台上,主轴提供切削过程的主运动,同时完成进给运动。主轴可作上下、前后、左右3个方向的移动,刀具可以多层、多排固定,完成各种车削、钻镗工序。这种机床结构配置形式没有刀库,省去了换刀动作和换刀时间。
主轴兼具机械手装卸工件的功能,在环绕机床外围的传送带托板上装上待加工的毛坯,传送带可将毛坯送入物流管道中。工件加工完毕,主轴将加工好的工件放入管道的空位,同时从物流管道中取出一个新毛坯。
倒置式复合加工中心
德国ELHA Maschinen-bau公司的FM3+X型和FM4+X机床是典型的倒置式复合加工中心,为了实现高效加工最大限度减少非切削时间,采用了非常独特的配置。机床的主体是一个封闭的框架,框架前面有固定孔的阵列,用以固定各种动力头。动力头类型多种多样,可以是单轴的、多轴的角度的和转塔的等类型。每个动力头都由独立的电动机驱动。动力头上每把刀具都有专门设计的“刀具主轴”。刀具主轴的形状、尺寸、扭矩和转速是同加工任务要求所使用的刀具相匹配,动力头本身固定不动。
所有快速行程和进给运动都由“工件主轴”完成。工件主轴不仅完成3个坐标的移动和1个坐标轴的回转,还具有抓取和放开工件的机械手功能。
FM系列加工中心把一条自动线集成到一台机床上,它既具有自动线多刀、多工序的高效率,又具有加工中心的柔性,维修和操作方便。适合加工各类壳体、轴类和盘类零件一次装夹,全部加工完毕,保证了较高的加工精度。还适用于加工铸铁、铝合金以及低合金钢的零件,加工一个零件的时间大约为20s~50s,可满足大批量生产的要求。FM系列倒置式加工中心的技术特性见表1
TransFlex柔性制造系统淘宝特卖商城去黑头眼霜哪个好化妆水什么牌子好日霜泡澡产品哪种好品牌美容电器哪个牌子的好
瑞典Modig公司开发了一种新型的柔性制造系统(TransFlex System),以满足在实现高生产率和高精度的同时保持加工柔性的要求。由于它的柔性较高,既适用于小批量生产,也可用于大批量生产。
TransFlex采取倒置式龙门配置,与一般龙门式加工中心不同的是安装在“主轴”上的不是刀具,而是夹具和工件。机床工作时,将夹持在“主轴”上的工件移向配置在两侧的动力头,完成一道工序后移至另一个动力头,进行下一道工序的加工。横梁在机床立柱上沿X轴纵向移动(4700mm),工件主轴在横梁上沿Y轴移动(1000mm),工件主轴上下沿Z轴移动(600mm)。如果配置回转或摆动装置,工件和夹具可完成C轴(±180°)和A轴(±90°)转动,实现四轴或五轴五面体的加工。
X、Y、Z方向皆采用直线电动机驱动,快速移动速度为120m/min,加速度为1g~2g。此外,X和Y轴按重心驱动原理,采用两个直线电动机,使驱动力的合力处于中间,以保证最佳的动态性能和定位精度。工件的最大尺寸可表示为700mm×300mm×200mm,最大毛坯重量为75kg,零件净重25kg。较大的工件在加工时可能会遇到一些限制,出现干涉现象。
TransFlex的两侧最多分别配置5个沿直线导轨移动的动力头,完成钻、铣、镗、铰等工序。动力头可垂直或水平配置,功率和转速可根据相应的工序进行优化和确定。一次装夹即可完成零件的全部加工。当水平动力头退到后面位置时,可进行换刀,刀库的容量为2、4或15个,按加工需要选择。由于刀具交换是在另一个动力头工作时进行的,与加工时间重合,没有时间损失。
由于大幅度降低了非切削时间,生产效率明显提高,零件加工时间分析表明,尽管切削加工时间一样,由于辅助时间的减少,单位时间的生产效率提高了一倍。TransFlex还有一个非常重要的优点,即可以很方便地以串联或并联的方式,加上物流系统及装卸机械手组成自动生产线或无人化加工车间,将高效率的大批量生产和柔性制造结合起来。它甚至还可以组成多品种零件的混流自动生产线,并且快速调整,进行高度柔性的混流生产。
南京四开电子企业有限公司已与瑞典Modig公司达成合作协议,引进TransFlex相关技术,试制样机将在今年问世,计划2009年投入批生产。
作者:张 曙
同济大学教授、博士生导师、现代制造技术研究所名誉所长、哈尔滨工业大学管理学院兼职教授、香港理工大学客座教授、如皋市人民政府顾问、张曙科教基金董事长,中国机械工程学会荣誉理事。一直致力于先进制造技术及其发展战略的研究。