在最小作业面积上实现高生产率
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图1 以最小的安置面积获得高的生产率:SW的立式加工中心BA S03利用在整体构件上框架结构的优点
为求最高的生产率,需要在有限而成本较高的作业面积上进行经济地生产。作业面积是选择合适加工中心时的重要准则。最好是采用多轴机床,结构尽可能紧凑的机床。兼有这两种特性是比较理想的。而施韦比施机床有限责任公司(SW,厂址:Waldmossingen)的专家们,以BAS03立式加工中心(图1)的结构系列成功地做到了这一点,这些机床通过两个主轴和两个桥式夹具的双回转支座,在批量生产中以最小的安置面积来获得最高的生产率。
结构紧凑、高刚性和高精度源于整体构件完善的结构和配置特点,使BA S03结构系列的所有加工中心具有较多的优点。由于是三侧面封闭的整体构件,对于单位置类型(加工位置同时又是工件上、下料位置)的机床只需3.6m×2.6m的安置面积,而对于双位置类型(分别设有加工位置和工件上、下料位置)的机床也仅需3.9m×3.0m的安置面积。另外,这种框架结构方式还具有特别高的刚性并在传递加工力时能形成封闭的力线。框架结构中,可将直线运动轴的驱动装置和导轨设置在加工区的上方和外面。其上就不会溅落切屑和冷却润滑液。Z轴是在一个封闭的框架内移动,这个框架以两侧的滚动导轨作为X轴,而滚动导轨又在Y轴的封闭框架上移动,由此构成一个“框中框”的封闭框架。Y轴由两个单独的驱动装置使进给丝杠实现进给运动,通过与直接测量系统的结合,即使由于切削力而产生偏心载荷,也可避免滑台的倾斜(图2)。这样,使加工中心BA S03在整个加工区达到的定位精度Tp为0.008mm(按VDI DGQ3441)。特别有利的是,由此而保持长期精度,这与立柱移动式机床和在立柱上配置滑台的这类典型结构的立式加工中心是不同的。直线轴快速移动时,以8m/s2的加速度进行加速,快速行程速度可达75m/min。

图2 不受载荷影响:X轴和Y轴通过封闭框架滑台的对称结构(框中框)和两侧单独可调节的驱动装置,即使在偏心力的作用下,在整个加工区仍能达到一致而稳定的精度

图3 可用于大部分装料任务的位置:对于加工中心的单轴变型,桥式夹具最大可承载400 kg重的夹具和工件,并由此可实现装夹多个工件
直接驱动的主轴转速达17500 r/min。从2500 r/min的转速开始,其驱动功率为15.5 kW(主轴电动机接通时间40%)。由于采用刀柄HSK63和转矩60 Nm,也可适用于较大的刀具,例如平面铣刀和装有可转位刀片的面铣刀。在这一年度,推出的一种新的机床变型,具有比迄今的主轴大两倍的转矩。进行换刀时,刀具的重量可达7.5 kg和刀具直径70 mm,当刀库装刀刀座两旁的两个刀座没装刀具时,该刀具可采用160 mm大的直径。加工中心的刀库容量为40个刀座(选项64个刀座),对于双主轴加工中心,刀库容量为2×20个刀座(选项2×32个刀座)。提取式换刀原理——主轴移动到换刀位置——减少了换刀所需的时间,由此,切屑到切屑的时间(两次切削间的平均中断时间)仅为3秒。
对于单位置类型的立式加工中心,在以600×400×400 mm(X轴、Y轴、Z轴)量度的加工区内配置一个桥式夹具。可回转360°(A轴,最高回转速度为50 r/min)和承载不超过400 kg重的夹具及工件(图3)。直接驱动和直接测量系统的结合可达到±5(角)秒的定位精度。

图4 减少辅助时间:在批量生产中,通过在回转支座上的两个桥式夹具在与基本时间平行的时间内进行工件的上、下料和两个主轴的加工从而提供了最高的生产率和最好的经济性
在最少辅助时间情况下进行综合加工双位置类型的加工中心,可使用由回转支座两侧支承的桥式回转夹具(A轴)。仅仅在3.5秒的时间内,桥式夹具回转180° ,从上、下料位置回转到加工位置。通过这种方式, 操作人员可以在与基本时间平行的时间内,按人机工程学最合适的装料高度进行工件的上、下料,这在SW公司的卧式加工中心上已证明是最好的设计准则。通过有机玻璃隔板把上、下料位置完全同加工区隔开,这样,切屑和冷却润滑液完全被阻隔在加工区内。从而排除了操作人员在进行上、下料时可能出现的危害。由于整体构件是向前和向上敞开的,所以具有良好的可接近性。这样,可以毫无问题的采用工业机器人实现工件的自动上、下料或通过龙门式上料装置实现工件的辅助上、下料(图4)。
在桥式夹具上通过附设的回转工作台,就可以以任意的角度进行加工,并且可以在工件一次装夹下实现工件的五面加工(B轴)。为实现这种加工和对于工件夹具所需的液压驱动装置和气动驱动装置或夹紧装置的接口,已经装在回转支座和桥式夹具上。在这里所谓的5轴工作台装有像桥式夹具的第4个轴相同的电动机。回转工作台配置一个,还是两个桥式夹具要经过经济性计算来决定。
在向下敞开的加工区里,光滑的隔板有利于切屑的流动,BA S03又非常适合于进行干加工。在机床上也设置了主轴的内部冷却液供给装置,主轴可通过专门的回转接头把微量油气润滑液(湿润剂)送到刀具的切削刀刃上,这可以像常规的冷却润滑装置那样产生最高达120巴的压力。由这种立式加工中心结构系列组成的机床系统,使我们可以在最小的安置面积上获得必要的高生产率。在这里,生产企业可以从机床的不同品种中灵活的选择最合适的变型品种。对于小批量生产和频繁更换工件的情况,应优先选择单主轴单位置类型的并在桥式夹具上采用手动夹具的立式加工中心。
在中批量和大批量生产中为了达到很高的生产率,应选择双主轴双位置类型的并在桥式夹具上装有附加NC回转工作台的立式加工中心。可实现工件在一次装夹下,在其五个面上并以任意的角度进行综合加工。这就减少了生产时间,并对获得极高的精度作出了贡献。加工较小和中等尺寸的工件,可以采用结构紧凑、高生产率的BA S03结构系列的加工中心。
本文作者:Konrad Mucke
原载:《国际金属加工商情》2006年第11期
上载于:2006-11-9 12:17:52

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