在模具制造中,高精度起着越来越重要的作用。在生产过程中,高的精度为模具带来了好处。Röders公司通过改善众多的技术细节,进一步开发它的高速切削工艺,目前,即使在硬加工大型工件时,都可以获得光泽的镜面和低于1微米的精度。Röders公司的经理Jrgen Röders先生十分清楚:“在工业生产的所有领域,对模具精度的要求都在不断提高。”
注重整个生产工艺流程的细节
“为了可重复达到精密的加工成果,整个生产工艺流程的许多技术细节必须相互协调一致”,Röders公司的销售部门领导Oliver Gossel先生说道。如果遇到高速加工硬度达60HRC的硬材料,同时又是尺寸大和重量重的工件,则对加工还要提出更高的要求。首要的前提是要求机床床身具有很高的刚性,并采用特别精确的轴驱动装置。Röders公司的加工中心不论是RXP结构系列,还是RHP系列,在所有的坐标轴上都采用了高动态直线电动机。这两个结构系列的轴驱动步距为50 nm(纳米)。此外,对与工作热有关的主轴长度的不可缺少的补偿,为确保精度做出了贡献。借助于一个直接装在回转轴和分辨率在纳米范围的传感器来采集主轴的位置,并由控制系统实施补偿。“工作最快”的RXP结构系列的加工中心装备有摩擦小、工作温升低,同时还具有很高刚性的一流滚动导轨。而针对更高精度要求而设计的RHP系列加工中心,在所有主要坐标轴(指立式5轴加工中心上的X、Y和Z这三个直线轴,另外两个回转轴 A和C为辅助坐标轴——译注)上都采用了耐磨和无摩擦的静压导轨,并装有分辨率为1纳米的高精度玻璃光栅尺。
图1 用大流量进行冲洗:一个控制在一定温度范围内和经精
细过滤的大流量冷却润滑油,使工件保持在所要求的温度范
围内,并将重新可能会碰到刀具和损伤工件表面的切屑冲走。
恰恰在加工区的温度必须要合适
“要长期保持好的加工成果,只有实施温度控制才是可能的”,Jrgen Röders先生说道。但是,仅仅对加工车间进行空调是不够的:恰恰在加工区,主轴驱动装置和轴驱动装置将较高的千瓦功率能量释放到这个极狭窄的空间里,在这里,同样需要一个高效和高度精确的温度控制,否则机床就抵御不了热的影响。Röders公司特别重视对加工区温度的控制,对于特别高的精度要求,公司可提供一种专门的超高精度(Ultra-High-Precision)结构的RXP机床,这种机床在导轨里铺设了附加的冷却通道,并在主轴里设置了大尺寸的冷却孔。
另一方面是采用大流量经恒温处理的油替代水基乳化液进行冷却冲洗。恰恰是对于水基冷却润滑液,由于水的汽化就难于控制冷却效果。可能出现的失火风险可以通过相应的传感器和高技术灭火熔断丝进行有效控制。用大流量恒温润滑油冲洗,使工件的温度保持在要求的范围内,同时冲洗掉了切屑,否则这些切屑有可能会重新碰到刀具。
“使我们机床得分的是我们在同一台机床上复合了铣削和磨削加工。” Oliver Gossel先生说道。通过这种工艺复合,就可以首先采用铣削把淬硬的工件粗加工至精加工余量,然后通过精密的磨削工艺进行精加工。由于工件无需进行换夹,省去了这种费事、费钱的操作。与铣削相比,磨削工艺的优点在于能够切下任意厚度的切屑,并且可以获得较高的加工表面质量。对于磨削工艺、视加工任务,Röders公司提供两种战略,如采用较小进给量的快速短行程磨削(它是往复式磨削的一种工艺变型——译注)或采用较大进给量的慢速短行程磨削。对于诸如孔加工这种标准的加工任务,是作为战略软件包储存在控制系统里,可以通过参数进行调用。其他的优点是可以加工诸如硬质合金或陶瓷等高硬度和脆性的工件材料。“对于质量保证措施的一个重要模块是集成测量功能。” Jrgen Röders先生说。
图2 高精度硬铣:在模具制造中,加工中心RXP500可以高速加工所
有的材料,随意选择的回转-摆动工作台可以将加工从3轴扩大到5轴。
为了精确地检测工件和刀具,采用了高精度测量系统。首先,测量刀具的激光测量仪是标准配置,测量仪安装在工具架盖板的下面,以避免弄脏。利用激光测量仪不仅可以很精确地测定铣刀的长度,而且可以测量铣刀的直径。为了避免由于粘上切屑而造成测量误差,刀具在测量之前,借助于喷嘴对刀具进行喷淋清洗掉脏物和切屑,接着进行吹干。为了对砂轮进行附加的精密测量,可使用装有金刚石表面的三维触靠测量站,这种触靠测量,同刀具进行极轻微地接触便能灵敏地产生反应。
装有触靠滚珠的测头是质量保证系统的组成部分
质量保证系统最重要的组成部分是一个装有特小触靠滚珠的高精度测头,该测头装夹在刀夹里。在加工过程的两道工序之间,并在同一装夹的情况下,利用该测头对工件尺寸进行精确测量。测出的数据与三维CAD图示的给定值进行比较。测量系统良好的功能可以利用两个校准器(球形和环形状衡量器)自动进行检验。
自动保证质量的另一个部件是一个小直径砂轮的修整站,以及借助于安装在机床工作台侧面的传感器对磨削过程进行音响监控。
全自动孔加工
“控制系统通过储存的程序应用于高精度的孔加工”,Oliver Gossel先生说道。在加工时,可以达到±0.5μm的尺寸精度和表面粗糙度Ra仅为0.012μm的特别光滑的表面。粗加工首先是采用铣刀,通过铣刀把孔加工到留余量约为100μm,然后用测头对孔内侧进行测量,并与CAD图示的几何尺寸进行比较。通过该差值,控制系统计算出剩下的余量和在孔中心距可能的偏差,并确定加工参数。在进行磨削工序之前,要对小直径砂轮进行修整和测量,然后进行粗磨直到留5μm的加工余量。在重新进行测量后进行精磨,磨削到留1μm的加工余量,再次进行测量,接着进行最后的精细磨削,加工到±0.5μm的精度。
“对于5轴加工,我们开发了一种新的战略”,Jrgen Röders先生说道。前提条件是采用转矩驱动装置的回转/摆动工作台,转矩驱动装置具有像直线轴那样可比较的特点。对于这样的5轴系统,基本问题是附加坐标轴相对于基础机床的坐标系统之间的偏差。这是由于回转/摆动工作台的角度位置的变化,引起工件位置和定位的误差,这种干扰机能有损最终的加工精度。