磨削加工需要深謀遠(yuǎn)慮
發(fā)布日期：2011-11-25 蘭生客服中心 瀏覽：2360
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為了能夠在短期內(nèi)完成亞微米級(jí)精度的加工任務(wù)，Curt Reed公司采用了先進(jìn)的磨削加工技術(shù)，因?yàn)槠渌庸ぼ囬g無法承接或不愿承接這類加工任務(wù)。其車間對(duì)客戶的承諾完全體現(xiàn)在他們高水平的加工設(shè)備及其所應(yīng)用的先進(jìn)磨削技術(shù)之中。 當(dāng)我從Curt Reed公司的車間內(nèi)走過時(shí)，我清楚地看到，這家專門從事磨削加工的企業(yè)，其一切目標(biāo)均從長(zhǎng)遠(yuǎn)的利益考慮。其整潔干凈的 3000ft2(1ft2=0.093m2)廠房坐落在Connecticut州的Wallingford地區(qū)，車間內(nèi)安裝了兩臺(tái)來自Studer公司的萬能CNC數(shù)控磨床和一臺(tái)Zeiss公司的CMM坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，總價(jià)值約為125萬美元。這些先進(jìn)的設(shè)備讓Reed先生能夠充分地展示他的才能和發(fā)揮外圓磨床的作用，為國(guó)防、航天、汽車及模具加工行業(yè)提供廣泛的服務(wù)。一家小型企業(yè)在資本設(shè)備方面作出這樣的投資，說明其對(duì)前景充滿信心，對(duì)客戶保證履行諾言。 Reed先生的客戶們寧愿將其看作是提供精密磨削服務(wù)的長(zhǎng)期合作伙伴，而不是作為一個(gè)權(quán)宜之計(jì)的臨時(shí)供貨商，這一點(diǎn)對(duì)他來說是非常重要的。
圖1 這家加工車間采用最新一代的萬能CNC數(shù)控磨床，專門為國(guó)防、航天和汽車行業(yè)提供高精度外圓磨削和成形磨削加工服務(wù)
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圖2 這臺(tái)磨床上的B軸砂輪加工磨頭有30種不同的配置形式。在這個(gè)車間內(nèi)的S40型磨床配有兩個(gè)并列的砂輪，除了外圓磨削用砂輪以外，還留有一個(gè)可安裝互換高速主軸的位置，用于磨削加工凸輪一類的內(nèi)圓和外圓形狀
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Reed 先生于2000年創(chuàng)建了Precision Grinding Solutions公司。此前，他曾經(jīng)在一家大型消費(fèi)品制造廠的工具車間工作了15年。他在那里獲得了使用Studer S40型萬能CNC數(shù)控磨床的豐富經(jīng)驗(yàn)和使用CBN砂輪的高精度工具的磨削技術(shù)。最初，他建立的Precision Grinding Solutions公司主要為United Grinding Technologies’(UGT聯(lián)合磨削技術(shù))Studer集團(tuán)公司提供應(yīng)用工程服務(wù)。有了UGT集團(tuán)公司作為其早期的主要客戶以后，他才有機(jī)會(huì)進(jìn)一步涉及到Studer公司的磨削技術(shù)，從而遇到了各種類型的客戶，其中有一部分最終成為Reed先生的核心客戶。這才使Reed先生抓住機(jī)會(huì)于2004年開始提供他自己的磨削加工服務(wù)。 在這些早先的客戶中，其中有一家在磨削加工坦克發(fā)動(dòng)機(jī)高壓透平密封的過程中碰到了困難。Reed先生因?yàn)槭褂昧硪患臆囬g的S40型磨床而獲得的經(jīng)驗(yàn)，證明他可以承接該公司這個(gè)零件的磨削加工，于是他在自己建立的業(yè)務(wù)中，贏得了這筆生意。 Precision Grinding Solutions公司專門從事成形磨削加工、輪廓磨削加工和外圓磨削加工等業(yè)務(wù)。該加工車間主要為一級(jí)供貨商和二級(jí)供貨商提供磨削服務(wù)，因?yàn)樗麄兘?jīng)常需要磨削加工很多由超級(jí)合金材料、不銹鋼、碳化物和陶瓷等材料制成的復(fù)雜零件或表面采用硬質(zhì)處理的等離子噴涂零件。
安全的加工車間
Reed先生的加工車間特別適合于高精度磨削加工。該車間以前是一個(gè)從事印刷業(yè)務(wù)的工作車間，對(duì)溫度非常敏感，需要對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行精密的控制。其制冷能力為5t的Leibert氣候控制系統(tǒng)可以使溫度控制在±1oF范圍之內(nèi)，而且還可以使室內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臐穸取?該車間第一臺(tái)購(gòu)置的設(shè)備是Studer S40型萬能外圓磨床。該磨床上配有C軸加工頭，用于高速成形磨削加工；還配有一個(gè)B軸砂輪磨頭、旋轉(zhuǎn)式砂輪修整器、二氧化碳自動(dòng)滅火器和HEPA油霧過濾收集裝置。Studer設(shè)備由美國(guó)UGT聯(lián)合磨削技術(shù)集團(tuán)公司提供，該公司坐落在Ohio州的Miamisburg市。隨著其業(yè)務(wù)的發(fā)展，該車間又添置了一臺(tái)Studer S31型萬能CNC磨床，它的中心線要比S40型磨床短一些。 在這些機(jī)床上使用的B軸砂輪磨頭，可達(dá)到 0.0001o的分辨率，能夠配置30種不同的內(nèi)圓磨和外圓磨砂輪。Reed先生車間內(nèi)的S40型磨床，在其砂輪磨頭的一側(cè)裝有兩個(gè)并列的外圓磨砂輪。這兩個(gè)砂輪的直徑分別為400mm和500mm，可以在平直或以角度接近的位置上使用。砂輪磨頭的另一側(cè)留有安裝Fisher主軸的位置，主軸的轉(zhuǎn)速范圍為 12 000~120 000r/min，用于磨削加工零件的內(nèi)圓。S31型磨床在砂輪磨頭的兩側(cè)分別裝有兩個(gè)直徑為500mm的砂輪，并留有一個(gè)安裝內(nèi)圓磨主軸的位置，用于磨削加工內(nèi)圓的主軸也可用于磨削加工不圓的表面或者在零件的外圍磨削凸輪的輪廓。 Reed先生說：“他使用礦物油作為冷卻介質(zhì)，代替水溶液，因?yàn)榈V物油對(duì)磨削加工具有很好的性能和優(yōu)點(diǎn)，有助于磨床保持清潔。每臺(tái)磨床上都裝有專用冷卻液過濾和冷卻裝置，該裝置由Transor Filter USA公司提供。其中一個(gè)冷卻過濾裝置的容量為1000L；另一個(gè)冷卻過濾裝置的容量為1200L。這些裝置的尺寸適合于這類大型磨床的操作特性，因?yàn)樗鼈円筇峁┹^大容量的冷卻液。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，至今為止，這臺(tái)S40型磨床上的Trasfor冷卻過濾裝置已經(jīng)工作了11000h，系統(tǒng)中使用的礦物油還從未更換過。在冷卻液通過1μm的過濾系統(tǒng)前，該裝置中的磁性分離器可以清除冷卻液中的一部分污染物。由這兩個(gè)過濾冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，通過工廠屋頂?shù)奶旎ò迮欧诺绞彝猓悦馐管囬g內(nèi)的環(huán)境溫度提高。” Reed先生補(bǔ)充說，“對(duì)于工件的精密磨削加工而言，礦物油的冷卻與其過濾同樣重要。Transor冷卻過濾裝置將20oC的冷卻液輸送到磨床上，以冷卻機(jī)床的基座和工件。如果不能將零件保持在同一溫度的情況下磨削加工，那么要磨削閥門零件，并使其圓柱度保持在1μm的水平是不可能的。” 就Reed先生的加工車間而言，不管在什么時(shí)候使用礦物油作為磨削加工的冷卻液，機(jī)床都必須配置自動(dòng)滅火系統(tǒng)。他曾經(jīng)看到過一些較大的生產(chǎn)廠忽略了這個(gè)重要的安全問題，因?yàn)樗麄冎粚⒆⒁饬械匠跗诘某杀举M(fèi)用與潛在的利潤(rùn)上。 Reed先生確信，因添置這樣的防火系統(tǒng)而增加成本是值得的，即使這一系統(tǒng)只使用一次。事實(shí)上，該系統(tǒng)曾經(jīng)使用過一次，不但拯救了他的S40型磨床，而且也挽救了他的工廠。在調(diào)試設(shè)置過程中，因?yàn)橐粋�(gè)軟件問題，導(dǎo)致砂輪與砂輪修整器碰撞，碰壞了砂輪修整器，并且引起了一個(gè)火花。如果沒有安裝這一滅火系統(tǒng)的話，整個(gè)工廠將付之一炬。但這一次故障只造成機(jī)床中的一些熔斷絲熔化燒毀。
圖3 Precision Grinding Solutions公司的S40型萬能CNC數(shù)控磨床經(jīng)過改造以后，可允許其C軸和Z軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)，磨削加工圖中所示的凸輪正弦波輪廓外形。磨床的高速磨削主軸是固定的，而其砂輪磨頭則在Z軸方向上振蕩，并使凸輪按順時(shí)針方向緩慢旋轉(zhuǎn)
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外來加工件
Reed 先生對(duì)自由形狀的凸輪外形磨削加工已達(dá)到了純熟的地步。凸輪外形的成形磨削加工常常是這樣進(jìn)行的：首先讓工件在C軸方向上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)讓砂輪在X軸方向上作振蕩運(yùn)動(dòng)。Reed先生車間內(nèi)的S40型磨床已經(jīng)過改造，可利用其C軸和Z軸方向上的同時(shí)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行成形磨削加工。也可以使用一種特殊的 StuderForm脫機(jī)編程軟件包進(jìn)行操作。之所以改造這臺(tái)磨床，是因?yàn)樵撥囬g承接了一個(gè)直徑350mm正向凸輪的外協(xié)件磨削加工。其圓形凸輪的外形很像一個(gè)正弦波。 通常，該車間磨削加工軸承零件。在采訪期間，該車間正在磨削加工攝像系統(tǒng)精密聚焦組件中使用的軸承配件，而這個(gè)攝像系統(tǒng)用于軍用直升機(jī)的武器點(diǎn)火導(dǎo)航系統(tǒng)。該車間磨削加工軸承的滾道、內(nèi)透鏡座的表面、配件的內(nèi)圓和外圓。然后將零件進(jìn)行電鍍，鍍上一層氮化鉻，使其表面硬度增加到86HRC。該車間曾碰到過這樣的問題：有時(shí)候，在電鍍過程中產(chǎn)生的熱量會(huì)使零件變形，這必然會(huì)導(dǎo)致價(jià)格昂貴的零件報(bào)廢。然而Reed先生發(fā)現(xiàn)了一種方法，采用超級(jí)磨料制成的砂輪可以磨削加工堅(jiān)硬的鍍層，使變形的零件恢復(fù)到原來的形狀。至今，該加工車間已經(jīng)為其客戶節(jié)約了40套零件。
高端檢驗(yàn)?zāi)芰?/h1>
幾乎所有磨削加工后的工件都采用由Zeiss公司提供的Accura CMM坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)。在某些情況下，該加工車間比客戶具有更為精確的測(cè)量能力。在擁有這樣高精度測(cè)量?jī)x器的條件下，加工車間與客戶之間對(duì)磨削加工的有關(guān)精度問題，就再也不會(huì)發(fā)生互相指責(zé)的現(xiàn)象。事實(shí)上，在零件組裝過程中，有些客戶還使用這些測(cè)量數(shù)據(jù)。舉例來說，有一家客戶采用了干涉配合法組裝這些零件。為了達(dá)到完美的配合，凡是發(fā)送到客戶的配件，采用激光刻制ID識(shí)別號(hào)，這樣可使配件按照每個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)配對(duì)組裝。 除了CMM坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的螺旋式掃描和切向接近功能之外，Reed先生非常贊賞其Calypso軟件的友好用戶接口。工件夾具往往安裝在CMM測(cè)量機(jī)工作臺(tái)之上，以滿足目前生產(chǎn)的需要。他可以很容易地采用這種方法安裝零件，并快速地調(diào)取適當(dāng)?shù)臋z測(cè)用程序。所有的測(cè)量數(shù)據(jù)集中儲(chǔ)存在PDF文件之中，每天將這些文件刻錄到CD光盤上。然后將CD光盤儲(chǔ)藏到車間外的保險(xiǎn)庫(kù)內(nèi)。 Reed先生還利用這種高端檢測(cè)設(shè)備承包外協(xié)測(cè)量任務(wù)，以幫助更快速地回收CMM坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的投資。他承認(rèn)要安排時(shí)間承接外協(xié)測(cè)量的任務(wù)越來越困難，因?yàn)檐囬g一直很忙碌。
圖4 上圖所示為這個(gè)車間的CMM坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，它現(xiàn)正在檢測(cè)一個(gè)渦輪軸。這是一臺(tái)符合標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量機(jī)，有時(shí)候超過其客戶的測(cè)量功能。該車間甚至還承包外協(xié)工件的測(cè)量任務(wù)，以幫助更快地回收CMM坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的投資
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風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)
使 Reed先生感到緊張的部分原因是由于其接到了特別棘手的加工任務(wù)。但只要零件適合于機(jī)床的加工，他就會(huì)很少會(huì)拒絕這樣的加工任務(wù)。他承認(rèn)只見到過一次的零件，要正確地確定其加工價(jià)格可能是非常困難的。然而，他會(huì)作出這樣的假設(shè)：他以后還會(huì)看到這樣的工作，并知道他將會(huì)找到一種更有效的操作方法，也許會(huì)在這樣的工作中賺取更多金錢。即使不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)這樣的工作，但是在加工這類零件中所獲得的知識(shí)，也可以完全應(yīng)用于同一類型的加工工作中。 然而，在籌劃如何磨削加工復(fù)雜零件時(shí)，其所面臨的挑戰(zhàn)是難以找到能夠承擔(dān)這類工作的技術(shù)人員。最近，在第一班工作時(shí)，由Reed先生本人操作運(yùn)行機(jī)床；第二班工作時(shí)，由另一名雇員負(fù)責(zé)機(jī)床的操作。由于其在車間中有很多工作，因此很難安排時(shí)間和培訓(xùn)新的雇員。這是在美國(guó)的許多小型加工車間里所碰到的共同問題。
