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复杂工件的经济性加工

在一种机床上集成多种加工工艺，可以在一次加工过程中以较短的时间对复杂工件进行经济的加工。一种针对旋转对称型工件的集软、硬加工和激光加工于一身的Uni-Cen 504型车铣加工中心被开发出来。

在通常情况下，机床都是作为专机针对性地被使用，在一种设备上也只采用一种制造工艺。但是，在供货期缩短和需求量萎缩的情况下，市场却要求部件越来越复杂，设备形式更加灵活。旋转对称型部件，特别在高要求下，往往需要在不同的设备上进行多个步骤的加工：软加工（车、铣、钻）手动阀、淬火/镀层、硬加工（车、铣）。使用专用设备会导致较长的加工时间和较大的物流开支。

图1 Uni-Cen504复合型模块化结构的机床

在复合型机床的研发项目中，针对旋转对称型的复合机床被研发出来，它结合了多种工艺，并简化了加工环节。由于项目的各个合作方在相关领域里都具有很强的实力，因此该项目进展得很成功：A. Monforts Werkzeugmaschinen公司（机床）、Laserline公司（激光技术）、Precitec公司（传感技术）、Exapt公司（CAD/CAM耦合）、Fraunhofer IPT（激光集成、技术研究）、Sempell公司（仪器仪表制造）。

这台集传统的软切削、激光加工（淬火、镀层和合金）和硬切削于一身的设备。在汉诺威EMO 2007展览会上展出，它的优点是显而易见的：加工过程（工具交换、传送和放置时间）得到缩短，费用（物流、设备使用负荷）均得到降低，而产品质量（整个流程自动进行）得到提高。复合型设备在供应期短和需对客户要求作出灵活反应的场合最适用：短期内对备品进行加工和样机制造。

图2 对齿轮的滚铣

采用模块式的设计结构

为了集成工艺而达到复合加工的目的，基于模块化的设计原则，新的Uni-Cen 504型车/铣中心被设计出来，它具有：（图1～3）

（1）主轴和反转轴。

（2）上部刀架作为可回旋的电动铣轴，在三个线性轴向上拥有自由度。

（3）刀具更换器和刀具库。

（4）生产优良干燥精已2酸下部刀架作为刀具转盘；尾架和后刀架。

（5）各设有一个前探头，用于激光钢化和激光镀层处理。

（6）电动铣轴在X、Y、Z和B轴向上均具备自由度，因此可以在任意的位置上做出精确的动作。激光加工的前探头由上部刀架（电动铣轴）的HSK支座支撑，从而针对激光加工作业，可以实现完全的自由度。为了增强在切削时的刚性，可对B轴进行加固和为电动铣轴配备刹车制动器。所有轴均可进行交叉抛光，这样可以对非常复杂的几何外形进行加工。

机床设有一个碟形刀库，可通过所使用刀盘的数量来管理可刻度化的刀具的数量。刀具的数量最大可扩展到108件。NC刀具更换器从刀具库中向电动心轴装配刀具，并以快速档确保较短的转换时间。

激光元件设置于工作间之外<开关柜/p>

由于使用了光学元件，因此激光技术对切削技术的边缘条件非常敏感：切屑和冷却润滑剂。所以，在不受到外部影响的情况下，复合型机床的激光元件和敏感的能源装置均被设置于工作间之外。能源装置置于一个保护管内，该保护管同时还承接拉力载荷。该保护管的配置可以允许设备在各个运行方向上的自由度。在激光保护装置的安全设置上，考虑了在切削作业时避免设备操作受限的因素，激光安全盘在切削作业时可以被取下。为了在作业中避免人员受伤，设备控制系统中的激光防护装置的位置接受安全监控之下。

图3 在复合型机床上的切削和激光加工

静态导向柱无滑动定位

Monforts 公司在复合型设备上配置了可靠的静态导向柱。这在设备进行硬加工时特别关键。无磨损、免维护的导向装置在工作中不做摩擦接触，滑动现象不会发生，因此在做很小运行动作时益处明显。行程增量即使只有1μm，也不会发生滑动。纵向的滑靴移动非常平稳，因此在硬加工时可以获得极好的表面特性。钻孔与导向柱之间的薄油膜可以使设备达到很好的阻尼特2、 测力范围： 2%⑴00%FS；性。

在进行激光硬加工时，对轴区域局部受到负荷的部位（如轴承座、滑键槽或楔槽连接处）进行马氏体硬化处理，以降低磨损程度。与其他边缘镀层硬化工艺相比，这种方法的优点是能源投熔炼炉入的目标准确、消耗低，后续的二次加工量得到降低。通过有选择碳纤维使用量占车重5%的硬处理过程，部件在其他部位上无需接受无谓的加工。

为了在硬化处理中对激光光束进行导向，使用了一种扫描系统，这样即可与设备旋转的C轴一起实现可调的轨迹宽度。如果C轴静止不动，则可以通过扫描系统对工件的任意表面进行淬火处理。

通过激光镀层，可以获得所需的各种不同的表面特性，对此需要用到低槠点的辅助材料，如针对耐磨损和耐腐蚀的防护处理。激光技术明显优于其他镀层工艺，几何外形也要精确许多。所需的辅助材料以条状的形式被放到工件上，并由激光进行熔化。这种形式的材料优于粉末材料，不会把粉尘带入到设备里，从而避免对设备元件和功能的不良影响。

作为质量保证的一种装置，在镀层时也使用了一种激光传感器，以对镀层的精度进行检测。由于设备上集成了测量技术装备，因此在加工过程中所出现的次品可立即被识别，从而避免在后续的工位上额外产生无谓的费用。

CAM系统的用户支持

工艺的集成提高了设备的综合能力，也对NC编程和设备的操作人员提出了更高的要求。一般来说，操作人员只专于一种加工工艺，因此编程工作必须自动完成。为了达到良好起升机构的效果，采用了CAD/CAM耦合。这种设计工具可涵盖所有流程，并“从一个铸件”制定加工程序。

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