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工具磨床--刀具精度的守护者 |
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| http://cn.newmaker.com
11/9/2009 5:07:00 PM
MM现代制造
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尔柏斯来福临机械（上海）有限公司首席技术官 张明
在现代金属加工领域，虽然刀具的成本只占机加工生产成本中的一小部分，但却直接影响机加工车间的整体加工效率。刀具性能也随着刀具使用者需求的不断提升而飞速发展，无论是在精度还是在刀具形状的复杂程度方面都有了更高的需求。那么作为刀具的制造者——工具磨床怎样才能跟上刀具的发展步伐呢？各家机床厂商都有独特见解。
精度保持性与智能软件缺一不可
张明先生：我国的刀具需求量正处于上升趋势，尤其是以前在高端市场所占份额并不大的国内刀具企业，目前的增长势头也很迅猛。因此，用于制造这些刀具的高端工具磨床的需求量也在随之攀升。作为工具磨床生产商，了解刀具制造商怎样使用我们的机床制造出他们所需要的刀具是我们的首要职责。斯来福临主要通过以下两大方面来满足用户需求：其一是精度的满足；其二是对复杂刀具形状的高效加工。
用户对产品的要求越来越高，其中包括对机床噪声、平稳性和可靠性等要求，归根结底其实就是对刀具加工精度的要求。但这里强调的“精度”绝不是指一把刀的精度，对机床制造商而言，“精度”代表的是精度的保持性，就是要保证一段时间内制造出来的刀具精度都是一样的，即使有波动，也是在很小的范围内。
精度主要由三方面保证，首先就是机床的机械结构。在设计初级阶段就要考虑如何保证机床的机械精度，如Walter的Helitronic系列产品，床身采用大理石制造，不仅抗振能力非常强，热变形也很小。其中的Helitronic Basic和Helitronic Power采用铸铁床身，可以保证机床在加工过程中纹丝不动。另外，该系列产品还采用了特殊的龙门结构设计，相比较普通的立柱式的工具磨床，该系列产品的稳定性和刚性都有了大幅提升。
其次，主轴和传动部件的选择对机床的精度保证也很重要。我们采用的主轴都比较粗，保证良好的刚性，使用的丝杠也相对大一些，可以减少磨损。最后，机床的热性能要好，不能产生机床部件的扭曲和变形。高速加工会使油温迅速上升，怎样避免与油接触部位的热变形至关重要。斯来福临通过一种合理的机械结构设计使受温度影响的部分达到了一种平衡，将工作台与机床的上部分连接，从而让工件灵活地避免了与高温部分的接触。
昂科机床（上海）有限公司中国区经理 唐欣康
除了保证精度以外，复杂刀具形状的加工也是一项挑战。目前刀具厂商的产品翻新速度越来越快，产品形状也越来越复杂，这就需要一套柔性很高的软件跟上他们的研发步伐。“Tool Studio”就是这样一款软件。
“Tool Studio”涵盖了一个庞大的数据库，使用者无需自行创建即可选择所有市场现有的刀具形状，只需输入尺寸，系统就可以自动生成，操作非常简便。我们形容该软件是“所见即所得”，因为它具有3D实时模拟功能，不仅可以满足常规的刀具生产，还可以模拟任何几何形状的零件加工。编程时显示的刀具形状就是看到的即将加工出来的样子，还可以考察编好的程序在加工过程中是否有碰撞的可能，它与机床本身是融为一体的，而不是在电脑上单独模拟的。智能的刀具编程导向功能，即使对编程不熟悉的人也可以得心应手地使用。“Tool Studio”为客户提供了一个更好、更简洁、更安全的解决方案。
从多方面保证加工精度
唐欣康先生：高速铣削刀具在金属加工行业的应用越来越广泛，相应的对刀具精度要求也越来越高。昂科公司一向非常重视通过不断的技术创新来提高工具磨床精度与加工效率的提升。在提高加工刀具精度这方面，近几年主要有以下几项新技术。
1.针对形状和精度要求高的轮廓刀具，昂科推出了机内高精度的在线测量系统。该系统采用了一个300倍像素的CCD摄像头，检测精度可达2μ，将刀具实际磨削尺寸轮廓与刀具设计的理论轮廓进行重叠后，能找到任意一点的误差。同时可以根据理论轮廓公差范围，进行自动补差。
这样做一方面减少了机外测量两次装卡带来的误差，节省了机外检测时间。另一方面，一般的磨床如果进行机外检测再补偿的话，往往仅通过砂轮对于径向或轴向尺寸进行补差，而实际各轮廓段需要补偿的尺寸是不同的，靠传统方式无法满足补偿到位。昂科不是简单补偿，而是针对不同程序点的偏差不同来自动补偿，能够消除砂轮圆环弧角误差及机床定位误差等综合误差带来的不良因素。
2.在线砂轮动平衡装置，对于加工高精度刀具时，砂轮本身的动平衡性能会影响到刀具尺寸精度和表面质量。即使一片独立砂轮的动平衡指标控制在合理范围内也是不够的，因为一组砂轮的累计偏心量将导致在高速磨削小直径刀具和表面抛光时会产生轻微振动。不仅精度尺寸不能控制，切削刃上的误差对刀具的寿命及被加工产品的质量还会有损害。昂科采用机内砂轮动平衡系统，可以在工时检测砂轮组综合动平衡性能，包括偏心量大小和方向，然后软件会提示砂轮组锁紧螺母的哪个位置加上加配重螺钉。通过这个非常简单而有效的方法能在很大程度上降低砂轮组的偏心量。
3. MX7的推出。传统工具磨床完成各种加工5个轴就够了，但MX7还增加了Q轴，即“磨削主轴的精确分度与记忆轴”。很多客户为减少两次装卡误差，往往在机内进行砂轮修整与动平衡，之后会改进砂轮组放进砂轮库，那么下次机械手将砂轮组再放回磨削主轴的话，有可能磨削主轴与砂轮组的方向和角度会不同，根据ISO标准中的HSK接口标准，重复定位精度与原跳动误差在2μ，不同的角度将砂轮组放回磨削主轴接口的话，产生的原跳动和砂轮动平衡性能完全不一样。
北京德铭纳精密机械有限公司技术经理 舒智勇
工具磨床夹持系统。无论一个刀柄夹持系统出厂精度多高，使用一段时间后夹套都会磨损从而使原跳动增大，会影响刀具使用寿命和被加工零件的精度。针对此情况，昂科的“浮动支撑装置”，采用美国Arobotec技术，可根据加工刀具直径大小进行调节，调整范围8～10mm。浮动衬套采用液压感应，通过3个支撑片，无需手动调节。它可将刀具原跳动有效降低至4～5μ以下，而免除了传统的固定支撑架繁琐的校准与设置时间。
PCD和PCBN刀具对工具磨床的需求
舒智勇先生：国内大多数金刚石工具磨床的设计都具有如下两个特点：一是刃磨PCBN及PCD刀具的同时，兼顾天然金刚石刀具；二是主要用于刃磨焊接超硬车刀和镗刀，同时也兼顾盘类和轴类刀具。
目前，随着技术和市场的快速发展，PCBN和PCD刀具已经得到了广泛的应用。市场对PCD和PCBN刀具磨削设备在磨削效率方面提出了很高的要求，主要表现如下。
1.可转位刀片磨削的比重加大，要求设备专用性强，结构简单而刚性强。随着分工协作的深化，80％以上的客户都用该设备来批量生产同一类型的刀具，即PCNB、PCD或合金可转位刀片，焊接车刀等。针对单一的需求，机床结构可以简化，设备刚性要大大增强。这样，不但降低了设备成本，也为高效率生产奠定了坚实的基础。
2.辅助时间的主要部分——对刀时间要求大幅度缩短。刀片的圆弧是通过工作台旋转形成的，将刀具圆弧中心调整到与工作台旋转轴重合（即对刀动作）是磨削的先决条件，而且该“对刀动作”贯穿刀具磨削的整个过程，并不断重复，这是传统机床不能摆脱人工操作的根本原因。
3.要求操作方便可靠，尽量不依赖操作者的手工技能。为了磨削天然金刚石刀具，传统的机床引入“柔性进给” 和“恒压研磨”的工艺，对脆性很强的天然金刚石刀具有“让刀”保护的效果。传统的设备采用气缸进刀的方式来达到这一效果，这样却大大牺牲了PCD和PCNB刀具的磨削效率。另外，由于机械制造精度的不足，使这种机床很不稳定，需要很强的手工技能才能发挥其特长。
德铭纳公司运用现代高科技手段，致力于解决刀具刃磨中存在的关键技术问题，在传统的BT-150A型金刚石工具磨床的基础上，开发出BT-150B（电气型），BT-150C（经济型）及BT-150D（智能型）系列刀片磨床，基本找到了解决上述问题的办法。
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