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雷尼紹助力精密數控加工(gōng)工廠(chǎng)將鋁製熔模鑄件的加工效率提高80%以上
2022-7-13  來源:雷尼紹   作者:-


       幾年前,由於油氣行業不景氣,位於猶他州奧格(gé)登市的LeanWerks公司不得不向其他行業拓展業務,包括航空航天和高速自動化行業,以建立(lì)更均(jun1)衡的客戶(hù)群和更穩定的工作流程。這家(jiā)代工(gōng)工廠現已獲得AS9100C航空航天標準認(rèn)證,同時也(yě)開始對其現有的部分加工設備進行改造,以更好地滿足新涉足行業的加工要求。

       背景(jǐng)

       LeanWerks總裁兼聯合(hé)創始人Reid Leland舉了一個例子:用於製造(zào)噴氣式(shì)發動機燃油(yóu)濾清器外殼的鋁製熔模鑄件。在LeanWerks最初接觸到這個項目時,他們的客(kè)戶(一家(jiā)航空航天零部件鑄造廠)的生產進(jìn)度已經落後於交付計劃將近一年,原因是內部加工過程(chéng)太慢,導致生產效率很低。結果造成(chéng)這家鑄造廠的客戶(即安裝這款(kuǎn)外殼製造噴氣式發動機的OEM)對他們失去耐心,而且這(zhè)項作業的延誤還導致其他訂單被迫積壓,令(lìng)其他客戶頗有微詞。因此,為了減輕內部(bù)加工資源的負擔,該鑄造廠找到LeanWerks,希望他們承接這種鑄件(jiàn)的加工作業。

 
       挑戰

       相比其他鑄造工藝(yì),熔模鑄件具有形(xíng)狀複雜但尺寸精度高的優點,因此許多工程師在其(qí)工件(jiàn)設計中指定使(shǐ)用熔模(mó)鑄件;但是,這(zhè)些鑄件仍需要經過精加工才能實現精確的裝(zhuāng)配,以達到(dào)產品功能的高性能要求(qiú)。

       然而,由於這類毛胚鑄件複雜(zá)各異,而且相關的工件夾持要求比(bǐ)較棘手,因(yīn)此有些工廠不願承接此類加工作業。

       比如說(shuō),燃油濾清器外殼需要多項加工操作,包括深孔銑削、鏜削、端麵銑削、鑽孔、攻絲、內徑開槽和3D輪廓加工。起初,LeanWerks認為可(kě)以先在三軸銑床上進行幾次設定,然後(hòu)在車削中心上進行一次設定,通過這種方(fāng)法完成這項作業。但是(shì)後來他們發現這種方(fāng)法並不理想,因為在多次設定(dìng)之後(hòu),工(gōng)件(jiàn)的複雜基準設計的嚴苛位置公差要求將難以滿足。

       LeanWerks轉而考(kǎo)慮(lǜ)如何充分(fèn)利用現有的(de)Mazak Integrex i200S車銑複合機床的銑削能力,以盡可能減少(shǎo)在加工(gōng)過(guò)程中接觸工件的次數。該工廠(chǎng)過去主要使用這台機(jī)床來生產用於石油和天然氣(qì)行業的高壓泵送作業的錐形旋(xuán)塞閥鑲套閥芯,用於諸如水力壓裂和連(lián)續油(yóu)管等應用(yòng)。Integrex機床既可以車削工件的錐形外徑,又可以銑削工件內部的斜向(或橫向)流道孔,因此非常適(shì)合加工閥門的鑲套閥芯。這台機床還可以銑削在裝配時需要(yào)接合O型(xíng)圈(quān)的孔(kǒng),由(yóu)於這些孔是錐形麵,因此(cǐ)需要進行五軸輪(lún)廓加工。

       也就是說,在車銑複合機床上加工燃油(yóu)濾清器外殼時,雖然不需(xū)要車削(xuē)操作,但也存在多項挑(tiāo)戰。例如,A356.0航空級鑄鋁的二氧化矽含量很高,切(qiē)削難(nán)度大。

       此外(wài),這種鑄件(jiàn)的幾何(hé)形狀複雜,在各個表麵上(shàng)具有多個角度各異的(de)特征(包括鑄件內部13英寸(cùn)深的底部有一個關鍵裝配特征(zhēng)),而且薄壁部位在加工過程(chéng)中(zhōng)會產生振動問題。再加上,這種工件具有公差要求(qiú)嚴(yán)苛的複雜(zá)基準結構,例(lì)如:某些寬距特征的位置度公差為0.25 mm,而其他窄距特征的尺寸公差為0.01 mm,位置度公差(chà)為0.05 mm。

       解決方案

       因此,LeanWerks采取了三大步驟,實現了在車銑複合(hé)機床上通過一(yī)次設(shè)定(dìng)對熔模鑄件的五個麵進行高效加工。第一步是設計一款夾具來固定鑄件,以便對工件的五個麵進行加工。這款夾(jiá)具的一個關鍵(jiàn)部分是支架,它與鑄件的主(zhǔ)體接合,同時允(yǔn)許接近(jìn)支(zhī)架腿之間和(hé)旁邊的工件(jiàn)特征。為了將鑄件固定在支架上,LeanWerks在支架腿之間安裝(zhuāng)了鏈條(tiáo)和滑輪機構,以實(shí)現均勻夾緊。

       由於車銑複合機床沒有足夠的(de)Y軸行程可接近所有(yǒu)特征,因此LeanWerks在夾具中加入了一個Setco燕尾滑塊,使支架和工件能夠滑動並在可接近的位置重新夾緊,而無需完全(quán)重新固定工件(jiàn)。為確保剛性,支架被安裝在鋼製底(dǐ)板(bǎn)上,並通過定位銷(xiāo)和(hé)焊接進行(háng)加固。底板安裝在在燕尾滑塊的鞍座上,而滑塊底座安裝在機床現有的三爪卡盤的主(zhǔ)爪上。

  
       第二步是,該工廠集成了一套觸發式測(cè)頭測量係統。由於每個毛(máo)胚鑄件的形狀略有不同,而(ér)且用於解決Y軸行程問題的滑動夾具會改變工件的位置,因此必須進行觸發式測(cè)頭測量。通過(guò)測頭測量可精確地確定工件移(yí)位後的(de)新位置,從而使後(hòu)續刀具路徑與實際工件位置實現(xiàn)最佳擬合。

       事實上,該工廠意識到,除了標準長度的測(cè)頭之外(wài),他們(men)還需要一(yī)個測量範圍加大的測頭,用於測量工件內部深處的特征。由(yóu)於車銑複合機床隻有一個測頭測量通(tōng)道,LeanWerks使用雷尼紹RMI-Q無線電接口對機床進行了改造,並在主機控製麵板中安裝了可編程邏輯控製器 (PLC) 卡來處(chù)理第二個測頭的信號。短測頭使用(yòng)長度為25 mm的測針,長測頭(tóu)使用安裝(zhuāng)在(zài)200 mm加(jiā)長杆上的長(zhǎng)度為50 mm的測針。兩(liǎng)款測頭均(jun1)使用雷(léi)尼紹RMP60測頭本體。
  
  
       使用雷尼紹的(de)Inspection Plus(增強型工件測量軟件)對測頭測量程序進行編(biān)程,並(bìng)將生成的代碼添加到機床(chuáng)程序的適當位置。初始測頭測量程序在外殼腔內的底部端口及外殼正麵的開口上采點,以確定工件的中心(xīn)軸。測量的(de)其他特征包括靠(kào)近表(biǎo)麵的其中一個小端口,以(yǐ)確定工件的旋轉方向;以及主側法蘭(lán)的一個內壁,以(yǐ)確定工件(jiàn)的Z軸位置。Mazak的工件位置誤差補償 (WPEC) 軟件模塊能(néng)夠利用初(chū)始測頭測(cè)量位置進行計算,以(yǐ)檢查工件隨主軸分度運動後(hòu)的真實(shí)位(wèi)置偏差(chà)。在初始測頭測量程序之後,再執行後續測量,以確認相關特征和(hé)加工後表麵的(de)位置。

       最後(hòu)一步是,該工廠采用先進的切削刀具技術對該工件和研磨(mó)鋁材料進行深加工操作。在這項作業中,該工廠(chǎng)使(shǐ)用Rego-Fix公司的powRgrip刀具夾持係統。作為熱縮(suō)配合的替代方案,powRgrip是一種機械壓合係(xì)統,由刀架、精密夾套,以及一個用於將夾套和刀具插(chā)入刀架(jià)的緊湊型台式液壓夾緊裝(zhuāng)置組成。Rego-Fix稱,該係(xì)統(tǒng)能(néng)夠(gòu)產生高夾緊力,同時將(jiāng)總指示器讀數保持在小於0.0001英寸。該係統的剛性有助於提高刀具使用壽命和切削精度。

       用於這項作業的切削刀具必須具有大正前角,以極(jí)高的速度運行,且切深較小。LeanWerks選用的是Garr Alumistar立銑刀,以及(jí)一(yī)把帶有無塗層、高拋光、大正前角刀(dāo)片的小型麵銑刀。

       LeanWerks還使用機外對刀裝置為這項作業進行對刀(dāo)。這項操(cāo)作不僅可對刀具進行外部(bù)對刀,更重要的是,還可檢查切削(xuē)刃、驗證成型(xíng)刀具的(de)形狀和測量跳動度,從而協助校驗和故(gù)障排除。

       結果

       LeanWerks開發出在車銑複合機(jī)床上加工熔模鑄件的製程,將每個工件的加工效(xiào)率(lǜ)從每件(jiàn)10小時提升到不到(dào)2小時。在此基礎上,該工廠(chǎng)還在探索更多方法,以提高現有的生產加工能力(lì),向更多行業拓展業務。

       詳情請訪問www.renishaw.com.cn/leanwerks

       詳情請訪問www.renishaw.com.cn/machinetool

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