現代飛機是人類所發明的最富雄心的機器之(zhī)一,它匯集(jí)了眾多最高端技(jì)術的挑戰。所有(yǒu)的零部件都必須具有最好的質(zhì)量和最高的可靠性以滿足(zú)苛刻(kè)的安全(quán)標準。所用(yòng)的材料強度高、重(chóng)量輕,而部件的尺寸(cùn)則是巨大(dà)的。由於國際上的競爭,最終的成本壓力也非常大。這迫使飛機的生產供應商和製造商必須共同地應對技術上和經濟性方麵(miàn)的挑戰,從而(ér)向他們的客戶提供完(wán)美的解(jiě)決方案。而茲默曼公司的銑削技術(shù)可以在飛機製造這一關鍵領域提(tí)供寶貴的支持。
航空業有句老話:“絕(jué)不要相信任何未作親身檢(jiǎn)驗的事物。”茲默曼公司正是在長期經驗積累和與飛(fēi)機製造業廣泛合(hé)作的(de)基礎上,經過多次親身檢驗(yàn),通過龍門式的(de)結構設計,提出了一個理想的機床概念。
關於茲默曼(màn)及FZ 100
茲默曼FZ 100六軸龍門銑床
德國茲默曼公司推出了全球首台六軸龍(lóng)門銑床FZ 100,交付客戶(hù)方使用後,實(shí)踐已經充分驗證(zhèng)其幫助客戶——Kegelmann Technik公司實現了飛機製(zhì)造工藝的革(gé)新。
這款銑床可滿足(zú)加工由合成材料構成的大體積模型以及(jí)飛機製造領域所需的大(dà)型鋁合金框架組件等的需(xū)求。而配備三軸銑頭的M3 ABCFZ 100龍門銑(xǐ)床,讓茲默曼公司實現了六軸加工理念。
新型銑頭在進行五軸聯動、大切削量加(jiā)工(gōng)鋁合(hé)金、合成材料、模(mó)型材料以及HSC高速加工(gōng)鋼件、鑄鐵材料方麵顯示了傳統兩軸叉形銑頭無可比擬(nǐ)的優勢。在加工典型的錐形盒(hé)狀工件——例如飛(fēi)機的(de)框架組件時(shí),B軸的引入可大幅減少加工時間。同樣地,在加工任何其它外型的工件時,使用M3 ABC銑頭進行聯動加工都會使(shǐ)生產效率顯著提高。
輔以Sescoi公司的 CAD/CAM-係統WorkNC G3,機床操作者可輕易實現對FZ 100的六軸編程。和三軸與五軸加工一樣,Sescoi公司專門研發(fā)出一套(tào)新的算法,使用者隻(zhī)需要通過少量的按鍵就可(kě)以生成無碰(pèng)撞的六軸聯動程序。該公司在WorkNC G3中編入(rù)了智能程序,可以避免C軸產生的極點(diǎn)問(wèn)題。
為了使六軸加工更為有效,西門子公司為FZ 100研發了立體補償係統——VCS,可進一步提高設(shè)備的精準(zhǔn)性(xìng)。經過驗證, FZ100在沒有進行補償的情況下立體精度可以達(dá)到150 µm,而在進行了VCS補償後則可到50µm。“在6.5×3×1.5m這樣巨大的工作空間(jiān)能達到如此的精度,這絕對是個創舉。”西門子Value Added Services部門的Jochen Bretschneider博士預言,VCS補償係統必將在飛機製造領域得到廣(guǎng)泛應用。
銑削技術(shù)在飛機製造中的典型應用
如下圖示例中的飛機零部件通(tōng)常采用茲默曼(màn)公司的龍門銑床(chuáng)進行加工。每個零件都有其自身的特(tè)殊要求和特點。無論是複雜的加(jiā)工外形、或者是(shì)難以加工的材(cái)料、以及很高的(de)精度、或隻是簡單(dān)的巨型(xíng)尺寸,所有這些要(yào)求都(dōu)通過技(jì)術的采用而得到最大(dà)的滿足。這(zhè)裏所有的零部件,基本上都通過茲默曼的龍門銑床,在多家國內和國際(jì)飛機製(zhì)造商成功的進行了生產。這(zhè)些飛機零部件的生產,往往(wǎng)對茲默曼公司的龍門銑床提出很高的(de)要求。為了滿足這些(xiē)要求,經常要將不同(tóng)的技術結合起來,這些技術包(bāo)括:很大(dà)的靈活工(gōng)作區(qū);5軸加工;很高的定位精度;工件加工的快速轉換;很高的銑削率;大主軸(zhóu)功率;高扭矩;高效除塵;高(gāo)效切屑(xiè)處清理;大銑頭(tóu)繞軸旋轉角度;高主軸轉速(sù);短非生產時間;快速轉軸;很高的運算處理能(néng)力;智能化的、部分自(zì)動夾緊技術;各種冷卻係統;超聲波(bō)切割器等。
茲默曼龍門銑床實際(jì)的設計特點
應用的要求總是決定機器的技(jì)術要求。由此產生的機器是最(zuì)新的(de)計算(suàn)和設計技巧與現代部件以(yǐ)及工程師的直覺相結合的產物,而工程師的直覺則基於它對客戶需求的(de)了解。
製造原則:一般地說,采用高架移動(dòng)龍(lóng)門結構機床的優點是(shì)不言自明的。這種機床運動質量小,工件固定,關鍵部件如(rú)驅動裝置與切屑及粉塵良好隔離,驅動和測量係統安裝在兩側,邊牆的尺寸可根據需要加長,在各(gè)軸方向上最大的空間運(yùn)動,所有這些構成了(le)絕佳(jiā)的性能指標(biāo)。
結構穩定性:高度的(de)穩定性來自門架的設計原則、部分為梯形橫截麵的固定邊牆、邊牆充填特殊玻璃纖維增強的DemTec®混(hún)凝土、通過有限元計算(suàn)對所有部件尺寸(cùn)的優化等措施。驅動係(xì)統的靈巧定位(wèi)保證了動力的最佳傳遞。
驅動係統:根據機器的類型和應用,茲默(mò)曼總是選擇最佳的驅動技術,如直(zhí)線驅動(用於最大的動態性(xìng)能、最少的(de)非生產用時和連續五軸同步加工)、齒輪齒條驅(qū)動(用於高動態性能、良(liáng)好阻(zǔ)尼和大工作區場合)、滾動絲(sī)杠驅動(用於許多標(biāo)準應用場合的可(kě)選方案)。
粉塵和切屑:茲默曼機床當然(rán)配有高效的抽(chōu)吸係統。特別當加工複合材料時,要重點考慮的是驅動裝置,應安裝在頂(dǐng)部,遠離粉(fěn)塵源,並用壓縮空氣加以保護。絕(jué)對稱得上亮(liàng)點的就(jiù)是VH5西床頭的抽吸裝(zhuāng)置——它有自己的NC控製(zhì)軸,能適應工件的外形和工具的長度,大大的(de)提高了(le)抽吸效率。
專(zhuān)用設計:劃分工作區可以允許在加工進行時裝卸和卸載,這樣增加了單位時間生產的零件數量,將非生(shēng)產時間最小化。此外,為了獲得最大的靈活性,裝(zhuāng)有兩個門(mén)架的銑床或一個門架上裝有兩個銑頭的銑床也能夠提(tí)供。
輕型結構:隻有通(tōng)過(guò)明智的引入輕型設計,利用焊接結構保持同樣的剛度和減少多種組件的重(chóng)量,才有可(kě)能得到(dào)必要的(de)動態性能,而這種性能是進行精密和高速切削加工控製加工同時又不影響機床(chuáng)精度所必需的。
夾裝工作台:灰鑄(zhù)鐵的夾裝(zhuāng)工作台(tái)直接固定在底座上,裝載率高(gāo)。有擺動式、穿梭式和升降式工作台供(gòng)選(xuǎn)用,從而增加了機器的靈活性(xìng)和生產率。
智能性夾裝(zhuāng)係統:大多數為航空(kōng)和(hé)航天工業生(shēng)產的(de)部件都是空間結構複(fù)雜(zá)的零件,即(jí)有(yǒu)複雜的(de)輪廓和大曲率,而且經(jīng)常是有著很大表麵麵積的薄壁結構(gòu)。這些零件(jiàn)的材料往往很難(nán)加工,但需要進行高質量的銑削(xuē)並達(dá)到完美的表麵精度。對於茲(zī)默曼龍門銑床,要在高性能條件下達到最好的表麵精度,工件必須夾緊而不能產生振動。為了避免為(wéi)每個單獨的部件生產(chǎn)和貯存各自的夾(jiá)具,那些頻繁變換零件和批量小的場合隻能且首(shǒu)先要加強靈活性。茲默曼使(shǐ)用了一種全位置控製和(hé)NC監視的夾裝係統——Zimaflex係統。這一係統使用安裝在(zài)伸縮作動器上的真空吸墊,傳(chuán)動器可(kě)在(zài)X、Y、Z軸方向定位。這樣(yàng),全部(bù)夾裝吸墊在幾秒鍾內就自動地吸附在下(xià)一個工件上了。
國際航空(kōng)工業客戶的良好反饋
茲默曼龍門銑床產品得到(dào)了國際航(háng)空(kōng)工業客戶的良好反饋。
德國(guó)空客股份有限公司投資采購部的項目管理副總裁(cái)Werner MÜnster說,EADS旨在同實力強大的供(gòng)應商簽(qiān)約並密切合作。唯有如此,諸(zhū)如空中客(kè)車這樣複雜的技(jì)術項目才(cái)得以實現。使每個參與者都(dōu)能接受新的挑戰並把它們引向成功(gōng)。可信賴的和智慧的工作是獲得成功即競爭優勢的基礎。
瑞典Saab飛機結構(gòu)公司投資和采購部的采購經理Roland Spiegel也(yě)表達了對茲默曼的讚譽,他說,我們選擇一個先進機床設備供應商的主要標準,當然是它的硬(yìng)件本身以(yǐ)及(jí)相應的軟件。我所談到的軟件並不是指計算機軟件,而是(shì)指供應商的聽(tīng)取客戶需求的意願。客戶需要一些靈活的解決方案以適應工廠生產。我們發現茲默曼(màn)的(de)員工非常有專(zhuān)業能力,對我們生產柔性化解決方(fāng)案(àn)的(de)相關議題也積極支持。我們的業務關係是建立在信任、坦誠和積極主動精神的基礎上(shàng),從而在每個特定情況下(xià)都能取得成功。
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