磨削各種複雜的形面的高效磨床

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   時間:2014-03-12 01:35:12
磨削各種複雜的形面的高效磨床簡介
     這是一種高效磨床,可磨削各種複雜的形面。應用這種機床后,使該工廠幫助美國的客戶提高了在全球的競爭能力 這一平面磨床可採用手工操作,也可採用全編……
磨削各種複雜的形面的高效磨床正文
  

這是一種高效磨床,可磨削各種複雜的形面。應用這種機床后,使該工廠幫助美國的客戶提高了在全球的競爭能力

這一平面磨床可採用手工操作,也可採用全編程方式自動操作。PC機控制系統可以使人們相當順利地從普通平面磨床轉換到CNC數控平面磨床。用戶可通過觸摸控制屏上的圖像界面來控制磨床操作

旋轉式砂輪修整器使用金剛砂輪來修正磨床上的成形砂輪。修正過程由該公司CAM編程工作室編製的CNC程序控制


刀片在成套磨削加工之中

2號鉛筆、皮帶飾品和花生醬,這些都是日常很普通的東西,但在美國能夠非常經濟地生產出來,因為Carbide Products Inc.公司(在肯塔基州的Georgetown地區)為此做出了她應有的貢獻。這家公司專門生產硬質合金刀具及相關的產品,包括那些可幫助製造廠生產木質鉛筆、皮帶飾品和花生醬等有關的產品。這一切都應歸功於該公司創新使用的CNC數控平面磨床。
Carbide Products公司的車間和辦公室內共聘用了38名僱員,為美國和全世界26個國家的鉛筆製造商提供製作鉛筆的刀具。這種刀具由刀頭及與其配套的硬質合金刀片或HSS高速鋼刀片組成,它將木材加工成一根根小木棒,然後將石墨鉛筆芯壓裝到木棒中心製成鉛筆。由Carbide Products公司生產提供的刀具,其設計特殊,更換迅速,具有很高的加工性能,可大大提高鉛筆生產工藝的生產率。這些高效特性使許多美國鉛筆製造商比海外製造商具有更強的競爭能力,幫助挽救了一個具有傳統歷史的工業,並為人們提供了大量的就業機會。
Carbide Products公司使用兩台新的磨床,採用流水作業方式加工生產刀片,工藝流程十分靈活。這兩台磨床由日本的Mitsui High-Tech公司生產,去年剛從日本引進。在美國的車間中最先安裝了三台這種磨床,Carbide Products公司是國內使用的其中兩台。事實上,該公司幫助製造商進一步改進和提高了PC機控制系統的軟體性能,使其更適合於這一國家用戶的需要。現在,這一軟體的標準特性已完全融入到機床之中,加強了機床的加工特性,幫助生產廠向鉛筆製造商提供優質刀具。
Carbide Products公司對皮帶飾品和花生醬生產方面所做的貢獻並不那麼大,但這兩個應用領域中也能證明該公司在磨削加工技術方面的可靠性。例如,該公司不但能生產皮帶飾品加工用的模具,而且還能為裁布機製造商提供全套裁布模具。這種複雜的模具零件就是在該公司的CNC數控銑床、CNC數控平面磨床、形面磨床、無心磨床和放電加工機上加工製成的。而且在交貨前,全套模具都在廠內經過試驗。
其中美國的一家一流花生醬加工廠也可以講述一個同樣的故事,因為該廠使用的閥門就是由這一公司生產的。這家花生醬加工廠在肯塔基州Lexington地區有一個分廠,其混合花生醬的加工設備和花生醬裝瓶設備使用的多種閥門均由Carbide Products公司提供。這些加工設備的衛生要求很高,而且還要保證其在高速條件下可靠地運行。閥門中的硬質合金元件公差尺寸要求極高(某些型號的閥門,公差為±0.0002in),以保證花生醬在攪拌室和分裝室內的均勻流動。由於花生醬在不同的加工階段中是一種帶有磨擦性的流動物質,因此,該公司還要負責對磨損閥門元件進行返修。此外,該公司還生產鋼製零件和食品級塑料零件,用於罐頭包裝機械。
當然,該公司的業務範圍並不限於鉛筆、皮帶飾品和花生醬這些行業。她在十幾個行業中擁有150多家客戶,這些行業包括燈泡、滾珠軸承、醫療零件及體育用品等行業(著名的Louisville Slugger壘球棒切削成形用的硬質合金刀具和HSS高速鋼刀具就是由Carbide Products公司生產的)。

祖父的家規

Carbide Products公司的老闆是Danny和Paul Strippelhoff兄弟倆。Danny先生是公司總裁,而Paul先生是負責生產的副總裁。他們的祖父Henry Strippelhoff先生於1943年創建了這家工具和模具車間。二次世界大戰前,也就是他來美國前,在德國的Essen完成了他的工具和模具學徒生涯,然後學習機械工程。年輕的Strippelhoff兄弟在他的調教下開始成為工具製造商,而他們又使他的手藝建立起自信,從而使這一手藝成為先進的技術。由於這兩大因素使這家公司取得了成功。
Danny Strippelhoff先生說:「擁有設備和一定的能力十分重要,但富於創造性和發明天賦則是取得成功的另一半。」
應用新的CNC數控磨床就是一個很好的例子。它們是該公司在採取鉛筆刀具生產戰略中不可分割的一個部分。
Carbide Products公司已為鉛筆製造業服務了50多年時間。普通的木質鉛筆通過在精密的機床上加工,變成了一系列多種多樣的複雜產品。真像美國其他成熟的行業那樣,鉛筆製造業也受到海外低成本生產商所帶來的嚴重壓力。美國的生產廠為此做出了反應,以流水作業方式和成本控制解決了這一問題。其中肯塔基州的這家刀具製造公司就是一個很好的例子。
Paul Strippelhoff先生解釋說:「我們生產的硬質合金刀片和HSS高速鋼刀片使鉛筆製造廠加工設備的停工時間減到了最少的時間。由於刀具頭部仍夾持在機器上,因此刀片可以在5min之內完成更換任務。此外,刀片採用特殊的設計方法,因此很容易在平面磨床上磨削。這意味著在木材加工設備的運行中不需要有高技術的操作人員。」因為鉛筆製造商的技術工人因退休等原因而逐漸減少,故後面的這一優點就越來越顯出它的重要性。
這種刀片也使木材加工設備的生產效率進一步提高。Strippelhoff先生說,經過磨削以後的刀片,可以均勻地加工鉛筆用木材,加工精度和加工穩定性都很高,切削速度提高,廢品率降低。不管是硬質合金刀具還是HSS高速鋼刀片,由於質量好,使用壽命很長。過去在鉛筆製造中使用的那種含有特殊香味的雪松木材越來越少,現在使用的是另外一些品種的木材。然而,由於這類材料具有較大的研磨性,因此對刀具的磨損影響較大。這意味著刀具需要頻繁更換,因此快速更換刀具就顯得格外重要。
然而,對於Carbide Products公司而言,生產刀片也面臨著許多挑戰。每一鉛筆製造商的產品都有各自的特殊設計形式。例如,典型的六面形鉛筆的筆桿就有多種設計形式,如每側的寬度、圓角半徑、側面是否有點凹凸等等。這就意味著公司必須按照每個客戶的要求提供不同的刀片。而且,每一刀片的刀面角需特殊加工,才能保證達到所需的切削形面。幾何形狀也越來越複雜,因此也必須對刀片的間隙角進行特殊磨削加工,因為這對刀片的使用壽命有很大影響。
過去,車間曾使用由鋼製量塊製成的樣板,在10:1的縮放型砂輪修整器上修整成形砂輪。樣板的形面形狀要比刀片實際形面形狀大10倍,然後按照正確的比例轉換到成形砂輪上。在手工/液壓設備上完成整個過程很費時間,而且取決於操作員的技術水平。完成這一工作以後,刀片就可以在液壓平面磨床上磨削加工。
Strippelhoff兄弟認為要降低他們的生產成本就必須全力支持他們的客戶,使他們具有一定的競爭能力。這一思想導致他們尋求更好的返修磨削方法。在新的磨床上,砂輪採用自動修整工藝,因此解決了這一瓶頸問題,提高了磨削速度。

電加工區域與車間的其他部分相隔離。圖中所示為滑枕式EDM加工機床,調試后準備進行隔夜無人化操作

新的方向

這類磨床代表了Mitsui High-Tech公司的新方向。該公司的母公司是日本生產集成電路引線框架的領先供貨商。該公司在多年前開始製造高精度平面磨床,因為當時市面上提供的磨床還不適於或不能磨削加工微米級精度的模具元件。後來,這類磨床被很快銷售到電子行業以及其他行業的相關製造廠中使用。
除了滿足高端磨床的需求之外,該公司決定生產廣大通用加工市場所需的磨床。其目標是開發一種價格適中、精度略低於高端磨床的產品。採用PC機控制系統很容易讓用戶將普通的平面磨床轉換成CNC數控平面磨床,其圖像界面操作系統可簡化設備的調試和操作方式,QuickSet磨床就是其中之一。
這類QuickSet磨床正是Strippelhoff兄弟所想象和希望的那種磨床,適合於用於刀片的流水線生產。兄弟倆對PC機的操作界面特感興趣,因為Carbide Products公司的操作員對CNC數控平面磨床沒有什麼操作經驗。該公司於2005年5月安裝了第一台QuickSet磨床,接著,在8月份又安裝了另一台同一型號的產品。
由於原先的那台磨床是北美第一台安裝這種軟體的產品,因此Paul Strippelhoff先生及其工作人員密切與Mitsui High-Tech公司的銷售經理Bob Hamada先生(在伊利諾斯州的Elke Grove村)進行合作,製作了英文版的控制軟體。Strippelhoff先生提出建議,增加了一頁菜單,通過這一菜單可以使操作員更為直覺地進入到砂輪的修整補償過程。同時,該公司還提出了其他一些修改意見,以符合這一國家工廠的實際情況。
這類磨床的主要特點是可提供一種任選的砂輪修整器,利用其金剛砂輪打磨修整磨床上的成形砂輪。砂輪的形面與被磨削加工的刀片形面一致,當然這種刀片是完全按照鉛筆製造廠提供的形狀生產的。採用這一砂輪自動修整裝置以後,也就不需要以前使用的那種鋼製樣板了。
Strippelhoff先生解釋說:「現在,操作員可以從公司乙太網絡的文件伺服器中下載這一砂輪修整程序。」金剛砂輪按照加工路徑程序來修整磨床上的砂輪。儘管金剛砂輪的初期投資較高,但公司再也不使用那種單點砂輪修整工具了,因為那種工具需要每星期更換三次。修整程序是採用DP技術公司(在加州的Amarillo地區)的Esprit CAM軟體創建的。按照Strippelhoff先生的說法,這一程序能夠沿著刀片的刀面角和間隙角,模擬刀片的幾何形狀,從而使其與加工面外形完全一致。
砂輪經修整后,操作員將在控制板上輸入磨床磨削加工周期中所需的一些參數,然後準備開始工作。Stripplhoff先生說:「由於我們經常磨削硬質合金刀具,為保證足夠的磨削力度,我們要求磨床具有足夠的重量和剛性。我們非常喜歡這些磨床的重型立柱結構和基座。

其他優點

由於這些磨床調試和編程十分快速,因此還可以承擔該公司的其他加工任務。按照Strippelhoff先生說法,這類磨床的靈活性幫助公司按計劃完成生產任務。例如,原先有些工作本來是安排由線切割放電加工機床(EDM)完成,但偶爾因情況發生變化,EDM加工機床被臨時佔用,而這時磨床恰好又空置著,自然磨床就可代替EDM進行加工。磨床也可以對難於車削的地方進行精加工,例如加工壓鑄模芯棒上的0.005in內圓角半徑。
另一點也是Danny Strippelhoff先生所特彆強調的。他說:「我們是磨削加工專家,但由於在其他加工領域也非常先進,因此我們能夠為客戶提供更大範圍的服務。」在這一點上,他列舉了一個難以車削加工的例子。該公司曾按用戶的要求生產壓鑄模芯棒,但這種材料很難在來自Hardinge公司(在紐約州的Elmira地區)的GT27SP車/銑床上車削加工。這類芯棒的硬度為55~60hRC,需要由實心的棒料車削加工。但有些長度與直徑之比較高的芯棒還需要磨削加工,事實證明,這些補充替代工藝是切實可行的。
與現代技術同步發展的線切割機床和滑枕式EDM加工機床也是提高該公司整體加工能力的另一大優勢。在硬質合金的電蝕加工中,銅鎢合金電極優於石墨電極,但該公司採用車削和銑削方法加工這種材料也收到了很好的效果。該公司從Agie公司(在伊利諾斯州的Lincolnshire地區)引進的Progress 2型5軸線切割EDM加工機床具有很高的線切割能力(根據機床製造廠的說法,其加工鋼鐵的速度高達47in2/h)。Agie Evolution FS+F型線切割機床可以使用0.001in直徑的細絲來進行切割加工,儘管大部分情況都要求採用標準的細絲。這兩種機床一般都用於硬質合金的日常加工。
Srippelhoff先生說,線切割加工硬質碳化鎢合金的關鍵在於對所要加工硬質合金工件的內應力釋放情況進行控制。這是一個計劃安排的問題,例如如何按零件的形狀運動、如何調節切割線的路徑及如何根據以前的經驗和文件,進行相應的切割加工。如何正確地選擇碳化鎢材料對線切割加工能否成功也起著關鍵的作用。
最後,該公司還擁有碳化鎢合金釺焊工藝設備,這是組裝成套刀具的一道關鍵工藝。返修刀具時,需卸除和重磨碳化鎢硬質合金鑲刀片,這是該公司的一項正常業務。然後重新焊接組裝,使其煥然一新。
儘管在這裡著重介紹的是工藝技術問題,但Strippelhoff兄弟還是強調了技術力量的重要性,它會使公司發生完全不同的變化。因此,在公司大門前的司徽下貼著這樣一條標語:「有了手藝和技術,打遍天下都不怕!」

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