一种新型磨床使用三个偏离中心堆叠的转台来完全控制砂轮的 X 轴和 Z 轴以及其角位置,从而为磨削创造了一种不同寻常的解决方案。

制造是关于不断改进的。正如机械车间努力提高零件出厂速度而不降低质量一样,原始设备制造商有成千上万的人致力于改进制造设备,以使客户的工作更轻松。在这一系列创新中,最常见的方法是改进现有的问题解决方案:增加五轴工作台的刚性、延长立铣刀的刀具寿命或改进当前使用的技术。

Coventry Associates 偏心定位系统 EPS

EPS 使用三个偏离中心堆叠的转台。工作台旋转以调整砂轮的位置,既能实现精确磨削,又无需修整。图片来源:考文垂协会

但是,有时也会尝试全新的解决方案。

后者的一个例子是Coventry Associates的偏心定位系统,这是一种全新的磨床,使用三个相互重叠的圆形转台,而不是线性滑轨系统。这些转台具有相对于彼此的偏移中心,这使它们能够一起精确地引导用于内径磨削应用的砂轮的线性和角度位置,如视频所示。这种设计是全电动的,消除了对液压系统的需求以及与之相关的维护成本。

使用循环逻辑

通过将砂轮放在转台上,考文垂使用户能够控制其在 X 轴和 Z 轴以及旋转轴上的位置。这种高度的控制可以实现精确、复杂的传球,并且由于没有液压系统,该公司能够创建这种运动控制,其占地面积为 57×67 英寸。“我们实际上采用了一些旧的 Heald 1 号磨床底座,并在其中制造了 EPS,”考文垂协会总裁 Craig Gardner 说。“这个基地实际上比我们需要的空间更多,因此我们可以轻松地将占地面积减少 40% 以满足客户需求。” 此外,加德纳说它可以扩展到更大的尺寸。

“这台机器的工作范围大约是 Heald 2CF 机器的两倍,设计用于研磨直径达 24 英寸的轴承,”Gardner 说。EPS 位于直径为 8.5 英寸的圆内,允许机器运动以 3 英寸 X 行程和 8 英寸 Z 行程内接矩形。剩余的定位区域可用于通过金刚石修整器在砂轮中形成复杂形状。不过,Gardner 预计公司未来将能够通过 EPS 设计提供更多解决方案。

“我们只是在利用这种方法转变将带来的一系列解决方案。”

据该公司称,尽管体积小,但该机器相对刚性。“EPS 的紧凑尺寸意味着我们的负载路径非常紧凑,”Gardner 说。“紧凑的负载路径为我们提供了一个具有非常高刚度的系统。”

EPS 的一项独特功能是无需特殊工具或成型金刚石辊即可成型砂轮。由于机器对砂轮的 X、Z 和角度位置保持如此高度的控制,它可以使用标准的单点或旋转金刚石圆盘修整器对砂轮进行整形,沿着修整器移动砂轮以使其达到所需的形状. 通过消除对辊形修整的需要,该系统不仅消除了与磨削相关的成本,而且使使用它的车间更具适应性,因为在开始加工客户零件之前无需等待成型金刚石辊.

考文垂联合 EPS 多功能工具

多工具设置使用户能够在单个设置中执行多个操作,而无需更换工具或额外的自动化。当 EPS
移动工作头以将工件磨成形状时,本示例中的所有三个砂轮都保持静止。工作头还固定着修整器,它可以将每个轮子修整成任何需要的形状。图片来源:考文垂协会

此外,EPS 不一定需要将轮子连接到转盘上。考文垂还开发了一种 MultiTool 版本,该版本将零件放置在转台上,并在其周围有三个或更多固定磨削主轴。EPS 系统将工件送入固定磨削主轴。“这种方法使用户能够通过单一设置执行多项操作,”Gardner 说。“例如,您可以在一个装置中研磨圆锥滚子轴承内圈的孔、座圈和挡边。” 这种方法使机器操作员解放了相对较少的辅助自动化。

考文垂 EPS 多工具剖视图

EPS 多功能刀具的剖面图显示了转台如何以高精度定位工件。图片来源:考文垂协会

Gardner 建议使用带单个砂轮的 SingleTool EPS 来进行高产量、小批量的工作,而他更喜欢 MultiTool 设置来进行高混合、小批量的工作。

精密磨削的自适应控制

西门子的 Sinumerik 840D CNC提供运动控制。加德纳说,适应性考虑到了这个选择。“对于这样一个新颖的系统,我们需要一个能够提供高度定制化的控件,”他说。“840D 为我们提供了为我们独特的运动学开发软件所需的工具。”

西门子 Sinumerik 840D

据考文垂总裁 Craig Gardner 称,Siemens Sinumerik 840D 的适应性和可定制性使该公司能够控制 EPS
的独特运动学。图片来源:西门子

该公司开发的软件是 Maximizer Grinding Process,其中包括自适应力控制 (AFC) 等功能,可在磨削过程中保持恒定的法向力。据该公司称,恒定的法向力磨削可提高金属去除率,并将磨削循环时间缩短多达 30%。“研究表明,金属去除率与正常磨削力成正比,”Gardner 说。“您想以主轴功率允许的最高正常磨削力进行磨削,前提是您不会烧毁零件。”

Coventry Associates EPS 力图

此图显示了使用自适应力控制(蓝线)执行的磨削操作与使用带间隙消除器功能的速率进给磨削(绿色虚线)执行的磨削操作之间的比较。由于能够快速达到并保持最佳的正常磨削力,AFC
循环时间加快了 25%。图片来源:考文垂协会

Coventry Maximizer 软件的另一个主要特点是它的实时挠度补偿。此功能可补偿导致锥度和零件尺寸变化的主轴和机器偏转。“我们的实时挠度补偿使我们的系统能够在没有过程中量具的情况下保持过程中量具公差。” 加德纳说。

考文垂的许多人感到兴奋的部分原因是他们只是在利用 EPS 提供的各种可能性。“我们在这里拥有的是一个全新的解决方案,可以解决您如何定位工具(在 SingleTool 的情况下)或工件(在 MultiTool 的情况下)等基本问题,”Gardner 说。“这是一个根本性的变化,这意味着我们只是在利用这种方法转变将带来的一系列解决方案。”

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