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雷尼紹助力精密數（shù）控加工工廠將鋁製熔模鑄件的加工效率（lǜ）提高80%以上

2022-7-13 來源：雷（léi）尼紹作者：-

幾年前，由於（yú）油氣行業不景（jǐng）氣，位於猶他州奧格登市（shì）的LeanWerks公司不得不向其（qí）他行業拓展業務，包括航空航天和高速自動化行（háng）業，以建（jiàn）立更均衡的客戶群和更穩定的（de）工（gōng）作流程（chéng）。這家代工工（gōng）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（yǒu）的（de）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（qiú）。

背景

LeanWerks總裁兼聯合創始人（rén）Reid Leland舉了一個例子：用於製造噴氣式發動機燃油濾清器外殼的鋁製（zhì）熔模鑄件。在LeanWerks最初接觸到這個項目（mù）時，他們的客戶（一家航空航天零部件（jiàn）鑄（zhù）造（zào）廠）的生產進度已經（jīng）落後於交付計劃將（jiāng）近一年，原因是內（nèi）部加（jiā）工過程太慢，導致生產效率很低。結果造成這家鑄造廠（chǎng）的客戶（即安裝這款外殼製造噴氣式發動機的OEM）對（duì）他們（men）失去耐（nài）心（xīn），而且這項作業的（de）延誤還導致其他訂單被迫積壓，令其（qí）他客戶頗有微詞。因此，為了減輕內部加工資源的負擔，該鑄造廠找到LeanWerks，希望他們承接這（zhè）種鑄件的加工作業。

挑戰

相比其他鑄造工（gōng）藝，熔模（mó）鑄（zhù）件具有形狀（zhuàng）複（fù）雜但尺寸精（jīng）度高的優點，因此許多工程師在（zài）其（qí）工件設計中指定使用熔模鑄件；但是，這些鑄件仍需要經過精加工（gōng）才能實現精確（què）的裝配，以達到產品（pǐn）功能的高性能要（yào）求。

然而，由於這類毛胚鑄件複雜各異，而（ér）且相關的工件夾持要求比較棘手，因此有些（xiē）工廠不願承接此類（lèi）加工作業。

比如說（shuō），燃油濾清器外殼需（xū）要多項加工操作（zuò），包括深孔銑削、鏜（táng）削、端麵銑削（xuē）、鑽孔、攻絲、內徑開槽和3D輪廓（kuò）加工。起初，LeanWerks認為可以先在三軸銑床上進行幾次設定，然後在車削中心上進行一次（cì）設定（dìng），通過這種方法完成這項作業。但是後來他們發現這種方法並（bìng）不理想，因為在（zài）多次（cì）設定之後，工件的複雜基準設（shè）計的嚴苛位置公差（chà）要求將難以滿（mǎn）足（zú）。

LeanWerks轉而考慮如何充分利（lì）用現有的Mazak Integrex i200S車銑複合機床的銑削能（néng）力，以盡可能減少在加工過程中接觸工件的次數（shù）。該工廠過去主要使用（yòng）這台機床來生產用於石（shí）油和天然氣行業的高壓泵送作業的錐形旋塞（sāi）閥鑲套閥芯（xīn），用於諸如水力壓裂和連續油管等應用。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（xiàng）（或橫向）流道孔，因此非常適合加工（gōng）閥門的鑲套閥芯。這（zhè）台機床還可以銑削在裝配時需要接合O型圈的孔（kǒng），由於這些孔是錐形麵，因此需要進行五軸輪廓加工。

也就是說，在車銑（xǐ）複合機床上加（jiā）工燃油濾（lǜ）清器外（wài）殼時，雖然不需要車削操作，但也存在多項（xiàng）挑戰。例如，A356.0航空級鑄鋁的二氧化矽含量（liàng）很高，切削難度大。

此（cǐ）外，這種鑄件的幾何形狀複雜，在各個表麵上具有多個角度各異的特（tè）征（包括鑄件內（nèi）部13英寸深的底部有一個關鍵裝配特征），而且薄壁部位在（zài）加工過程中會產生振動問（wèn）題。再（zài）加上，這種工件（jiàn）具有公差（chà）要求嚴苛的複雜基準結構，例如：某些寬距特征的位（wèi）置（zhì）度公差為（wéi）0.25 mm，而其他窄距特征的尺寸公（gōng）差（chà）為0.01 mm，位（wèi）置度公差為（wéi）0.05 mm。

解決方案

因此，LeanWerks采取了三大步驟（zhòu），實現了在車銑複（fù）合機床上（shàng）通過一次設定對熔模鑄件的五個麵進行高效加工。第一步是設（shè）計一款夾具來固定鑄件，以便對（duì）工件的五個（gè）麵進行加工。這款夾具的一個關鍵部分是支架（jià），它（tā）與鑄件的（de）主體接合，同時允許接（jiē）近支架腿之間和旁邊的工件特征。為了將鑄件固定在支架上，LeanWerks在（zài）支架腿之間安裝（zhuāng）了鏈條和（hé）滑輪機構，以（yǐ）實現均勻夾緊。

由於車銑複合機床沒有足夠的Y軸行程可接近所有特征，因此LeanWerks在夾具中加入了一個Setco燕尾（wěi）滑（huá）塊（kuài），使支架和（hé）工件能夠（gòu）滑動（dòng）並在（zài）可接近的位置重新（xīn）夾緊，而無需（xū）完全重新固定工件。為確保剛性（xìng），支架被安裝在（zài）鋼（gāng）製底板上，並通過定位銷和焊接進行加（jiā）固。底板（bǎn）安裝在在燕尾滑塊的鞍座上（shàng），而滑塊底座（zuò）安裝在（zài）機床現有的三爪卡（kǎ）盤（pán）的（de）主爪（zhǎo）上。

第二（èr）步是，該工廠集成了一套觸發（fā）式測頭測（cè）量係統。由於每個（gè）毛胚（pēi）鑄（zhù）件（jiàn）的形（xíng）狀略有不同，而且（qiě）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頭測量（liàng）。通過測頭測量可精確地確定工件移位後的新位（wèi）置，從而使後續刀具路徑與實際工件位置實現最佳擬合。

事實上，該工廠意識到（dào），除了標準長度的（de）測頭之外，他們還需要一個測量（liàng）範圍加大的測頭（tóu），用於測量工（gōng）件內部深處的特征。由於車銑複合機床隻有（yǒu）一個測頭測量通道，LeanWerks使用雷尼紹RMI-Q無線電接（jiē）口對機床進行（háng）了改造，並在主機（jī）控製麵板中安裝了可編程邏輯（jí）控製器 (PLC) 卡來（lái）處理第二個測頭的信號。短（duǎn）測頭使用長度為25 mm的測針（zhēn），長測頭使用安裝在200 mm加長（zhǎng）杆上的長度為（wéi）50 mm的測針。兩（liǎng）款測頭均使用雷尼紹RMP60測頭本體。

使用雷尼紹的Inspection Plus（增強型工件測量（liàng）軟件）對測頭測量程序進行編程，並將生成的代碼添加到機（jī）床程（chéng）序的適當位置。初始測頭測量程序在外殼腔內的底部端口（kǒu）及外殼正麵的開口上采點，以確定工（gōng）件的中心軸。測（cè）量的其他特征（zhēng）包括靠近表麵（miàn）的其中一個（gè）小端口，以確定工件的旋轉方向；以及主側法蘭的（de）一個內壁，以確定工件的Z軸位置。Mazak的工件位置誤差補（bǔ）償 (WPEC) 軟件模塊能夠利用初始測頭測量位置進行計算，以檢查工件隨主軸分度運動後的真（zhēn）實位（wèi）置偏差。在（zài）初始測（cè）頭測量程序之後（hòu），再執（zhí）行後續測量，以確認相關特征和加工後表麵的位置（zhì）。

最（zuì）後一步是，該工廠（chǎng）采用先進的切削刀具（jù）技術對該工件和研磨鋁材料進行深加工操作。在這項作業中，該工廠使用Rego-Fix公司的（de）powRgrip刀具夾持係統。作為熱縮配合的替代方案，powRgrip是一種機械壓合係統，由刀架（jià）、精密夾套，以及一個用於將夾套和刀具插入刀架的緊湊型台式液壓夾緊裝置（zhì）組成。Rego-Fix稱，該係統能夠產（chǎn）生（shēng）高夾緊力（lì），同時將總指示器讀數保持在小於0.0001英寸。該係統的（de）剛性有助於（yú）提高刀具使用壽命和切削精度（dù）。

用於（yú）這項作業的切削刀具必須具有大正前角，以極高的速度運行，且切深較小。LeanWerks選用的是Garr Alumistar立銑刀，以及一把帶（dài）有無塗層、高拋光、大正前角刀片的小型（xíng）麵銑（xǐ）刀。

LeanWerks還使用機外（wài）對刀裝置為（wéi）這項（xiàng）作業進（jìn）行對刀。這項操作不僅可對刀具進行（háng）外部對刀，更（gèng）重要（yào）的是，還（hái）可檢查切削刃、驗證成型刀具的形（xíng）狀和測（cè）量跳動度，從而協助校驗（yàn）和故障排除。

結果

LeanWerks開發出在車銑複合機床上加工熔模鑄件（jiàn）的製程，將每個工件的加工效率（lǜ）從每件10小時（shí）提升到不到2小時。在此基礎上，該工廠還（hái）在（zài）探索更多（duō）方法，以提高現有的生產加工能力，向更多行（háng）業拓展業務。

詳情請訪問www.renishaw.com.cn/leanwerks

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