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通过高速铣削和电火花加工的结合降低模具制造成本
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9 _3 F. H5 q2 e q( s" c作者：大连组合机床研究所 李如松 来源：Ringer& p9 [3 e* p @& ]0 n: K
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: q _! q2 R* K0 l% D, P5 r 当今，电火花加工和高速铣削是制造模具的关键工艺，这两种工艺既相互竞争，又相互补充。近十年来，随着超硬刀具、驱动技术、机床和控制技术的不断发展，高速铣削已在部分场合替代了电火花加工。高速铣削工艺在加工自由曲面及体积较大的型腔时，有着无可比拟的高效率，并由于加工精度高和表面质量好，从而可免去后续的补充加工，大大简化了生产工艺流程。然而，电火花成形加工工艺，在诸如加工较深、较窄或有着极小的内圆角半径的型腔和加工复杂几何形状的零件，以及在加工硬度超过60 HRC的模具零件时，则有着比高速铣削更好的技术经济优势。
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由此可见，通过高速铣削和电火花加工两种工艺的相互结合，实现优势互补，也就是通过工业机器人和工件储存库把电火花加工机床和高速铣床连接成一个单元，或一个系统， 实现自动化加工，由此来提高生产效率、降低单件成本、提高加工精度和缩短生产流程时间及供货时间，从而增强企业的竞争力。
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近5～6年来，在欧洲生产电火花加工机床又同时制造高速铣床的诸如像德国的欧普斯-英格索尔（OPS-Ingersoll）、瑞士的GF阿奇夏米尔（GF Agie Charmilles）和德国的艾克隆（Exeron）等公司纷纷推出集成电火花加工和高速铣削加工的加工单元或模具中心等自动化综合加工设备。 : L( N3 g6 r5 a) g7 s
, ^8 f* L, h) g: C3 N# vGF阿奇夏米尔公司为在模具制造领域里展示自己在电火花加工和高速铣削加工方面的相关技术，在其舍恩多夫（Schorndorf）的应用和服务中心里陈列了一个集成铣削加工和电火花加工的线型加工单元，用于制造注塑模型芯的镶件。高效加工中心（Mikron UCP 600 Vario）和电火花加工机床（Form 2000）通过沿轨道行走的机器人（Workmaster Linear-System 3R）操作搬运电极和工件托盘。该单元系模块化结构，可根据需要进行扩充。据报道，采用该设备可降低46%的制造费用。 % { B3 f8 _, ~* b! _+ u* `" A
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该加工单元在接受作为订单的加工任务后，就可从CAD/CAM开始，从编程、机床控制、工件托盘夹紧、电极和铣刀的选取，机床的加工启动和已加工完的工件成品取下以及在框架式储存库上工件的存取均可自动进行，而工人只需在装卸料工位把工件托盘装到加工单元的框架式储存库上。通过自动化解决方案把两种不同加工方式的机床集成在一起，实现工件的综合高效加工。客户可以拿着他们的加工任务来到应用中心，利用GF阿奇夏米尔公司的专有技术帮助找到合适的解决方案。
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德国Ruhla模具制造公司是一家制造注塑模、冲模和弯曲模的小型企业，有职工45人。前几年，由于公司业务的开拓和发展，现有两台机床的电火花加工能力，一年只能达到5000个小时，而实际需要8000个小时。而外购的电极和外面的电火花加工往往不能符合厂里的质量要求。当时Ruhla公司的领导在Schorndorf的GF阿奇夏米尔公司的应用和服务中心里看到了电火花成形加工的自动化解决方案，因此决定和GF阿奇夏米尔公司进行合作。在2008年初，在公司里安装了一个全自动、集成电火花成形加工和高速铣削石墨电极的加工单元（图1），在当时，这一套设备是欧洲的首台设备，通过投资于高度现代化的加工单元，在技术上大大提升了公司的竞争能力。
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这一套加工单元主要由下列设备组成：
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◇ 两台电火花成形加工机床（Agietron Impact 2和AT Hyperspark 2 HS）；
( `) z0 H, w3 [( d9 h6 `◇ 高速加工中心（Mikron HSM 300 Graphite Master）； ) J' W6 }+ N; e
◇ 三坐标测量机（Zeiss公司的Vista）； - i$ L) ?+ ^) J/ S
◇ 关节型工业机器人（Handling Tech公司）；
7 H5 u3 N3 S2 g- ?* r◇ 识别系统（Zwicker系统公司的Flashident）；
) \0 l' D# l1 w( Q◇ 系统管理软件（Zwicker系统公司）； ) ~3 H, Z; x2 \3 K% |. J E) Y
◇ 装卸料工位和（加工单元的）上料工位。
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3 @$ q; W6 \4 B3 R加工单元的运行方式：设计石墨电极、电极的高速铣削，然后由机器人（图2）将电极存放到框架式中间储存库里。工人在外面从框架式仓库上取下电极，在三坐标测量机上进行测量，然后把电极放回料库任何一个位置上，由识别系统将位置信息传给管理系统。在装卸料工位工件夹紧在工件托盘上，通过上料工位传输给加工单元。在加工单元内，由关节型工业机器人来操作工件托盘，在进行加工工序期间，机器人把工件托盘存放在框架式料库上，由识别系统确认这个存放位置。在后续加工结束后，机器人又把托盘送回到卸料位置。$ P, c4 Z4 \6 U% h! M, u
: ?. ]) q' B: X+ P6 G- O( n, S3 M- v$ @6 J ]4 j
: k; I9 \6 [, _6 Z在一台空架轨道上行走的关节型机器人为一台加工中心和两台电火花成形加工机床供给电极坯料和电火花加工用的电极。（资料来源：GF阿奇夏米尔）
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总共有四名职工分别为加工单元拟订加工规划、设计电极和在装卸料工位、测量工位以及加工单元上从事一些辅助服务工作。加工单元也可以在无人看管的情况下运行。 9 p$ J/ J+ u! f5 @0 G* m1 s- a
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加工单元投入使用以来，其主要使用效果表现在电火花成形加工的能力提高约3000个小时，电极的制造时间缩短约70%和提高了设备的柔性。 0 q$ O% i, y7 k. g* J
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欧普斯—英格索尔公司为Beckmann模具制造厂提供了一套由一台电火花成形加工机床Gantry 500、一台高速铣床OPS 650、一个料库和一台机器人组成的模具中心。由任务管理系统协调加工过程，根据任务优先原则对加工进行排序。料库有装有发讯芯片的8个工件托盘和180个电极夹头，机器人和机床由此能可靠识别任何一种工件。模具中心可24小时可靠运行。工件能在一次装夹后完成综合加工，大大提高了加工质量，成倍提高了加工速度和产量，从而缩短了供货时间。 8 d$ d2 x# m- S0 o/ [. l$ e
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在这里，对艾克隆（Exeron）公司和它的自动化加工系统Cxo-Cell作一简单介绍，艾克隆公司是一家有着30年制造电火花加工机床历史的著名企业。该公司为了提升自己在模具加工设备领域里的竞争力，几年前，它收购了Chiron公司高速加工中心的Digma品牌。目前，该公司推出的自动化加工系统是由一台电火花加工中心exeron 312、一台铣削中心exeron HSC 300 、一台6轴工业机器人和一个回转式料库（exeron AWEX 150/10）组成。 - u% N6 ?8 t: o& i, X0 C- L3 Q; `8 J! a
c& V4 K/ q, n# I: g" k从上述介绍的情况可以看出，高速铣削和电火花加工的结合，体现了模具加工工艺朝着高效低成本发展的趋势。同时还可以看出，模具生产企业显然是特别注重这种自动化集成的解决方案应由既生产电火花加工机床，又制造高速铣床的一家公司来供应，同掌握这两种工艺的厂家进行合作，无疑可获得工艺上不偏不倚的建议和投资决策的帮助，这种一揽子解决方案同时也方便于设备的维护和检修。
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( u/ ~. Q: [# C目前，通过系统自动化技术，集成不同加工工艺已是模具制造技术的发展趋势。电火花成形加工和高速铣削集成到了一个加工单元或加工系统中，充分发挥各自的工艺优势，明显提高了设备生产效率、缩短制造和供货时间，提高加工精度以及降低单件成本，从而提高了企业的竞争力，而这些成果对于采用单独运行的设备是难于取得的。(end) | 
发表于 2010-6-12 08:59:21