現(xiàn)在，航空業(yè)、醫(yī)療行業(yè)和工具制造業(yè)均面臨的形勢(shì)是：?jiǎn)闻萎a(chǎn)品的數(shù)量不斷下降、生產(chǎn)周期不斷縮短、成本壓力大以及要求盡可能直接更換加工用的工具。這樣便越來(lái)越多的產(chǎn)生了磨削加工機(jī)器的設(shè)計(jì)方案。長(zhǎng)期以來(lái)，一種磨削加工機(jī)器產(chǎn)品通常會(huì)持續(xù)使用七、八年保持不變。而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)或醫(yī)療行業(yè)矯形外科領(lǐng)域的整個(gè)系列的部件要實(shí)現(xiàn)無(wú)人化生產(chǎn)或整個(gè)工件要實(shí)現(xiàn)無(wú)人化加工作業(yè)時(shí)，由于所使用的變形刀具數(shù)量大，這樣，在使用中即使是最先進(jìn)的磨床也會(huì)出現(xiàn)受限的情況。
圖1 結(jié)構(gòu)緊湊的Y軸是為了使用而專門設(shè)計(jì)的。抓取砂輪的滑軌借助于Y軸可直接運(yùn)行至工具盒架前
模塊化工具盒可提供大量變形工具
Haas磨床公司認(rèn)識(shí)到了這個(gè)市場(chǎng)需求，從而研發(fā)出了一種精準(zhǔn)排除該瓶頸的可模塊化使用的工具盒。該公司總經(jīng)理Thomas Bader對(duì)該設(shè)計(jì)方案充滿自信，他說：“該方案的首批使用者對(duì)此表示非常歡迎。自引用了該方案的系統(tǒng)后，客戶每年裝備磨床的時(shí)間從原來(lái)幾周縮短到短短幾天?！笨蛻粲媚K化工具盒戰(zhàn)勝了一個(gè)特殊的挑戰(zhàn)：也就是該模塊化工(刀)盒所占的基本面積要盡可能的小(2000mm×2400mm)，與此同時(shí)還必要為直徑為20mm~300mm的數(shù)量很大的砂輪以及與砂輪組合安裝的與砂輪外形尺寸相匹配的冷卻劑保護(hù)裝置留有足夠的空間。
圖2 結(jié)構(gòu)緊湊的線性軸系統(tǒng)直接與磨床的中央潤(rùn)滑系統(tǒng)相連接。為了防止在高動(dòng)態(tài)的加工作業(yè)時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)，該軸系統(tǒng)Z軸頂部由兩個(gè)Schunk-Beta帶齒三角皮帶軸進(jìn)行傳動(dòng)，該軸系統(tǒng)Z軸尾部由一個(gè)Schunk-Beta帶齒三角皮帶軸進(jìn)行傳動(dòng)
這種技術(shù)訣竅是借助于一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的、已完成安裝準(zhǔn)備的軸系統(tǒng)將砂輪和冷卻劑保護(hù)裝置靈活結(jié)合在一起，并做好進(jìn)行磨削作業(yè)的準(zhǔn)備。在進(jìn)行磨削作業(yè)時(shí)，由該線性軸系統(tǒng)來(lái)抓取操控磨削系統(tǒng)和Schunk公司提供的工件張緊裝置。布置在工具盒內(nèi)的由砂輪和冷卻劑保護(hù)裝置組成的這種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的組合裝置的更換與作業(yè)同步進(jìn)行，可在最短的時(shí)間內(nèi)完成砂輪和冷卻劑保護(hù)裝置的更換，完成一次砂輪和冷卻劑保護(hù)裝置的更換時(shí)間僅為28s。而磨床原本僅用于更換砂輪的時(shí)間便為10s。
除此之外，目前由該線性軸系統(tǒng)操控的銑刀在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣。這種線性軸系統(tǒng)操控的銑刀適合用于外形或直徑小、無(wú)法使用砂輪進(jìn)行加工作業(yè)的醫(yī)療器械工件的加工作業(yè)。為了防護(hù)機(jī)油油霧，用于隔開機(jī)油油霧的模塊化工具盒的安全門也就成了與機(jī)床的接口，由一個(gè)交換工作臺(tái)來(lái)取代機(jī)床原來(lái)的刀具更換裝置。Schunk公司是根據(jù)用戶的特殊使用要求來(lái)進(jìn)行線性軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。除此之外，Schunk公司還提供完成安裝準(zhǔn)備的能源鏈以及與中央潤(rùn)滑系統(tǒng)的連接，這樣便大大方便了用戶進(jìn)行各種不同外形工件的加工作業(yè)。
抓手還帶有設(shè)計(jì)獨(dú)特的花盤夾爪附件
由兩個(gè)多齒操縱的Schunk-PGN-plus萬(wàn)能抓手對(duì)砂輪和冷卻劑保護(hù)裝置進(jìn)行多變量的操控。為此，抓手帶有設(shè)計(jì)獨(dú)特的花盤夾爪附件，這樣便能夠使其與復(fù)雜的外形尺寸相互匹配，以便可靠抓取各種變形保護(hù)裝置以及HSK-80和HSK-50夾緊裝置。一個(gè)保持抓取力的裝置可在能源突然下降的情況下仍保持能夠可靠夾緊工具。由光學(xué)傳感器監(jiān)控工具是否在位。在操控工具前，由專用噴嘴對(duì)當(dāng)時(shí)的接口可能存在著不潔進(jìn)行清理。借助于一個(gè)Schunk-SRU-plus回轉(zhuǎn)單元,既可將布置在下邊的抓手中的一個(gè)抓手與砂輪和冷卻劑保護(hù)裝置組合在一起，又可用于單個(gè)具體砂輪和銑刀的取出和存放。
圖3 由兩個(gè)功能強(qiáng)的Schunk-PGN-plus萬(wàn)能抓手對(duì)工件進(jìn)行操控。為了抓取砂輪，一個(gè)下方的抓手借助于Schunk–SRU-plus回轉(zhuǎn)單元進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)
該線性軸系統(tǒng)對(duì)緊湊性和加工過程安全性逐步進(jìn)行微調(diào)。在此，Schunk公司的產(chǎn)品目錄中三個(gè)Beta-120型齒傳送帶則能夠發(fā)揮使線性軸系統(tǒng)在X方向進(jìn)行線性運(yùn)動(dòng)的功能。該線性軸系統(tǒng)的頂端上的兩根軸由一臺(tái)伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)，頂端上的第三根軸實(shí)現(xiàn)電動(dòng)同步驅(qū)動(dòng)，且同樣裝備有一臺(tái)伺服電機(jī)。其次，為確保整個(gè)系統(tǒng)的高剛性，還避免最大為5m/s2的加速度和最大為60m/min的高動(dòng)態(tài)性運(yùn)動(dòng)，這樣高動(dòng)態(tài)性運(yùn)動(dòng)會(huì)將軸系統(tǒng)置于擺動(dòng)中。以這種方式便能實(shí)現(xiàn)軸的運(yùn)動(dòng)，從而避免了更換工具時(shí)的等待時(shí)間，此外還可將整個(gè)系統(tǒng)的磨損降至最低。
線性模塊集結(jié)構(gòu)緊湊和升程于一身
在Z方向，使用了一根效率高的Schunk-Delta-240C主軸，該主軸帶有一個(gè)桿鎖，并裝有一根加長(zhǎng)軸和一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，持久對(duì)位置進(jìn)行監(jiān)控，并在軸系統(tǒng)出現(xiàn)斷裂或碰撞時(shí)立即使其緊急-停止運(yùn)行。在Y方向，Schunk公司提供的線性軸系統(tǒng)可使軸直至最后一毫米都能充分發(fā)揮技術(shù)作用：該公司自行研發(fā)的線性模塊將結(jié)構(gòu)緊湊和升程達(dá)490mm的特大行程的優(yōu)點(diǎn)集于一身。如果不需要為主軸留有空間，滑軌完全可以滑至模塊的末端。只有這樣，才能夠使抓手既能左邊到達(dá)工具盒架，右邊也完全能夠到達(dá)砂輪和銑刀架。在此，Schunk公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)所遇到的一個(gè)特殊挑戰(zhàn)是，該線性模塊必須做到結(jié)構(gòu)如此的緊湊，這樣才能確保所給定的空間足夠使用，而另一方面，該所給定的空間又能夠滿足抓手升降行程的要求，以確保能夠滿足抓手自如的操控左邊的工具盒架和右邊的砂輪和銑刀架的要求。
圖4 砂輪自動(dòng)化的與匹配的冷卻劑保護(hù)裝置結(jié)合在一起
既關(guān)注加工作業(yè)過程的安全性，又關(guān)注加工作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性
Schunk公司除了負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和組裝線性軸系統(tǒng)，而且也負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和加工作業(yè)周期的計(jì)算。在此，首先是要確保加工作業(yè)過程的安全性，與此同時(shí)還要滿足對(duì)加工作業(yè)經(jīng)濟(jì)性的高要求。
這里，一方面是Schunk公司的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目囊括了所有可設(shè)想到的主軸驅(qū)動(dòng)的變形系統(tǒng)，同時(shí)也囊括了結(jié)構(gòu)尺寸大小逐次細(xì)微變化的高動(dòng)態(tài)線性直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。除此之外，Schunk公司的線性技術(shù)專家還從很多項(xiàng)目中積累了廣泛的自動(dòng)化加裝銑、車、和磨床工具的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)然，為了達(dá)到該項(xiàng)技術(shù)訣竅的要求，理想的前提是必須牢牢掌握如何才能夠做到使Haas磨床工具盒的結(jié)構(gòu)異常緊湊。
圖5 Haas磨床有限公司經(jīng)理Thomas Bader這樣說：“今天，客戶將原件放入機(jī)床，便希望該原件能夠得到全面加工，加工后的工件可直接進(jìn)行包裝出廠。而且，客戶對(duì)各種不同系列工件的要求均是如此?！?/p>
自1989年以來(lái)，Haas集團(tuán)一直在進(jìn)行自動(dòng)化研磨加工技術(shù)開發(fā)研究。在此，除了研磨加工過程的可靠性外，該公司首要關(guān)注的是縮短設(shè)備的加工準(zhǔn)備時(shí)間和無(wú)人化生產(chǎn)。Haas集團(tuán)早就提供了該公司研制的磨床集成化砂輪更換裝置。在這項(xiàng)研發(fā)中，該集團(tuán)公司還實(shí)現(xiàn)了砂輪的自動(dòng)化校準(zhǔn)以及借助于機(jī)器人或自動(dòng)化平臺(tái)系統(tǒng)(Portal system)進(jìn)行工具自動(dòng)化加裝。
將多臺(tái)磨床相互聯(lián)結(jié)起來(lái)，并按順序使之自動(dòng)化運(yùn)行。與研磨過程的程序化一樣，控制系統(tǒng)的程序化始終是由Haas集團(tuán)通過該公司自己的Horizon軟件直接實(shí)現(xiàn)的。
