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五轴加工高燃烧效率蜗轮增压器

供稿:工控网 2007/1/4 9:37:00

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如果没有Turbocam自动化生产系统(Taps),大部分的新型轿车和卡车都不会满足燃油效率和排放标准。那是因为在Barrington, N. H.的工厂是少数几家高精度蜗轮增压器叶轮的供应商之一,而对汽车制造商来说高精度蜗轮增压器叶轮是满足当今严格的国家标准的关键部件。通过先进的五轴加工,Taps每天可以制造数百个增压器,采用实心铝材切削,与老式的铸造增压器相比,不仅有价格上的优势而且公差精度更高。而且,Taps增压器成本低于其他加工形式的90%,使得该工厂在这个一级市场里取得了不可撼动的市场份额。
与大部分的蜗轮式零件一样,增压器是一个100%五轴加工工件,没有任何直切或纯圆弧加工。外形轮阔大致为锥形,有大量翼型叶片从轮毂且开始沿着圆锥的轴线螺旋辐射开来。在增速器加工期间的每个加工瞬间,切削路径沿着所有的加工轴变化,因此每个轴一直处于加速或减速的模式下,这会导致产生严重的重力加速度。
在Taps的核心,加工任务繁重的五轴增压器加工由四台FSP型号300x的高速加工中心完成,它们是Bridgeport, Conn的Moore Tool Co.的产品。该机床最引人注目的是固定位置的水平主轴只能沿X和Y轴运动。只限制主轴在水平方向运动,并不改变主轴的伸长,这样可以提高刚性并在大惯性力时提高振动阻尼,在增压器的加工中大惯性力是很常见的。工件台的台上台(table-on-table)旋转设计,在Taps的复杂轮廓切削期间避免了铰轴的重心偏移,提高了切削路径的响应和精度。具有水平主轴可以更快的去除切削屑,不用双掏槽(double cut)。
大型的、铸铁的和三点水平式的箱中箱结构增强了稳定性和振动的吸收。加工轮廓进给率可达到787ipm,速度可以达到1,181ipm,在五轴模式下加速度可达653 in./sec2或者1.7G。
FSP 300s还结合有高增益,闭环数字伺服系统,可以快速定位,高进给率和在所有的轴上迅速加速的特点。Moore能够获得这样的优势是因为抓住了机床设计的本质并且通过协调机床和控制系统使谐波效应、振动和冲击的影响最小化,并使机床的西门子Sinumerik 840D控制系统处于正常工作水平。Moore的经理Rob Smith 说,“低刚性机床以Taps的速度运行时,在如此高的增益下,控制系统的一定会变得动态不稳定。”
他说西门子的控制系统可以提供高的加工和处理速度以及真正的五轴加工。而且加工过程中不需要停下任何一个轴,停轴在复杂轮廓加工中会使加工速度大大降低。
840D控制系统可以控制10个信道,10个模式群,31根轴。为满足轴和信道的高需求,NCU的计算能力和存贮区域可以扩展和合并。这使840D可以在一台CNC上连接248个轴和主轴。
第一台应用到 Taps中的FSP 300现在加工原型和加工制造的零件是公司体积最大的零件之一,一个由2618铝切削成的4英寸的增压机。使用Moore设计的往复进给装置,机床可以无人看管运行,在1个小时内切除50%的重量并完成增压机的加工,同时容积误差可达0.001英寸。
Taps通过加工一个10英寸的增压机来验证机床的品质,该加工从实体开始需要7次轮廓切割和7次换刀才能完成。
FSP 300在三小时内完成了加工并且所有的表面满足尺寸和光洁度要求。这次切割,进给率在190到282sfpm,同时主轴速度在24,000到40,000rpm的范围内。
Taps工程经理Andrew Hussey说:“从任何方面来衡量,这是最快的五轴加工轮廓,FSP 300x性能可以与欧洲最好的五轴加工中心媲美,优于我们所见到的任何一台美国制造的CNC。”
由于第一台FSP 300的成功,工厂又购置了三台进行同样的增压器加工。加工效果非常好,只需要两名员工就可以对昼夜不停生产出的产品进行人工修整。
说明:
1005tapsHussey:
Moore通过协调FSP 300x HMCs和它们的控制以使谐波效应、振动和冲击最小化
Turbocam Parts:
在从实心铝材加工叶轮时,使用MooreFSP 300x HMCs在Taps自动化生产系统中去除超过50%的重量,并在大约1个小时内完成叶轮的加工,同时将容积误差保持在0.001英寸的范围内。
1005TAPSactivearea:
Moore FSP 300x HMCs 工件台的table-on-table旋转设计, 在Taps的复杂轮廓切削过程中避免了铰轴的重心偏移,提高了切削路径的响应和精度。
信息来源于:中国机床网

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