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| 充滿智慧的新型機(jī)床提高日本工廠的競(jìng)爭(zhēng)力 | |
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| 詳細(xì)信息 |
| 日本制造業(yè)面臨日元升值、人工費(fèi)和企業(yè)所得稅高漲、電力短缺等不利因素。此次參展機(jī)床廠商等公開的各種展示中包含很多讓打算東山再起的日本國(guó)內(nèi)工廠增強(qiáng)信心的產(chǎn)品。其關(guān)鍵詞可以概括為“JIMTOF”。 世界各地舉辦的機(jī)床展會(huì)越來(lái)越多，在此形勢(shì)下，在日本舉行的JIMTOF的看點(diǎn)是采用高附加值技術(shù)的尖端機(jī)床。作為展示尖端技術(shù)的平臺(tái)，JIMTOF仍然具有巨大吸引力。 在本屆展會(huì)上，考慮如何為苦于日元升值的日本國(guó)內(nèi)工廠提供有效解決方案的技術(shù)展示十分引人注目。這些技術(shù)可用①J：縮短加工時(shí)間；②I：與眾不同的能力；③M：無(wú)人化；④T：多功能；⑤O：大型化；⑥F：復(fù)雜化這6個(gè)詞來(lái)概括。 縮短加工時(shí)間 牧野銑床展出了可縮短加工時(shí)間的U3線切割放電加工機(jī)床。配備能夠?qū)崿F(xiàn)更微細(xì)的電壓控制的電源電路（精加工電路），在將表面粗糙度降至低水平的同時(shí)，減少了反復(fù)進(jìn)行放電加工的次數(shù)（即加工次數(shù)，放電加工一般要對(duì)同一處地方數(shù)次反復(fù)加工才能完成）。可通過縮短時(shí)間，降低加工成本。該機(jī)不含稅售價(jià)為1420萬(wàn)日元（切削技術(shù)注：約合94萬(wàn)元人民幣）。 設(shè)想的工件為汽車部件及電子部件等普通部件的沖壓模具以及醫(yī)療器械等大型部件、較厚的部件及人工骨骼等，范圍十分廣泛。主要面向要求表面粗糙度Rz（最大高度）為5μm以下，尺寸精度在±4～5μm以內(nèi)，尺寸精度要求不像精密模具那樣高的工件。例如，為了加工用來(lái)對(duì)汽車安全帶的皮帶扣部分進(jìn)行沖壓成形的沖頭，U3機(jī)床使用直徑0.25mm的線電極對(duì)材料為模具鋼SKD11、板厚為60mm的工件進(jìn)行加工，只需加工三次便獲得了Rz為3μm的平滑表面，加工時(shí)間為190分鐘。而原來(lái)的線切割放電加工機(jī)需要加工四次，比U3多一次，加工時(shí)間長(zhǎng)達(dá)220分鐘，比U3長(zhǎng)30分鐘。 沙迪克公司開發(fā)的新型SL600G線切割放電加工機(jī)床也能縮短加工時(shí)間。該機(jī)床不僅更新了NC電源裝置，還增加了可提高加工精度的放電控制功能，從而兼顧了高速度和高精度。 為了實(shí)現(xiàn)高速化，通過采用雙核型CPU提高了NC電源裝置SPW電源的處理速度。還結(jié)合使用了通過包覆導(dǎo)電性出色的鋅來(lái)提高放電效率的“獵鷹”線電極，從而實(shí)現(xiàn)了工件的高速加工。比如，加工次數(shù)為一次時(shí)，加工時(shí)間最多可縮短50％，進(jìn)行更高精度的4次加工時(shí)，時(shí)間同樣可以縮短30％。 以高速化為前提實(shí)現(xiàn)高精度的技術(shù)為這種加工作出了貢獻(xiàn)。其中之一是該公司開發(fā)的可提高加工直線度的Tycoless控制技術(shù)。進(jìn)行線切割放電加工時(shí)，在放電反作用力以及靜電吸引力的作用下，線電極會(huì)發(fā)生振動(dòng)。因此，線振幅較大、位于厚度方向的工件的中央附近的去除量便會(huì)增加，凹陷成逆鼓狀（弓狀）。而且，工件越厚，這種影響越大。 于是，新控制技術(shù)通過精細(xì)地控制電壓和電流等措施，在允許振動(dòng)的同時(shí)，使線電極從上端到下端沿著工件的厚度方向均勻靠近。這樣一來(lái)，上端到下端的去除量不均就會(huì)減小，即便加工次數(shù)只有一次，也能提高直線度。以厚度為200mm的工件為例，加工一次時(shí)，直線度為3μm以下。而原來(lái)的直線度為20μm左右。 與眾不同的能力 在多數(shù)機(jī)床以鋼或鋁合金制成的工件為加工對(duì)象的形勢(shì)下，唯獨(dú)SUGINO MACHINE（總部：富山縣魚津市）通過巧用高壓水，實(shí)現(xiàn)了對(duì)玻璃、碳纖維、鈦合金等高難加工材料的支持，表現(xiàn)出了出色的加工能力。 SUGINO MACHINE開發(fā)出了適合用于以難切削材料制成的小工件微細(xì)加工的KATANA2噴水式加工機(jī)床。主要用于加工鈦合金醫(yī)療部件、由化學(xué)強(qiáng)化玻璃制成的智能手機(jī)部件、由碳纖維強(qiáng)化樹脂（CFRP）制成的飛機(jī)部件等。 KATANA2更新了含有噴嘴的刀頭。具體而言，通過將用來(lái)噴出高壓水（含有石榴石研磨材料）的噴嘴的直徑縮小至0.3mm等措施，實(shí)現(xiàn)了微細(xì)加工。而原來(lái)的噴嘴直徑為1.0mm。 除了縮小噴嘴直徑之外，還采用了將研磨材料料均勻摻入高壓水的機(jī)制。首先，制造出專用研磨材料供應(yīng)裝置，并改用更加準(zhǔn)確地控制研磨材料供應(yīng)量的方法。而原來(lái)“采用像沙漏的沙子一樣依靠重力落下的方法”（SUGINO MACHINE）。而且，可從所有側(cè)面（所有圓周方向）向高壓水中投放研磨材料。而以前只能從一個(gè)地方投放研磨材料。另外，還配合噴嘴直徑的縮小，采用了粒徑更小的研磨材料。 SUGINO MACHINE使用KATANA2，加工出了用來(lái)連接骨骼的骨板樣品。采用鈦合金制成，厚度為0.5mm。可在兩分鐘以內(nèi)完成加工。還使用相同厚度的鈦合金，制作出了形狀更為復(fù)雜的微細(xì)加工樣品。 KATANA2還具有運(yùn)行成本比原來(lái)減少40％的優(yōu)點(diǎn)。原因有以下三個(gè)。第一是減少了研磨材料用量。第二是將制造高壓水的水泵由油壓式改成了電氣（伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)）式，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能化。第三是因?yàn)槭褂昧礁〉难心ゲ牧希钥蓽p小噴嘴的摩耗，從而降低了切削刀頭的更換頻率。 無(wú)人化 在本屆JIMTOF上，通過無(wú)人化來(lái)降低成本的理念也十分引人注目。松浦機(jī)械制作所（總部：福井市）展出了MAM72-35V PC32五軸控制加工中心（MC），不僅可配備多個(gè)工件和刀具，而且通過搬運(yùn)和更換刀具的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化。設(shè)想的工件為飛機(jī)、汽車、醫(yī)療及刀架領(lǐng)域的部件。 在MC上結(jié)合使用了可選配的PC32塔型托盤更換裝置（托盤系統(tǒng)）。最大可容納32個(gè)直徑350×高300mm、重量為60kg的工件。而且，還安裝了可以選配的Matrix Magazine刀具庫(kù)。此次展示的是可容納320把刀具的機(jī)型，還備有最多可配備520把刀具的機(jī)型。 托盤系統(tǒng)中嵌入的機(jī)器人將工件逐個(gè)從倉(cāng)儲(chǔ)間搬運(yùn)到MC的加工部位。然后，內(nèi)置于MC的夾具裝置便自動(dòng)將工件固定在工作臺(tái)上。接下來(lái)，MC便開始按照準(zhǔn)備好的加工數(shù)據(jù)切削工件。切削時(shí)，根據(jù)粗加工、精加工、立銑刀、鉆頭及銑刀加工等切削種類，由自動(dòng)換刀裝置（ATC）從刀具庫(kù)中選出所需要的刀具，安裝在MC的主軸上。加工結(jié)束后，再由托盤系統(tǒng)的機(jī)器人將加工好的部件放回托盤系統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)間內(nèi)。通過這種機(jī)制實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化。 多功能 天田一直致力于開發(fā)可增加機(jī)械加工種類的多能機(jī)床。該公司的V8G復(fù)合加工機(jī)床在為車床追加銑床功能之后形成的（基于車床的）復(fù)合加工機(jī)中新配備了研磨功能。在將工件安裝在主軸上的一次裝夾時(shí)，除了車削和打孔加工之外，還能進(jìn)行研磨。因此，與原來(lái)需要反復(fù)多次裝夾時(shí)相比，縮短了加工時(shí)間。 設(shè)想的工件為鋼制棒狀部件，也就是軸承。最大可加工直徑200×長(zhǎng)350mm的工件。具體而言，加工對(duì)象為汽車凸輪軸、滾珠絲杠、刀架及模具部件等。還能對(duì)淬火后的工件進(jìn)行車削。 該復(fù)合加工機(jī)床在夾持工件并使其旋轉(zhuǎn)的主軸下方配備了研磨系統(tǒng)，在內(nèi)部嵌入了直徑355×厚50mm的砂輪。進(jìn)行車削及車銑加工時(shí)，為了防止排出的切屑或冷卻劑進(jìn)入砂輪一側(cè)，需要用護(hù)蓋罩住砂輪。研磨時(shí)打開護(hù)蓋，由砂輪旋轉(zhuǎn)來(lái)研磨工件。研磨系統(tǒng)與轉(zhuǎn)塔刀具臺(tái)一樣，沿著XYZ三軸方向移動(dòng)，可以研磨工件的最佳位置。 因?yàn)榭蓪⒃瓉?lái)分開的切削工序和研磨工序合并，所以可縮短工件裝卸及定位等非加工時(shí)間。比如，可使刀架的加工時(shí)間縮短約45％，模具沖切時(shí)間縮短約52％。 大型化 機(jī)床還在不斷滿足工件的大型化要求。三菱重工業(yè)追求的是，以高精度切削大型工件。為此，該公司開發(fā)出了3軸控制的LH250門式MC。 該MC能以與小型MC同等的高精度加工尺寸為進(jìn)深1000×長(zhǎng)（寬）2500mm、重量最大為3噸的工件。通過減小主軸與各軸的振動(dòng)并盡量減小熱位移，在增大機(jī)身尺寸的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了很高的加工精度。 設(shè)想的工件為汽車車身及座椅等的模具、飛機(jī)鋁合金部件，以及用來(lái)搬運(yùn)智能手機(jī)用有機(jī)EL面板的托盤等。為了能夠一次將多個(gè)有機(jī)EL面板豎放在托盤的溝槽上搬運(yùn)，在長(zhǎng)達(dá)1200mm的托盤上，將相鄰溝槽的間距精度控制在了±2μm以下。而原來(lái)的門式MC為±10μm左右。 LH250加工的汽車座椅用模具用來(lái)對(duì)汽車的CFRP座椅成形、以灰鑄鐵（FC材料）制成的模具。因減小了熱位移，邊緣部分也沒有刀痕及不平整現(xiàn)象，加工出了光滑的表面。而以前熱位移會(huì)導(dǎo)致刀具位置發(fā)生變化，造成模具表面出現(xiàn)刀痕和不平整現(xiàn)象。 復(fù)雜化 面向復(fù)雜加工的機(jī)床也相繼亮相。中村留精密工業(yè)（總部：石川縣白山市）開發(fā)出了面向需要復(fù)雜加工的工件的機(jī)床。那就是可對(duì)棒狀工件打出任意角度的斜向孔（斜孔）、基于車床的NTJ-100復(fù)合加工機(jī)床，設(shè)想用于油壓設(shè)備的控制閥用閥芯等的加工。 通過使裝有多個(gè)刀具的刀具臺(tái)（轉(zhuǎn)塔）旋轉(zhuǎn)，使刀具以傾斜于工件的角度旋轉(zhuǎn)。而以前的轉(zhuǎn)塔不能旋轉(zhuǎn)，所以打斜孔時(shí)，需要使用預(yù)先找好角度的專用刀具夾頭。 新型復(fù)合加工機(jī)床將夾持工件并使其旋轉(zhuǎn)的主軸設(shè)置在左右兩側(cè)，并在上下配備了兩個(gè)轉(zhuǎn)塔。還為其中的上塔追加了以Y軸（機(jī)床的進(jìn)深方向）為中心軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)（B軸）。這樣一來(lái)，上塔除了沿著X軸（機(jī)床的垂直方向）、Y軸、Z軸（機(jī)械的左右方向）三個(gè)方向直線移動(dòng)之外，還能沿著B軸旋轉(zhuǎn)182 °。因此，可以通過使用鉆頭等的車銑加工方式，打出具有任意角度的斜孔。 打孔加工一般需要立銑刀、中心鉆頭及鉆頭三種刀具（使用立銑刀是因?yàn)樵诖蚩字靶枰邢鞒雠c該孔垂直的平面）。因此，以前需要根據(jù)所要求的孔的角度，準(zhǔn)備三個(gè)專用刀具夾。比如，要打兩個(gè)角度不同的斜孔時(shí)，需要2×3＝6個(gè)專用刀具夾。這種刀具夾的單價(jià)高達(dá)50萬(wàn)～60萬(wàn)日元，所以會(huì)造成加工成本上漲。新型復(fù)合加工機(jī)床不需要為專用刀具夾花費(fèi)成本。 可配備到刀塔上的刀具數(shù)量多也是NTJ-100的特點(diǎn)之一。為了在端面配備一般只能安裝在刀塔圓筒面的刀具，中村留精密工業(yè)精心設(shè)計(jì)了上塔。通過這種方法在端面追加了6把車刀。通過使上塔旋轉(zhuǎn)，可以使用安裝在端面的車刀來(lái)車削工件。這樣一來(lái)，上塔可以安裝的刀具就增加到了30把。因刀具數(shù)量增加，便可減少更換刀具的麻煩。 旋轉(zhuǎn)刀具切削 山崎馬扎克（總部：愛知縣大口町）向復(fù)雜機(jī)構(gòu)發(fā)起挑戰(zhàn)，開發(fā)出了可進(jìn)行獨(dú)特切削的ORBITEC 20車床。該公司擺脫傳統(tǒng)車削方法，轉(zhuǎn)換了思想，通過固定工件時(shí)使刀具沿著外周或內(nèi)周移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了車削。設(shè)想用來(lái)加工機(jī)油行業(yè)使用的大型閥門、工業(yè)機(jī)械用曲軸以及軸承外殼等。 旋轉(zhuǎn)的主軸（軸頭）為接近900mm直徑的大圓盤狀，里面配置了偏心小圓盤，從小圓板伸出刀具并固定。可以按照小圓板的角度，調(diào)節(jié)軸頭（大圓板）中心到刀具之間的距離。還安裝了此時(shí)使刀具相對(duì)于軸頭中心方向保持一定角度的機(jī)構(gòu)，可以朝著工件中心伸出刀具（X軸）。 進(jìn)行外徑加工時(shí)，可以加工直徑最大為450mm的工件。軸頭的轉(zhuǎn)速最大為600rpm，因以大尺寸部件為對(duì)象，所以圓周速度很快，可以進(jìn)行車削。據(jù)山崎馬扎克介紹，因?yàn)椴槐卮蠓D(zhuǎn)動(dòng)大尺寸部件，所以可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工。 此次展出的ORBITEC 20的另一優(yōu)點(diǎn)是，加工大型閥門部件等端面（與管道的連接部分）時(shí)，刀痕會(huì)變成同心圓狀（周方向），流體不容易泄露。以前使用銑刀等旋轉(zhuǎn)刀具切削時(shí)，切削刀痕是與刀具直徑相當(dāng)?shù)男A弧狀，端面的直徑方向也會(huì)出現(xiàn)刀痕，所以可能會(huì)導(dǎo)致流體泄露。 |
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