材料切除率高达160升/分的高效加工

寂静天花板

铣刀切削工件可长达十小时，有时甚至更长些。在加工过程中会有大量的切屑溅落。一个紧密的铝块通过铣削而成为民航客机极其精细的整体构件。
这些构件的特点是，其薄壁和底部只有几毫米厚，并且有大量的槽腔和孔。只有当过程特别可靠和高效的主轴在高动态的机床上进行加工时，才能以极短的加工时间可靠和经济地加工这样的整体构件。
“我们要在高效切削方面占据领先地位”，Starrag 集团的成员之一，D?rries Scharmann Technologie 公司（简称DST 公司）的采购主管Winfried Holthausen 先生强调说。“当然，作为机床制造商我们也需要有实力的合作伙伴。这样的伙伴同样也应该是他们所在市场领域中的领头羊，并且能满足相当高的要求。在对机床切削效率能起到决定性作用的主轴部件方面，我们找到了最好的合作伙伴——GMN Paul Müller公司”。
1 b6 y# M! s! q& L紧密的科技合作获得了掌握HPC 的机会
: S  _& h) s6 s' a3 A) c) R( j) N为了实现在工艺、生产效率、可靠性和质量等方面确定的高目标，DST和GMN两个企业长期以来结成了非常紧密的合作伙伴关系。进行各种共同开发项目，此外还与亚琛工业大学（RWTH）进行合作。在合作中还共同制订了大余量切削加工，即高效切削（简称HPC）的联合开发。目前，高效切削是唯一能经济、高效地加工飞机整体构件的可靠工艺途径。
3 O( L; I' g+ T) D8 o2 M高效切削时，采用较高切削速度和进给速度的小直径铣刀，同时还采用着较大的径向和轴向吃刀量。这自然就需要加工中心具有高动态的进给轴和大功率的高效铣削主轴。
高动态机床装有大功率高频主轴
机床制造商DST公司和主轴生产商GMN公司合作的成功范例是Ecospeed系列的卧式加工中心。这些机床是为高生产率加工铝合金整体构件而专门设计的，其不同的机床规格可以用于小规格、中规格、大型和特大型工件的加工。值得一提的是，这些加工中心在所有运动轴上都具有很高的动态性能。
; w5 i% p9 Y) |/ {6 H# A, t' W1 I主轴头在这种高动态性能方面起有决定性的作用，主轴头在3个Z轴滑台上实现并联运动（图2），孔加工刀具和铣刀在450角的范围内可以实现所有方向的加工。正如DST公司销售部主任Michael Schedler先生所言，这已可满足近90% 整体构件的所有加工任务。
  w5 ~( B& p9 Q0 H" v  ?图2 高动态和高铣削效率的核心部件：DST 公司并联运动的Z3 主轴头装有GMN 公司紧凑的电主轴（图片来源：Hanser 出版公司）
Ecospeed系列的变型是一种采用立柱移动式的机床布局（校注：旨在能够加工大型整体构件）。待加工的工件是垂直装夹在高刚性的机床工作台上。视其结构，这样的机床可以加工的工件长度最大可达21000毫米。在Ecospeed F型机床上，装夹的工件在X 轴方向实现进给运动。在其对面是固定的立柱，实现Z轴、A轴及B轴运动的Z3主轴头可在立柱上沿Y轴方向作垂直运动。
辅助时间也同样是关注点
就这种运动轴布局的优点，Michael Schedler先生解释道：“Ecospeed F加工中心有诸多优点。通过立柱固定，一方面是减小了移动重量，另一方面，这种机床结构可实现工件的自动更换和实现坯件处于水平状态进行装夹。后者意味着大大简化工件的装夹和换夹，而且非生产性的辅助时间也会明显缩短。”
为了实现工件的装夹和卸载，Ecospeed F加工中心配备了装有翻转装置的托板交换装置。翻转装置将托板置于水平状态，以进行工件的上下料，翻转装置置于垂直状态，使装夹有工件的托板进入机床的工作区。也就是说在加工时工件是竖直放置的。这样的布局与卧式主轴头相结合，以实现最佳的排屑。这种运动轴的配置，与经过使用考验的立柱移动式机床相比，在加工中等尺寸的整体构件时可显著提高生产率。
正如Michael Schedler先生指出的，现今许多加工企业最看重的是高的生产率。“金属加工中规格和大型整体构件有时需要连续十小时或甚至更长些。如能将这个时间缩短几个百分点，就能大大节约生产成本和提高柔性。如今的配件供应商和飞机制造企业对这些尤为关注。” 但是，这只有通过相应地提高材料切除率才能得以实现。
3 Y1 l/ B" ?$ W4 v9 @% b电主轴结构紧凑，功率达120kW
- s$ R# X2 ^: V' f% fDST公司专门为此和主轴生产商GMN公司进行合作，针对高效的铣削主轴开发出了一个创新的结构。“现在电主轴的驱动功率为120kW，这为我们Ecospeed加工中心成为目前全球公认的最高效的铝合金加工设备作出了重要贡献。”Schedler先生自豪地说。
4 y# ^% J9 \5 x+ j9 \根据加工的工艺过程，加工中心的材料切除率最高能达到160 l/min。目前用于Ecospeed系列加工中心的电主轴HCS 230-30000，其驱动功率为120kW, 电主轴从转速13,500r/min至30,000r/min，按连续运行方式（S1）可利用这样的功率。电机的矢量控制（闭环控制）有很多优点。譬如，铣削主轴在一个较大的转速范围内都能保持83Nm 的扭矩。此外C轴能固定在某个特定角度，铣削主轴就能倾斜地实现螺纹铣削。
# H! D' t/ o: t% y" |与以往的主轴相比，目前使用的电主轴的驱动功率提高了50%，扭矩几乎翻倍。GMN公司销售经理Dieter Weiss先生解释道：“过去，GMN面临的最大挑战是，要在给定的结构空间里实现这种高的驱动功率。由于DST加工中心上的并联运动主轴头是标准化的。因此，大功率电主轴要相配以前小功率主轴所使用的结构空间。”
Dieter Weiss先生继续解释道，除了功率密度外，重要的还有电主轴带来的高可靠性和长效使用寿命。“DST公司对它的客户要确保高效加工机床的利用率达到98%。特别是对于整体构件的大余量切削，而这样的准则主要是与铣削主轴有关。因为，仅仅对一个构件进行长达十个小时的加工，铣削主轴几乎是整天不停地在运转。”
在Michael Schedler看来，GMN公司的专家们出色地实现了这一特殊要求。因为，他们显著地提高了电主轴的可靠性。Michael Schedler先生说：“以前，高速旋转的电主轴维修的间隔时间普遍在2,000至5,000小时。而通过我们特殊的结构和自主开发的高质量的主轴部件，使我们的电主轴在实际使用中运行时间达10,000小时而无需进行维护。”
: a) V1 g% u" k0 Y, m4 V: P; Y' d自主生产的组件，确保质量和可靠性
这些优化措施特别成功的原因是，因为，GMN公司在纽伦堡的工厂有很高的零部件自制率。如他们的专家自己设计、加工和装配混合球轴承。同普通的标准轴承相比，混合球轴承具有十分高的精度，这相当于超精密的质量。
' t5 z9 h. Z' w/ p  N/ O1 s& J& W正如Weiss先生说的，轴承要以专门的偏角装入电主轴。这种轴承要比标准球轴承拥有更高的刚性，对于这类特殊的应用，这样的轴承能更好承受所出现的加工力。此外，轴承内外座圈的精度也有提高。相对于复合轴承滚道端面跳动（轴向跳动）被控制在2微米的精度之内，电主轴的轴承和壳体都通过不同的设备进行了恒温处理，保持恒定的温度。通过传感器测量轴承座圈的温度以及主轴的轴向位移。在CNC控制系统中的调节回路能对主轴的轴向移动进行补偿。这也附加提高了工件加工的精度，此外，还延长了球轴承的使用寿命和维护的间隔时间。
2 k" b  C9 k/ f6 kDST公司的Michael Schedler先生将上述优点作了如下总结：“由于同GMN公司的紧密合作不仅开发出目前全球整体构件最高效的大余量切削工艺，并且也提高了过程的可靠性（在这个加工领域里对提高经济性作出了重要贡献）。因此，配备GMN公司创新电主轴的Ecospeed加工中心，无疑使DST公司的机床成为了行业中的领先者。”
DST公司的Ecospeed加工中心受到全世界众多飞机制造企业的认可。目前，公司收到了对高效切削创新工艺的大量咨询，这也也令DST公司和GMN公司的订单情况火爆。令Schedler,Holthausen和Weiss先生高兴的是，几乎每隔一分钟就有盛满切屑的集屑箱从Ecospeed卧式加工中心那里运走。

泛中流

学习了。谢谢。

小胖子挤挤

很高端的样子，没见到实物不敢乱说话