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实现高生产率并非偶然

如今，机械师常被要求执行从前无法完成的任务。客户要求交货时间缩短，而零件却越来越复杂，并且要大大降低成本，这些都给车间工作人员造成了巨大压力，更不用说成本底线了。

要在当今市场中赢得竞争，公司必须具有领先水平，这一点不再是什么秘密。但问题是，如何选择和利用当今可用技术，以实现竞争优势。各个工厂必须对技术水平进行评估，然后选择那些既可以满足客户需要、而且又在工厂人员技能范围内的技术应用到生产中。

随着零件批量变小，降低生产周期的压力如今越来越多地成为提高总体生产率的一个因素。机床的组装和拆卸是组成交货时间的关键部分。最为理想的目标是尽快地切削金属，并快速而简便地实现作业更换。比如一家饭店希望在给定的时间段内充分利用自己的桌椅服务大多数顾客一样，各个工厂必须快速转换作业，以保持机床随时处于加工零件状态。

在瑞士型机床上采用高速铣削主轴不再是一种新生事物。

但是依据应用场合而定，选择正确的附件配置显得非常重要。

成功实现该目标的一家公司是位于佛罗里达州Riviera海岸的三维加工公司(3D Machining Corporation)。3D具有5年的历史，如今正为其机械师提供实现最高生产率所需要的刀具。尽管别人都在削减投资，3D却正在具有高速铣削主轴的新西铁城机床上投资，以满足公司高技术客户的微加工要求。3D成功的一个关键，是选择适合工厂需要的高速铣削主轴。

高速铣削主轴的选择

在瑞士型机床上进行高速铣削并非新鲜事物。机加工车间一直在用空气主轴和直流主轴，通过(尺寸范围为0.004～0.125英寸的)钻头和立铣刀来实现更高的表面精度。在小直径铣刀上，为了实现较高的切屑负载和表面速度，必须采用较高的转速，以充分利用刀具。技术方面的折中手段是许多辅助主轴必须通过牺牲转矩达到高转速，这样就降低了可以采用的切深。

由于工作区相对比较紧凑，自备的辅助主轴本体直径必须足够小，以适合瑞士型或组合机床加工区较小的需要。可用转速范围为15,000～60,000 r/min，并通过行星齿轮驱动方式传递扭矩。紧凑的结构限制了动力驱动的尺寸，并降低了高效切削的有效扭矩和刚性。

Eddie Pena是三维加工公司主管制造的副总裁，为其西铁城机床选择了机械驱动式高速附件。

这些装置与导向套筒密切配合，从而可以降低偏差，并使安装和拆卸更方便。

空气和电动主轴的安装也有可能比较复杂，需要一名拥有与机床接口M代码方面知识的维护工程师。控制电缆 — 采用导线和空气软管方式，需要小心布线而通过机床，从而确保不会妨碍机床动作或引起机床零件或主轴电线及空气软管的损坏。

通常需要采用定制的支架来将这些主轴固定到机床上。然后将它们堆叠在现有刀具模块的顶部。由额外的夹具来将刀具的中心线从导轨套筒移走，这将影响刚度并最终影响精度。

主轴速度利用位于改型控制器上的电位器或空气阀来进行选择，会使切换灵活性降低，并且在通常情况下，一个有经验的装夹人员，需要4~5小时才能设置和调节好主轴以加工出精确的零件。

但是，高转速的好处远远超出了这些主轴的缺点。对于需要高效切削的车间而言，编程员可以在小尺寸钻头和铣刀上选择合适的转速，将进给速度提高三或四倍，从而可以用更少的机床甚至更少的人员来实现更高的生产率。

简化装夹

3D主管制造的副总裁Eddie Pena说：“我们所面临的最大问题是，有经验的机械师太少，他们的时间牵扯到各个方面。为男士内裤了提高竞争力，装夹必须变得更简便，使经验不足的操作员也能轻松掌握，从而让经验丰富的机械师去解决比较大的问题。”公司现在正在着手采用新技术、以及选择不同的高速铣削主轴方法来解决这个问题。

3D公司为医疗行业以及为针对身份识别而产生的新的交叉匹配技术制造零件。它为自己的客户完成大量工程设计和开发工作，为他们最终提供的加工服务增加价值。许多客户之所以要找3D公司，是因为它在小零件加工方面比大多数公司具有更高的能力。它生产骨螺钉、牙科植入物、医疗设备以及微细医疗工具，所有这些都需要采用直径小于0.062英寸的铣刀进行复杂的铣削。

典型的“栓接”式高速主轴，无法满足Pena先生在3D公司的要求。该公司与OEM以及经销商合作，以便找出满足3D应用场合需要的不同方法。

尝试新事物

3D公司的问题在其最新的L20VII机床到货后得到了解决，该机床配备高速交叉钻削和铣削主轴，由位于麻萨诸塞州Southampton的Genevieve Swiss Industries与PCM Willen联合为西铁城用户开发。这些新主轴最大的优点是，它们是专门为西铁城机床上的高速铣削而设计的。

采用滑动主轴箱的机床，其结构的优点是，利用导轨套筒的支架可以成功加工长零件。

如这些图所示，高速铣削附件在切削刀具可以靠近导轨套筒的情况下定位，从而减少挠曲而得到最佳应用。

PCM高速主轴可以替代位于组合滑座中标准西铁城主轴而不用添加专用夹具。由于PCM高速主轴直接由西铁城铣削驱动装置驱动以提供最大功率和扭矩，因此无须采用导线和软管。

瑞士型机床的优点在于导轨套筒提供的支撑。PCM高速主轴维持与西铁城主轴离导轨套筒相同的距离。这样就可以将刀具保持为尽可能靠近套筒，从而保证最大的刚性和精度。

当被问到用PCM主轴有什么优点时，Pena先生回答：“没有振动、周期更快、提高了美观性并提高了刀具寿命。”Pena先生将这些优点归功于设计—紧密地将刀具端部与导轨套筒耦合，降低悬伸—所保证的刚性。此外，由于该单元是齿轮驱动的，较高的转速和较好的扭矩结合在一起，可以保证更高的铣削和钻削效率。

举例

利用一个位于骨钻（材质为174PH）上的六角驱动刀根作实例，Pena先生说明了公司如何可以通过提高主轴转速和进给速度，用一把0.25英寸的立铣刀将铣削加工周期降低了50%。Pena先生说，3D原来是为了达到是更快的加工周期和更高的生产率。但是，公司没有想到同时在表面精度或降毛刺方面的产生的改善。

电缆导体

Pena先生说，零件的表面质量好坏对客户是否可以达到所希望的公差兼容电池有很大的影响。他补充说，PCM高速主轴已经帮助3D公司通过达到更高的表面精度而提高了自己的竞争力。机械师们可以用尺寸更大的刀具，因为弹簧夹套更大，而且它们可以提高极限而没有颤振或振动。这是他们用其他高速主轴无法实现的。贴片元件

为西铁城机床编程并操作此类机床的Chipper Pena说，这就产生了另一个问题。每个人都想用这些主轴进行自己的装夹，这需要做一定的巧妙处理，因为该公司的机床数量要比高速主轴多。

3D公司如何使用其新附件的一个实例，是在一个用于固定外科缝合线的骨螺钉上进行复杂形状的仿形铣。零件的直径小于1/8英寸，立铣刀直径为0.030英寸。挠曲几乎得到消除，让立铣刀靠近导轨套筒加工，增加到12，000r/min的速度可以降低切削压力。甚至在50吨电弧炉1台、50吨精炼炉1台2.4英寸/分钟的速度上，产生的结果是零件毛刺减少，公差控制改善。

Pena先生提到的另一个零件，是用于关节外科的医用轴。成品为3/16英寸直径的174PH不锈钢，几乎达17英寸长。在公司西铁城机床上加工的过程，包括沿7英寸长度方向铣削加工一个0.08英寸的槽。零件试件的拉伸实验由中央控制台操纵各单元的动作来完成的末端具有一个0.062英寸窗口，在与内径交叉的侧面铣削加工而成。

照片显示的轴是用于关节外科的，

曲折加载预裂纹应力腐蚀实验机主要研究在海洋腐蚀环境下的应力敏感性材料特性为17英寸长。其中的槽是用15,000 r/min的速度切割的，并且加工出来就没有毛刺。

利用旧工艺，该窗口使用0.062英寸球头立铣刀以5，000 r/min转速及1.8英寸/分钟的进给速度加工。单单加工该窗口就需要45秒钟。当3D公司改变工艺而添加PCM高速主轴后，转速提高到15，000 r/min，进给速度提高到4.2英寸/分钟，切削时间降低60%，仅为18秒。另外的好处是零件几乎没有任何毛刺，剩余的零件表面几乎没有任何颤振痕迹。

照片显示的是高速铣削附件用于制造骨螺钉的应用场合。

转速为12，000转/分钟，几乎没有挠曲。

Pena先生对其他采用高速加工人员提出的建议是，花钱买恰当的刀具，不要在转速和进给速度方面有所保留。让刀具适得其所，您将真正地实现投资最大化。

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