车床必须转动吗？

LeanWerks 开发了一种结合切削刀具、工件夹具的工艺和零件探测技术，使其车床能够在一个设置中加工该熔模铸造零件的五个侧面。图片来源：LeanWerks

几年前，油田商业环境的衰退促使犹他州 LeanWerks 的 Ogden 从事其他行业（包括航空航天和高速自动化）的工作，以建立更平衡的客户群和更稳定的工作流程。现已注册 AS9100C 航空航天标准的合同车间也开始调整其现有的一些加工能力，以更好地适应在这些新行业中遇到的加工工作。

公司总裁兼联合创始人 Reid Leland 举了一个例子：用于喷气发动机燃油滤清器外壳的铝熔模铸件。到 LeanWerks 被介绍到这项工作时，其航空航天铸造客户的交货计划落后了近一年，因为其内部加工过程，因此生产速度很慢。结果，它的客户——安装此外壳的喷气发动机的原始设备制造商——失去了耐心，而由于这项工作的延误而导致的积压令其他客户感到失望。因此，为了减轻其内部加工资源的一些负担，铸造厂联系了 LeanWerks 考虑承担这些铸件的加工。

尽管许多工程师为其零件设计指定熔模铸件，因为它们提供了相对于其他铸造工艺具有良好尺寸精度的复杂形状，但这些组件仍然需要加工才能在高性能组件中实现精确配合和功能。然而，这些类型的铸态零件的可变性及其相关的棘手工件夹持要求导致一些车间避免从事此类加工工作。

例如，燃油滤清器外壳需要多种加工操作，包括深孔铣削、镗孔、端面、钻孔、攻丝、内径切槽和 3D 轮廓加工。最初，LeanWerks 认为它​​可以使用三轴铣床上的多个设置和车削中心上的一个设置来完成这项工作。最终决定这不是最佳策略，因为由于需要多次设置，无法实现零件的严格位置公差和复杂的基准方案。

相反，LeanWerks 考虑了如何利用其 Mazak Integrex i200S 车铣复合机的铣削能力来最大限度地减少加工过程中接触零件的次数。该车间主要使用这台机器生产锥形旋塞阀插件，用于石油和天然气行业的高压泵送作业，例如水力压裂和连续油管应用所需的那些。 Integrex 非常适合阀门插入件零件，因为它既可以转动零件的锥形外径，又可以铣削其内部交叉轴流孔。该机器还可以铣削孔的相关 O 形圈，由于孔的锥形表面，这需要进行五轴轮廓加工。

也就是说，在车铣床上加工燃油滤清器外壳部件，这项工作不需要车削，提出了各种挑战。例如，A356.0 飞机级铸铝的二氧化硅含量很高，对切削工具可能很硬。此外，零件的几何形状在所有面上都具有多个角度的多个特征（包括 13 英寸深铸件底部内的关键配件），并且薄壁区域在加工过程中会产生振动问题。此外，具有复杂基准结构的零件需要严格的公差，包括一些相距较远的特征的真实位置公差为 0.25 mm，而其他分离较少的特征的尺寸公差为 ±0.01 mm，真实位置公差为 0.05 mm。

因此，LeanWerks 基本上采取了三个步骤，使其车床能够在一个设置中有效地加工熔模铸件的五个面。第一步是设计一个夹具来固定铸件，以便在零件的五个侧面进行加工。这种夹具设计的一个关键部件是一个支架，它与铸件的主体接合，同时提供对支架腿之间和旁边的特征的访问。为了将铸件固定在支架上，在支架腿之间安装了链条和滑轮机构，以提供均匀分布的夹紧力。

由于车铣刀没有提供足够的 Y 轴行程来达到所有特征，因此在夹具中加入了 Setco 燕尾滑块，以使托架和零件能够滑动并重新夹紧在可接近的位置，而无需完全重新固定零件。为确保刚性，支架安装并支撑在带有定位销和焊缝的钢底板上。该底板安装在燕尾滑座上，而滑座安装在机器现有的三爪卡盘上的主爪上。

由于这个工件的尺寸，车铣复合机的 Y 轴行程不能使其主轴到达待加工零件的所有区域。为了缓解这种情况，LeanWerks 开发的夹具使用了燕尾滑块，使固定部件能够滑动并重新夹紧在可触及的位置。随后的探测程序确定重新定位部分的真实位置。

接下来，该商店集成了一个触发式探测系统。接触探测是必要的，因为每个铸态零件的形状略有不同，并且用于缓解 Y 轴行程问题的滑动夹具会改变零件的位置。探测可以精确定义移位后零件的新位置，并使后续刀具路径最适合实际零件位置。

事实上，该车间意识到它需要一个标准长度的探头以及一个延伸范围的探头来访问位于零件深处的特征。由于车铣复合机只有一个探测通道，LeanWerks 用雷尼绍 RMI-Q 无线电接收器对机床进行了改造，并在主机控制面板中安装了可编程逻辑控制器 (PLC) 卡以处理第二个探测信号。短探针使用 25 毫米长的测针，而长探针使用 50 毫米长的测针，安装在 200 毫米的延长杆上。两者都使用雷尼绍 RMP-60 探头主体。

使用 Renishaw 的 Inspection Plus 软件对探测程序进行编程，并将生成的代码添加到适当位置的机器程序中。初始探测程序测量外壳内底部端口和外壳前部开口上的点，以确定零件的中心轴。探测的其他特征包括靠近面的一个小端口，用于定义零件的旋转方向，以及主侧法兰内的一个壁，用于定义零件的 Z 轴位置。 Mazak 的工作位置误差补偿 (WPEC) 软件模块允许通过源自初始探测程序的真实位置计算检测到的偏差，从而通过主轴分度运动与零件一起移动。在初始探测程序之后，执行额外的探测以确认相关特征和后加工表面的位置。

为了探测外壳深处的特征，LeanWerks使用安装在 200 毫米延长杆上的 50 毫米长的触控笔。

最后，该零件和磨料铝材料所需的深度加工操作使该车间采用了先进的切削刀具技术。对于这项工作，该车间使用 Rego-Fix powRgrip 刀柄系统。 powRgrip 是热缩配合的替代方案，是一种机械压配合系统，由刀架、精密夹头和紧凑型台式液压夹紧单元组成，用于将夹头和工具插入刀柄。据 Rego-Fix 称，该系统能够产生高夹紧力，同时保持总指示器读数小于 0.0001 英寸。该系统的刚性提高了刀具寿命和切削精度。

用于这项工作的切削工具必须具有正的大前角，并且以非常高的速度运行，切削深度较小。使用 Garr Alumistar 立铣刀以及带有无涂层、高度抛光、高正向刀片的小型面铣刀。

LeanWerks 还使用 Big Kaiser 提供的 Speroni STP Magis 400 预设仪为这项工作预设工具。预调器不仅可以对刀具进行外部设置，更重要的是，它可以帮助确认和排除故障，因为它可以方便地检查切削刃、验证成型工具的形状和测量跳动。

转折点

LeanWerks 开发的用于在其车床上加工这种熔模铸造作业的工艺将生产率从每个零件 10 小时提高到每个零件不到 2 小时。因此，该商店继续考虑其他方式，以最大限度地发挥其现有产能的能力，就像它在各种新行业中寻求工作一样。