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兹默曼:用于飞机制造业的铣削技术
Dec 16, 2011  来源:数控机床市场网  作者:朱明君
 

现代飞机是人类所发明的最富雄心的机器之一,它汇集了众多最高端技术的挑战。所有的零部件都必须具有最好的质量和最高的可靠性以满足苛刻的安全标准。所用的材料强度高、重量轻,而部件的尺寸则是巨大的。由于国际上的竞争,最终的成本压力也非常大。这迫使飞机的生产供应商和制造商必须共同地应对技术上和经济性方面的挑战,从而向他们的客户提供完美的解决方案。而兹默曼公司的铣削技术可以在飞机制造这一关键领域提供宝贵的支持。

  

航空业有句老话:“绝不要相信任何未作亲身检验的事物。”兹默曼公司正是在长期经验积累和与飞机制造业广泛合作的基础上,经过多次亲身检验,通过龙门式的结构设计,提出了一个理想的机床概念。

 

关于兹默曼及FZ 100

兹默曼FZ 100六轴龙门铣床

兹默曼FZ 100六轴龙门铣床

 
 

德国兹默曼公司推出了全球首台六轴龙门铣床FZ 100,交付客户方使用后,实践已经充分验证其帮助客户——Kegelmann Technik公司实现了飞机制造工艺的革新。

 

这款铣床可满足加工由合成材料构成的大体积模型以及飞机制造领域所需的大型铝合金框架组件等的需求。而配备三轴铣头的M3 ABCFZ 100龙门铣床,让兹默曼公司实现了六轴加工理念。

 

新型铣头在进行五轴联动、大切削量加工铝合金、合成材料、模型材料以及HSC高速加工钢件、铸铁材料方面显示了传统两轴叉形铣头无可比拟的优势。在加工典型的锥形盒状工件——例如飞机的框架组件时,B轴的引入可大幅减少加工时间。同样地,在加工任何其它外型的工件时,使用M3 ABC铣头进行联动加工都会使生产效率显著提高。

 

辅以Sescoi公司的 CAD/CAM-系统WorkNC G3,机床操作者可轻易实现对FZ 100的六轴编程。和三轴与五轴加工一样,Sescoi公司专门研发出一套新的算法,使用者只需要通过少量的按键就可以生成无碰撞的六轴联动程序。该公司在WorkNC G3中编入了智能程序,可以避免C轴产生的极点问题。

 

为了使六轴加工更为有效,西门子公司为FZ 100研发了立体补偿系统——VCS,可进一步提高设备的精准性。经过验证, FZ100在没有进行补偿的情况下立体精度可以达到150 µm,而在进行了VCS补偿后则可到50µm。“在6.5×3×1.5m这样巨大的工作空间能达到如此的精度,这绝对是个创举。”西门子Value Added Services部门的Jochen Bretschneider博士预言,VCS补偿系统必将在飞机制造领域得到广泛应用。

 

铣削技术在飞机制造中的典型应用

  

如下图示例中的飞机零部件通常采用兹默曼公司的龙门铣床进行加工。每个零件都有其自身的特殊要求和特点。无论是复杂的加工外形、或者是难以加工的材料、以及很高的精度、或只是简单的巨型尺寸,所有这些要求都通过技术的采用而得到最大的满足。这里所有的零部件,基本上都通过兹默曼的龙门铣床,在多家国内和国际飞机制造商成功的进行了生产。这些飞机零部件的生产,往往对兹默曼公司的龙门铣床提出很高的要求。为了满足这些要求,经常要将不同的技术结合起来,这些技术包括:很大的灵活工作区;5轴加工;很高的定位精度;工件加工的快速转换;很高的铣削率;大主轴功率;高扭矩;高效除尘;高效切屑处清理;大铣头绕轴旋转角度;高主轴转速;短非生产时间;快速转轴;很高的运算处理能力;智能化的、部分自动夹紧技术;各种冷却系统;超声波切割器等。

 

  

飞机零部件铣床加工

 

   

兹默曼龙门铣床实际的设计特点

 

应用的要求总是决定机器的技术要求。由此产生的机器是最新的计算和设计技巧与现代部件以及工程师的直觉相结合的产物,而工程师的直觉则基于它对客户需求的了解。

 

制造原则:一般地说,采用高架移动龙门结构机床的优点是不言自明的。这种机床运动质量小,工件固定,关键部件如驱动装置与切屑及粉尘良好隔离,驱动和测量系统安装在两侧,边墙的尺寸可根据需要加长,在各轴方向上最大的空间运动,所有这些构成了绝佳的性能指标。

 

结构稳定性:高度的稳定性来自门架的设计原则、部分为梯形横截面的固定边墙、边墙充填特殊玻璃纤维增强的DemTec®混凝土、通过有限元计算对所有部件尺寸的优化等措施。驱动系统的灵巧定位保证了动力的最佳传递。

 

驱动系统:根据机器的类型和应用,兹默曼总是选择最佳的驱动技术,如直线驱动(用于最大的动态性能、最少的非生产用时和连续五轴同步加工)、齿轮齿条驱动(用于高动态性能、良好阻尼和大工作区场合)、滚动丝杠驱动(用于许多标准应用场合的可选方案)。

 

粉尘和切屑:兹默曼机床当然配有高效的抽吸系统。特别当加工复合材料时,要重点考虑的是驱动装置,应安装在顶部,远离粉尘源,并用压缩空气加以保护。绝对称得上亮点的就是VH5西床头的抽吸装置——它有自己的NC控制轴,能适应工件的外形和工具的长度,大大的提高了抽吸效率。 

 

专用设计:划分工作区可以允许在加工进行时装卸和卸载,这样增加了单位时间生产的零件数量,将非生产时间最小化。此外,为了获得最大的灵活性,装有两个门架的铣床或一个门架上装有两个铣头的铣床也能够提供。

 

轻型结构:只有通过明智的引入轻型设计,利用焊接结构保持同样的刚度和减少多种组件的重量,才有可能得到必要的动态性能,而这种性能是进行精密和高速切削加工控制加工同时又不影响机床精度所必需的。

 

夹装工作台:灰铸铁的夹装工作台直接固定在底座上,装载率高。有摆动式、穿梭式和升降式工作台供选用,从而增加了机器的灵活性和生产率。

 

智能性夹装系统:大多数为航空和航天工业生产的部件都是空间结构复杂的零件,即有复杂的轮廓和大曲率,而且经常是有着很大表面面积的薄壁结构。这些零件的材料往往很难加工,但需要进行高质量的铣削并达到完美的表面精度。对于兹默曼龙门铣床,要在高性能条件下达到最好的表面精度,工件必须夹紧而不能产生振动。为了避免为每个单独的部件生产和贮存各自的夹具,那些频繁变换零件和批量小的场合只能且首先要加强灵活性。兹默曼使用了一种全位置控制和NC监视的夹装系统——Zimaflex系统。这一系统使用安装在伸缩作动器上的真空吸垫,传动器可在XYZ轴方向定位。这样,全部夹装吸垫在几秒钟内就自动地吸附在下一个工件上了。

 

 

国际航空工业客户的良好反馈

 

兹默曼龙门铣床产品得到了国际航空工业客户的良好反馈。

 

德国空客股份有限公司投资采购部的项目管理副总裁Werner MÜnster说,EADS旨在同实力强大的供应商签约并密切合作。唯有如此,诸如空中客车这样复杂的技术项目才得以实现。使每个参与者都能接受新的挑战并把它们引向成功。可信赖的和智慧的工作是获得成功即竞争优势的基础。

 

瑞典Saab飞机结构公司投资和采购部的采购经理Roland Spiegel也表达了对兹默曼的赞誉,他说,我们选择一个先进机床设备供应商的主要标准,当然是它的硬件本身以及相应的软件。我所谈到的软件并不是指计算机软件,而是指供应商的听取客户需求的意愿。客户需要一些灵活的解决方案以适应工厂生产。我们发现兹默曼的员工非常有专业能力,对我们生产柔性化解决方案的相关议题也积极支持。我们的业务关系是建立在信任、坦诚和积极主动精神的基础上,从而在每个特定情况下都能取得成功。


 
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