五軸加工中心在大型部件加工領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)
2021-1-25 來源：現(xiàn)代金屬加工 作者：Jedd Cole
正當(dāng) Metalcraft 公司面臨對(duì)靈活性和功能性要求更高的項(xiàng)目壓力時(shí)，其用于大型部件加工的老式銑床發(fā)生了故障。從 Toyoda 公司購(gòu)買的兩臺(tái)五軸 HMC 成為讓 Metalcraft 公司順應(yīng)制造業(yè)時(shí)代潮流發(fā)展的關(guān)鍵一步。
圖1：FH1250SX-5 軸臥式加工中心搭配的主軸轉(zhuǎn)速高達(dá) 15 000rpm、轉(zhuǎn)矩高達(dá) 400 Nm，加工產(chǎn)生的熱量低，可以用于加工從鋁到鈦的各種材料
Metalcraft 公司在西本德的工廠占地面積達(dá) 230000 ft2（1ft2=0.093 m2），主要為 OEM 客戶提供大型焊接和制造服務(wù)，包括 John Deere、Oshkosh Truck、Lockheed Martin 和Caterpillar。隨著大型部件合同的增加，在傳統(tǒng)制造服務(wù)基礎(chǔ)上提高加工性能成為公司保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。在這樣的背景下，Metalcraft 公司仍然在使用老式銑床，不僅無法滿足客戶的需求，也無法達(dá)到加工公差的要求。而更糟糕的是，這臺(tái)機(jī)床已經(jīng)停機(jī) 8 個(gè)月了，導(dǎo)致公司不得不另外付費(fèi)將原本可以在本公司車間內(nèi)部完成的作業(yè)外包出去，同時(shí)，僅機(jī)床的維修費(fèi)用就高達(dá)140 000 美元。因此，Metalcraft 公司開始尋找替代設(shè)備。
公司決定購(gòu)買兩臺(tái)ToyodaFH1250SX-5 軸臥式加工中心，雖然主要是用于加工大型焊接件，但在相同工藝要求下，這兩臺(tái)機(jī)床的五軸性能將傳統(tǒng)三軸或四軸的操作步驟減少了一半。根據(jù)設(shè)計(jì)，這兩臺(tái)機(jī)床主要用于對(duì)公差有著嚴(yán)格要求的大型復(fù)雜部件加工，但是也可以滿足 Metalcraft 公司高端客戶提出的大型工件靈活處理需求。
Metalcraft 公司負(fù)責(zé)監(jiān)管 20 多臺(tái)大型CNC 加工中心的經(jīng)理 John Grotelueschen說 ：“我們用這兩臺(tái)機(jī)床切割各種粗糙的鋼合金（圖 1）。結(jié)果證明，使用 Toyoda的加工中心處理這些部件不僅簡(jiǎn)單，利潤(rùn)也相當(dāng)可觀。”Toyoda 公司生產(chǎn)的機(jī)床搭配了轉(zhuǎn)速為 10 000 轉(zhuǎn)或 15 000 轉(zhuǎn)的一體化傾斜式主軸，X 軸和 Y 軸上的進(jìn)給速度為 1260 ipm（32m/min），Z 軸上為1654 ipm（42 m/min）。“這些機(jī)床的安裝也十分方便，”Grotelueschen 補(bǔ)充道，“我入行已經(jīng) 30 多年了，監(jiān)管過 20 多個(gè)安裝項(xiàng)目，這是我目前為止參與過的最簡(jiǎn)單的一次。”
安裝完成后，Metalcraft 公司立即使用 Toyoda 的機(jī)床完成了5個(gè)不同客戶發(fā)來的訂單。FH1250SX-5 軸機(jī)床能夠在保障交付時(shí)間的同時(shí)處理各種尺寸和其他加工要求。“以 Caterpiller 為例，我們主要是為其制造各種大型的前置裝配散熱器護(hù)罩。具體步驟包括金屬切割、焊接、裝配以及裝配后進(jìn)行二次加工。”Grotelueschen 解釋道，“而 Deere 公司，我們主要是制造四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)的連桿。連桿長(zhǎng)約10 ft。具體步驟包括電火花切割、加工和噴漆，然后發(fā)送給客戶。此外，我們還為他們生產(chǎn)駕駛艙的底座。每個(gè)部件價(jià)值好幾千美元，所以，機(jī)床的精確性對(duì)于我們而言是至關(guān)重要的。”
圖2：五軸加工機(jī)的引入提高了 Metalcraft 公司的加工效率，縮短了加工時(shí)間，同時(shí)也提高了公司對(duì)交付時(shí)間的控制能力，成為該公司核心能力的一部分，也是公司在 OEM 客戶提出的“全生產(chǎn)服務(wù)包”要求的推動(dòng)下形成的另一重要優(yōu)勢(shì)
新機(jī)床的引入成為了 Metalcraft 公司的核心能力，為公司提高競(jìng)爭(zhēng)力奠定了基礎(chǔ)，尤其是在客戶提出“全生產(chǎn)服務(wù)包”的要求時(shí)（圖 2）。客戶的要求之一便是提高加工速度，但是對(duì)于車間而言，在購(gòu)買 Toyoda 機(jī)床前尚無法做到。五軸機(jī)床的引入提高了加工速度，減少了操作步驟，Metalcraft 公司的加工周期和返工量一下降低了很多。
對(duì)于 Grotelueschen 而言，這些優(yōu)勢(shì)與機(jī)床的精準(zhǔn)性分不開 ：“機(jī)床的精準(zhǔn)性簡(jiǎn)直達(dá)到了登峰造極的程度。在處理高成本部件時(shí)，精確度至關(guān)重要。”他說道，“Toyoda 的機(jī)床非常精準(zhǔn)，在生產(chǎn)過程中能夠保持一致性。它們能夠輕易完成通過其他方式無法完成的任務(wù)。”
圖3：FH1250SX-5 軸臥式加工中心的大規(guī)模加工性能降低了 Metalcraft 公司對(duì)專用刀具的依賴，同時(shí)提高了刀具壽命，包括用于硬質(zhì)金屬的大型機(jī)器上的刀具
Grotelueschen 還提到了五軸機(jī)床的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)——刀具壽命，這也是影響整體成本的另一重要因素。“機(jī)床上有些刀具是自帶的，從一開始便有，從來不需要更換。這種情況鮮少發(fā)生在這種規(guī)模和用途的機(jī)床上。”簡(jiǎn)而言之，Metalcraft 公司的刀具更換量比之前少了很多。利用FH1250SX-5 軸臥式加工中心的強(qiáng)大性能，公司不再需要使用專門的刀具來完成具體作業(yè)了（圖 3）。
也許 Metalcraft 公司最初的定位是一家制造和焊接公司，但是 Toyoda HMC 的加入讓這家公司的業(yè)務(wù)范圍變得更加多樣化。而多樣化也恰好是眾多車間正在面臨的問題。
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