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一路到火星

« 这项工艺的特点是去除率非常高、节拍时间短且对刀具的磨损特别小。其他技术都无法做到这些。 »
Harri Rein, 刀具磨床首席技术官

火星的红沙上有一个不起眼的灰色盒子。 烟雾从卫星系统中升起。Alexander Gerst 在宇宙飞船上控制着 Rollin’Justin 机器 人。机器人打开火星表面的这个盒子。它在 确认冒烟的模块后,更换了一个新模块。宇 航员用平板电脑设定机器人必须执行的工 作步骤。完成!与红色星球的通讯恢复了。 事实上,这只是一次模拟。该机器人 已部署在德国奥博珀法芬霍芬的航天中 心,Alexander Gerst 在国际空间站 (ISS) 进行控制。智能机器人实际上被认为是发 现和探索遥远行星的一个关键因素。而且, 很有可能通过 Rollin’Justin 或他的同事在 火星上使用 UNITED GRINDING Group 的 一项磨削技术。 机器人关节中使用了所谓的机器人减 速齿轮。这些减速齿轮降低了驱动关节的 电机速度。没有它们,机器人将无法执行精 密的动作。 苏黎世联邦理工学院机床和生产研 究所的 Konrad Wegener 博士教授表示: “如果综合考虑成本效益、效率和加工质 量,磨削优于所有其他制造工艺。”机器人 减速齿轮就是一个令人印象深刻的例子:将直径公差为 +/- 3 μm 的半圆形槽磨成 关节。生产过程为 7 天 24 小时无人操作 状态。产品经理 Viktor Ruh 估计:“每年需 要使用 MÄGERLE 机床磨削约 250 万个此 类齿轮。”

 

三项标准

磨削是一项历史悠久的加工工艺。早在古 希腊,人们就已经用水或油来冷却磨削石。 第一台内外圆磨床于 1845 年上市。在此后 的 174 年里,这一制造工艺从未失去存在 的意义。 Harri Rein 总结说:“这项工艺的特 点是去除率高、节拍时间短且对刀具的 磨损最小。其他技术都无法做到这些。” Rein 是 Tool Technology Group 的首席 技术官。Daniel Huber 负责内外圆磨削, Daniel Mavro 负责平面成型磨削。他们与集 团首席技术官 Christoph Plüss 组成了首席 技术官委员会,为 8 个公司品牌的技术开发 制定指导方针。 磨削工艺不仅用于机器人,也用于微 电子技术。另外还可以磨削用作电子部件 基板的半导体薄片。在创新技术中,新材料的使用往往只 能通过相关的加工工艺来实现。例如,航空 喷气发动机中的陶瓷复合材料可以通过磨 削工艺获得理想的加工效果。Huber 解释 说:“用于汽车或飞机行业的碳纤维增强塑 料轻量化部件采用 PCD 刀具加工,而 PCD 刀具是磨削加工出来的。”

 

应用优势

磨削因其出色的加工质量在工业应用中具有 诸多优势。Mavro表 示:“汽车零部件的表面 质量越好,摩擦就越小,因此发动机的效率就 越高。在航空业,通过减少冷却气流损失等方 式缩小公差,从而提高喷气发动机的效率。” 集团各品牌为汽车等领域提供了大量 创新应用,如 SCHAUDT ShaftGrind S 加 工平衡轴。这些轴通过产生反向频率来保 证内燃机的平稳运行。它们既不是直线形, 也不是圆柱形,因此对机械加工来说是一 个很大的挑战。或者在 MÄGERLE MFP 上 加工齿形转向齿条,单次装夹最多可磨削 8 个轮廓深度最大为 11 毫米、宽度最大为 300 毫米的工件,这对主轴功率和整个机 器的稳定性提出了严峻挑战。

« 数字化将在未来实现对复杂工艺的精确建模。 »
Daniel Mavro, 平面成型磨首席技术官

测量和磨削

实际的磨削工艺可以与测量或修整等相 邻工艺连接。首席技术官 Rein 表示:“磨 床可以与测量机结合形成一个单元,该单 元通过机器人作为接口加载。”其结果是 无人或甚至“熄灯”生产,这使得大批量生 产成为可能。待生产刀具的参数可以存储 在 WALTER 的内部测量系统 (IMS) 中。出现 偏差时,如果超出公差范围,该系统会对加 工工艺进行调整或停止生产。Huber 解释 说:“即使是小批量或单个工件,过程测量 对于立即达到规定精度也十分重要。” 通过修整来补偿砂轮的磨损,这可以 保证在整个生产周期中实现完全相同的工 件公差和一致的质量。Wegener 解释说: “一些应用领域越来越多地使用陶瓷等 坚硬材料。这些材料需要超级磨料,而超 级磨料又需要使用高强度的金属结合剂 砂轮等。” 而 WireDress® 技术是金属结合剂砂 轮的首选修整工具。砂轮根据金属电蚀原 理进行无接触修整。这带来更大比例的磨 粒空间和更好的切削能力。Wegener 表示:“我相信 WireDress® 将帮助金属结合剂砂 轮取得突破。”他的研究所与 STUDER 共同 开发了这项技术。

 

人员因素

另一个决定磨削工艺结果的重要因素是员 工。首席技术官 Rein 强调:“他们的经验至 关重要。”因此,UNITED GRINDING Group 的所有公司投入大量资源对员工进行培训 和持续教育(另请参见第 36 页开始的内容)。 在进一步数字化的过程中,人类的实践知识 仍十分重要。 Huber表 示:“首先,必须将目前的磨床 技术整合到辅助系统和数据库中。其次,操 作人员在未来不得不完成更苛刻的任务。” 原因在于:“由于加工单元变得复杂,操作 人员需要掌握的技能也将提高到更高的水 准。”Mavro 补充说。 因此,UNITED GRINDING Group 决心 实现两个目标:不断改进技术以及提升员 工能力。两者最终将能提高磨削效果。 本节照片拍摄于莱比锡 SCHAUDT MIKROSA, 展示了 ShaftGrind S 加工平衡轴。

« 就生产率和质量而言,陶瓷、硬质合金或 PCD 等材料只能通过磨削进行精密加工。 »
Daniel Huber, 内外圆磨削首席技术官
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