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一种能加工数码相机镜头的CNC车床

2012年02月13日 09:27中国机床商务网作者:正代机械李曾点击:19376

  ——介绍精密加工和TMT新一代TL系列CNC车床
  
  主题词:镜面车削、有色金属加工、PCD刀 具、TL系列CNC车床
  
  摘要:用CNC车床加工铝合金,作镜面车削,是一种挑战。本文介绍铝合金镜面切削并用实例来介绍正代新一代TL系列车床如何很好地解决了这一问题。
  
  能用CNC车床来做铝合金的镜面车削吗?台湾正代机械股份有限公司推出的TL系列CNC全自动车床已能很好地解决这个问题。
  
  大家知道,镜面切削(有时又称光亮车削)长久以来被认为是一种特殊、昂贵和极其精致的加工工艺。
  
  那么何谓镜面向车削?有何好处?如何达成?
  
  一般认为,镜面车削的表面特征就是工件表面粗糙度Ra≤0.05μm,相对于其它的几何轮廓的型线偏差<0.125μm/Ø25mm(型线偏差包含表面粗糙度、波度及形状误差)。尤其是对于大部分的有色金属(如铜、铝及合金等),由于无法用通常的磨削方法来达到要求的光亮效果(高品质而又可视的表面),只能采用镜面切削来完成。其结果是镜面切削成为汽车、电子、灯具、家具、光学仪器、娱乐器械、卫生洁具等行业的首选工艺。
  
  当前,在大多数的工业行列的设计中,光亮车削还不被设计人员所熟知。要想批量制造中高品质表面生产品的话,都绕不开这类光亮车削工艺技术。因为采用传统的工艺流程已无法,可重复地、精确地达到加工工件的设计轮廓和匀质性。特别是那些对于要求的终端产品特别精密,采用这种加工方法就越有价值,因为由此制造出来的终端产品的品质可以得到显著的提高。
  
  另一方面,对于企业经营者来讲,“如何降低产品成本”是一个永远需要努力的主题。“如何减少二次加工?”和“如何降低废品率?”则是在制定工艺过程中必须考虑的问题。如果这些零件材料通过镜面车削就能达到表面的品质要求,其后续常用的磨削和抛光工艺可以省略时,必被企业经营者接受。同时,镜面车削一般都不属于单件加工,特别是在颜色、表面质量和材料特性、精度及其品质相同(设计轮廓及匀质性要求高)的批量加工。在这种加工过程有极高的可重复性和一致性,能极大地提高产量并降低产品废品率。
  
  要达到前面讲到的镜面车削要求的可重复性和一致性的要求,一个最好的解决办法是采用计算机数字控制(CNC)车床。目前,台湾正代机械股份有限公司开发制造的的TL系列CNC全自动车床能很好地提供解决方案。在使用TL系列的典型应用实例就是数码相机镜头(图一、图二)和高档音响旋钮的生产(图三)。这几种产品的加工工艺中,均不需做后续的二次加工,这样就不会产生抛光或研磨材料对环境的污染以及因降低表面品质而造成的废品浪费,还可以省略因材料缺陷或加工表面缺陷需要的费时、费力、费成本补偿性加工措施。
  

  图一数码相机镜头的镜面车削
 


 
  图二数码相机镜头配件(上图为车加工件,下位成品件)
  
  有时,出于特定的使用效果要求,还有需要进行更深一步的加工。在此情形下,光亮车削表面可以提供非常有益的辅助,例如镀高品质的真空镀膜(PVD)的镀Cr、Ni、新型特殊效果(如实施极细表面图案设计)、反差对比或深度效应等。这种镜面车削使装饰表面的高匀质或良好的技术特征(如附着特性、滑动特性或配合精度)都可以获得,而无需进行任何的二次加工。特别是对于达到装饰效果:黄铜、铜、铝、等有色金属表面,不会出现视觉上的车削痕迹和凌乱的轮廓线。
  

  图三高档音响的旋钮
  
  另外,采用这种镜面车削的生产工艺,还有一个要提出的特点就是能使产品具有极高的轮廓品质来实现无缝的装配。从特定且稳定的轮廓过渡,直至锋利的边缘,这种镜面车削工艺可以实现各加工工件的精密和无缝的装配。原因在于CNC车床及所用的*所给予的特定加工特性,能产生出最小曲率半径,使后续的边角钝化、磨光、抛光等处理工序均可以省略,从而大大地降低了生产成本。
  
  由于人造金刚石*(PCD)的大量使用,目前还可以采用硬车削(即以车代磨)的生产工艺。PCD车削的特点是柔性、高效和经济性好。特别采用车削复合中心,在一次装夹就可以完成全部加工,与磨削相比,直接的好处就是大大减少了因位置精度误差造成的报废损失,至于尺寸精度与表面粗糙度可以适度调整加工参数而得到满足。
  

  图四正代TL系列车铣复合加工中心TL-42M
  
  那么,台湾正代机械有限公司开发的TL系列CNC全自动车床是如何来解决上述镜面车削的挑战呢?
  
  首先,我们来分析机床的结构设计。TL系列车床的基体在结构上采用箱型并采用高级米汉纳铸铁材料整体铸造,一次成型。其内部的结构设计及高超的铸造技术保证了整体的优异刚性。而在后续的加工中,我们将所有的结合面都采用精密磨削后再加“铲花”加工的技术。特别值得称道的是该类TLCNC车床的所有滑动表面均采用了滑动硬轨的设计。在加工工艺的安排上是将相对滑动表面经专门的表面淬硬热处理后,先上磨床进行精密磨削,然后再用人工“铲花”(注:这种工艺至今无法用机械加工替代来起到相同的作用)。特殊地人工“铲花”的标准、油道的设计及在自动润滑打油机的配合下,能在各滑动面之间形成一层含油膜,起承载、润滑的功效。正是这层可贵的油膜,使Z轴的进给,达到通常只有线轨才能达到的20m/min。同时,大大提高了机床的刚性(可作光亮车削)、寿命(5~10年)、精度(5μm以内),这一切是贴耐磨片无法相比的。
 
 
  图五TL系列机床的铲花表面和油道
  
  第二,就是主轴的设计。TL系列车床的主轴采用P4级的精密角接触滚珠轴承和NN滚柱轴承结合的设计。在轴承的布置上采用了三点支承设计。其效果是,既提高了主轴的刚性,又解决了主轴温升变形补偿问题。这类TL系列数控车床除了适合高速(5000rpm)精密车削外,还能承担低速切削的重任。
  

  图六主轴设计示意图
  
  为了达到高速生产的目的,TL系列数控车床均采用正代自己开发设计、制造的伺服刀塔,日本三菱伺服马达驱动精密齿轮设计,换刀操作既快又稳。同时在结构上采用,在单一刀座可同时安装两把内孔*,达到所谓的8把刀16支刀号的目的。其相邻刀的换刀时间仅有0.1~0.2秒,大大地提升了加工效率。同时,外径刀座的刚性很高,可避免车削振动,在内径刀方面,内径刀座与主轴中心高度误差制在5μm以内,使加工误差降低到最低程度。
  
  图七高刚性高速换刀的伺服刀塔
  
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