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日本磨削加工技术展望

2017-09-03  q1338
摘要 日本加工机床由于其高品质卓越可靠性,国际上获得了很高评价,因此才能超越欧洲老牌工业强国,24年产值一直保持世界第一。特别立式卧式加工心等切削加工机床生产,无论数量上还质量上都全球独...

日本加工机床由于其高品质卓越可靠性,国际上获得了很高评价,因此才能超越欧洲老牌工业强国,24年产值一直保持世界第一。特别立式卧式加工心等切削加工机床生产,无论数量上还质量上都全球独占鳌头。不过,德国、意大利等欧洲国家磨床生产方面也具有优势,日本争取机床出口额领先有力竞争对手。

  近年来,电子产品加工开始高速增长,超精密、高性能磨床不可或缺,尤其对小型制品进行高精度磨削加工需求很大。

  本文主要对日本引以为傲高技术水平、高附加值磨床产品进行了展望,并重点介绍了光学零件生产不可缺少精密模具磨削加工技术。此外,还介绍了今后具有良好发展前景磨削加工心同时具备磨削功能复合加工机床。

  日本磨床国际市场地位

  如前所述,日本机床产值24年一直占据首位,德国则紧跟其后。进入21世纪后,国机床产值急速增长,现位列第3。近年来,意大利机床生产也处于上升趋势,名列第4

  统计世界各国磨床产值产量相关数据时,由于项目分类方法没有国际统一标准,因此获取正确数据上存一定困难。其还有一些国家未公布相关产值产量数据。

  根据相关数据,平面磨床出口额前三甲分别为德国、日本意大利。进口额最高国,并处于逐年上升趋势。从数量上看,国无论进口还出口都占据高位(台湾地区出口台数也不少)。根据出口平面磨床单价来计算,相对于德国(1,580万日元)、日本(1,360万日元)高价位,国(70万日元)台湾地区(140万日元)价位则较低。可见,从单价来看,平面磨床产地呈现两极分化趋势。

  日本德国进口磨床台数较多,这因为其机床制造商将海外工厂设东南亚等地,然后从海外工厂进口本国不生产低价磨床,造成进口台数增加。无论如何,从全球来看,德国、日本意大利高性能平面磨床主要供应基地毋庸置疑。

  虽然国出口磨床台数也不少,但从金额来看,却排名第一进口大国。而美国虽然进口磨床台数较多,但金额却相对较低。由此可知,美国主要使用一些价格较低磨床。另外,从金额来看,美国磨床最大出口目地德国;而从数量上看,则台湾地区。

  磨削加工超精密化

  (1)微型球面透镜排列磨削加工实例

  日本数码相机、带拍照功能手机监视镜头等方面引领着世界潮流。现,像素提高价格降低日新月异,其就蕴含了微型球面透镜等光学零件超精密加工不断进步。

  部大学铃木浩文教授提出了对生产微型球面透镜硬质合金模具进行超精密磨削方法。以前,一个模具只能成形一个透镜,但现,排列放置模具使大批量生产透镜成为可能,从而降低了生产成本。微球面凸透镜模具加工采用四轴联动超精密磨削装置成形金刚石砂轮,通过同步控制实现创成运动。将工件安装主轴上,使其低速旋转,将截面形状为凹面(或凸面)金刚石砂轮安装旋转纵轴上,进行磨削加工。首先,低速旋转时,要确保工件与砂轮之间保持一定距离,砂轮与工件旋转方向速度要保持同步,以实现对凹面(或凸面)球面形状精密磨削。然后,调整工件位置,并重复上述加工动作。

  为了实现高速、高精度同步控制,必须拥有先进数控系统机械结构。东芝机械生产ULG-100D超精密曲面磨床采用直线电机进给驱动V-V回转组合,实现了1nm步距进给,解决了象限突起问题,借助平滑圆弧插补实现了自由曲面加工。

  为了使金刚石砂轮正确成形,砂轮修整技术不可或缺。铃木教授使用钒系列合金结合剂,使1500#3000#热固性树脂金刚石砂轮成形半径达到了R2.5mm

  (2)配备直线电机磨床

  平面磨床进给以前采用油缸驱动,后来,油缸驱动控制应用了油压伺服系统技术,可很短行程实现高速反向,从而实现快速磨削。近年来,直线电机驱动将取代以往油缸驱动,提高能效同时,实现了高精度,也为维护工作环境保护地球环境做出了贡献。

  冈本工机生产UPG310Li磨床采用直线电机驱动,实现了20mm行程、500/min高速往返,使打孔机之类小型零件磨削加工时间大幅缩短。此外,该磨床工作台还配备了可变滑动系统,保证高刚性同时,降低了摩擦系数,实现了对微型模具高能效、高精度加工。

  磨削加工复合化

  (1)磨削加工心

  铣床已从数控铣床发展为铣削加工心,车床也经由数控车床升级为车削加工心。就磨床而言,数控磨床已经得到实际应用,但磨削加工心尚未得到普及,其今后发展值得期待。

  磨削加工心,包含了从磨床加工心发展而来两套系统。一般来说,设有管理各种砂轮砂轮自动更换装置(ATC)、自动测量装置工件交换装置。相对于铣削车削加工心来说,磨削加工心困难之处于:①工具磨损;②很难保持加工零件高精度;③要求精度较高;④磨屑碎片很小,容易掉入机床运动部件。

  太阳工机以立式内圆磨床为基础制造IGV-1 NT磨削加工心利用六角形砂轮放置台实现了砂轮自动交换;自动装置可确保加工精度。该机可对外圆、内径、端面进行精密磨削,适合各种齿轮法兰盘磨削加工。

  大阪机工以铣削加工心为基础开发GC620磨削加工心不但保留了加工心性能优势,还优化了冷却剂磨屑处理功能。使用水溶性切削油,有利于机床防锈。工作台上配备有砂轮自动修整装置,能及时修整砂轮直径长、宽尺寸,可以长时间连续磨削加工。

  (2)带磨削功能复合加工机床

  磨削加工心再进一步发展,就多功能复合加工机床。复合加工机床除了可以进行磨削加工以外,还可以进行切削加工、激光加工、放电加工等。机床制造商将各种加工能力组合一起,开发出各种新型机床,这日本国际机床展览会(JIMTOF)上随处可见。

  例如,福冈工业大学仙波卓弥教授开发了一种兼具激光加工磨削功能复合加工机床。粗加工时使用激光,精加工时采用磨削。复合加工机床内部装有用于加工激光聚光系统用于观测加工表面光学系统。此外,可通过压缩空气掺入氮气,来调整辅助气体氧浓度。磨削加工采用3000#电镀砂轮,而修整砂轮则使用8000#带电修整工具。该系统可短时间内,完成对玻璃状碳素工件80nm以下平滑表面复合加工。

  牧野精机开发将放电加工与磨削加工融为一体CNJ2-E复合加工机床利用放电加工进行高能效粗加工,然后通过磨削完成最终形状加工。

  磨削加工心复合加工机床都采用工件一次装夹加工,因此能将安装误差影响降至最低,能够有效适应高精度、高能效、省空间等要求,其发展前景非常值得期待。

 

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