传动丝杠的特种加工

　　恩格尔（恩格尔 Austria）有限公司无疑是世界上领先的注塑设备供应商之一。尽管在2020 财年受到了新冠肺炎疫情的影响，但这家家族式企业凭借自己在欧洲、美国和亚洲的 9 个生产基地仍然获得了约11 亿欧元的营收。有一点是很值得注意的：一般情况下塑料生产设备行业比其他设备类型生产行业更加依赖汽车制造商的投资周期，而在过去的两年时间里汽车制造领域几乎没有投资提高产能的苗头。

　　按行业划分的销售额比例发生了重大变化不足为奇，尤其是在像家居用品、运动用品、游戏和休闲这样的技术型事业领域和医疗事业领域的增长明显。在最近过去的几个月里汽车制造业也发出了积极的信号，恩格尔公司预计本财政年度销售额的增幅将高达20%。

　　国际注塑设备供应商面临的不仅仅是经营业务领域中的挑战，它们还必须始终应对不断涌现的新技术带来的挑战。所用塑料的特性不断变化给整个塑料设备生产部门带来了挑战，尤其对塑料生产设备所用丝杠的生产加工有着重大影响。

　　恩格尔公司塑料系统和回收领域副总裁Günther Klammer 博士在谈到这一问题时说：“我们的注塑机是生产工业塑料的。这些被加工材料常常都含有诸如玻璃纤维的添加成分，因此也对注塑加工提出了许多特殊要求。这些要求尤其体现在多种塑料材料的回收再利用中，也就是说没有相同的原材料。这就增加了传动丝杠的负荷，而增加的负荷又对传动丝杠的几何结构提出了新的挑战，结果就是传动丝杠的设计越来越复杂、越来越特殊了。今天，我们每年生产大约6,000 支、4,000 种不同几何参数的传动丝杠。而10 年前我们的品种数量只是现在的零头。”

　　“这些变化当然也影响到了我们的生产经营。越来越多的产品变形也要求我们在大型传动丝杠的生产加工中越来越多的采用高灵活性的旋铣加工工艺。需要注意的是，旋铣加工时的设备调整时间很长，代价很高，而且旋铣还是一种单件小批量生产的、有着很高刀具资金投入的工艺技术。” 恩格尔公司生产经理Gerhard Aigner 说。

　　在传动丝杠的生产加工中，恩格尔公司充分信任了来自 Weingärtner 公司的mpmc 600 车铣加工中心。这台车铣加工中心在传动丝杠的车铣加工中具有非常明显的优势。它可以加工最小直径18mm 的传动丝杠，但用它来加工小直径丝杠显得有点大材小用了。

　　不可错过的宝贵体验

　　Weingärtner 公司销售经理Kaus Geissler 回忆道：“2015 年时，我们的联合项目团队对最大加工直径至120mm 的丝杠专用设备的工作参数进行了详细的讨论，并最终确定了专用机床的设计要求。之前我们生产的一直是大型机床，没有这样的专用设备。我们需要根据客户需求重新设计。在设计时，我们采用了完全不同的切削速度和机床动态性能计算理念，得出了完全不同于常规设计的切削速度范围和动态性能范围，而且我们的设计还考虑了它在生产加工过程中对周围环境的影响也要最小，这很重要。就这样，我们的Pick Up 400 就诞生了。” ，这很重要。就这样，我们的Pick Up 400 就诞生了。”

　　这里出现的问题是，为什么恩格尔公司不在有类似小型产品的设备制造商那里寻求解决方案？在Aigner 看来，恩格尔公司对Weingärtner 公司的绝对信任是一个重要因素。“例如，在很长的一段时间里我们对Weingärtner 公司机床设备的加工精度和可用性都有着极好的评价。但最重要的是，Weingärtner 公司的WeinCAD 加工程序是专门为丝杠加工量身定制的数控程序，它提供了在其他CAD/CAM 系统中很难找到的，或者根本没有的一系列附加功能。”

　　让丝杠加工专家满意的数控程序

　　传动丝杠并不是简单的一个圆柱体上有两条螺旋槽。 “我使用Weingärtner 数控程序系统有近20 年的历史了。 Weingärtner 公司对丝杠加工过程进行了详细的分析研究，很好地解决了螺旋槽深度和导程变化的问题。这不仅使您得到了一个编程工具，还附加了一个设计工具。我们已经利用 WeinCAD 设计了许多传动丝杠，而且无需打印图纸。这一系统能够很好地描述和分析传动丝杠的几何参数。您还可以用它来计算传动丝杠的体积和横截面积。简言之，WeinCAD 是完成传动丝杠设计和实现功能可视化的最佳工具。我们不只是在WeinCAD 上进行设计，我们还把整个生产过程的数据都存储在那里，在后处理中也用来调整稳态控制。这样，一套软件系统就可以覆盖产品生产的所有功能和要求，包括产品原材料、原材料性能和加工工艺技术等等方面。”Klammer 博士说。

　　“所有已知的丝杠螺旋线都可以用我们的WeinCAD 软件编写加工程序。除了工艺技术领域的开发、几何参数的设计直和自动生成数控加工程序，WeinCAD 软件系统还可以完成工件所有切削加工过程的三维模拟。目前市场上还没有能够与之相比的CAD/CAM 系统。”Geissler 说。

　　多任务处理

　　让我们再次回到铣削加工。“实际上，旋风铣是一种经济的切削加工工艺技术。因为它在单位时间内的切削加工量明显高于其他切削加工工艺方法。如果您从整个切削加工过程来看的话，铣削的效率要高得多。我们可以在Pick Up 400 中一次装夹完成所有不同设计特点丝杠的全部加工任务，从车削到丝杠螺纹的加工，直至传动丝杠连接部的车铣、钻铰复合加工。”Klammer 博士说。

　　“我们是按照订单组织生产的，这也就意味着一般情况下生产批量都很小。如果没有灵活的设备调整的话，产品订单的转换，设备调整将占用很大一部分生产工时。有了2 台Pick Up 400 之后，我们省去了重新配置，调整刀具的工作，因为可以在机床外搭配一个容纳160 把刀具的刀具库。经过改装的 6 轴机器人可以从外置刀具库中选择合适的刀具，并能保证始终有4 把备用刀具随时待命。”Aigner 补充说道。

　　Klammer 博士总结了2 台新设备的优点：“工作稳定、可靠，切削精度高都只是高效加工的一个特征。另外，我们还得到了Weingärtner 公司提供的、非常有力的技术支持，同样重要的还有面向目标的编程技术。在投资购买设备时，我们总是把所有的人员都召集到一起，给他们每人一张评分卡。在传动丝杠加工中Weingärtner 公司的设备总是得分最高。”

　　聚焦丝杠加工

　　Geissler 也谈到了Pick Up 400 的优点：“这一车铣加工中心可以加工最大直径120mm、最大长度3,000mm 和重量1,200kg 的传动丝杠。铣削动力头的额定转速为每分钟 1,560 转，功率45kW，输出扭矩275Nm。最高转速为每分钟 14,000 转。所有这些数据都百分之百的可以在连续工作过程中使用，也就是在所谓的S1 级的连续工况中使用。Pick Up 400 加上前面提到的换刀机器人，形成了一个完整的自动化系统，几乎可以在无人值守的情况下自动完成所有的生产加工任务了。”Geissler还认为有一件事是非常重要的：“到目前为止，我们不仅仅将自己视为机床设备供应商，同时还将自己定位于成套工艺过程的供应商，这里的成套工艺过程包括了加工工艺的技术分析、刀具工具和控制技术以及软件。”

　　恩格尔公司安装使用的这一传动丝杠加工中心的实际效果也证实了这一点。2 台Pick Up 400-3000 传动丝杠加工中心呈90°安装在生产车间里，因此只需一名操作工就能操作两台设备了。除了前面讲到的换刀机器人和外置刀具库之外，整套设备系统还有一台砂带抛光机。与Weingärtner 公司销售到其他企业的设备一样，恩格尔公司安装使用的这些设备都是由 Weingärtner 公司按照“绿色管理”方式提供技术服务的。这里的“绿色”表示的是：机床设备有着很高的生产效率，而且也不易出现故障。

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