牧野銑床制作所將推出一款適用于模具的微細(xì)加工及精密加工的立式加工中心(MC)“iQ500”(圖1)。該產(chǎn)品通過在主軸采用滾動(dòng)軸承提高了剛性,在抑制熱位移的同時(shí),提高了旋轉(zhuǎn)跳動(dòng)精度??删芗庸ぶ饾u向大型化發(fā)展的車用光學(xué)部件的模具等。
圖1:牧野銑床制作所的微細(xì)及精密加工用加工中心“iQ500”
以滾動(dòng)軸承實(shí)現(xiàn)與靜壓軸承相當(dāng)?shù)谋砻娲植诙?/font>
滾動(dòng)軸承是與轉(zhuǎn)動(dòng)體接觸的結(jié)構(gòu),容易達(dá)到切削所需的剛性。而另一方面,隨著主軸的轉(zhuǎn)動(dòng),軸承因摩擦生熱,主軸有可能發(fā)生熱膨脹。而且軸承會(huì)產(chǎn)生跳動(dòng),不適合對(duì)表面粗糙度要求較高的加工,一般會(huì)用靜壓軸承來替代。
為此,牧野開發(fā)了一種冷卻系統(tǒng),對(duì)于從主軸內(nèi)部輸入冷卻油的“軸芯冷卻”方式使用的冷卻油,將溫控精度從過去的±0.5℃提高到了±0.1℃。通過采用該系統(tǒng),在新機(jī)型中,熱位移產(chǎn)生的紋波量降低到了0.1μm。再加上嚴(yán)格設(shè)定部件公差,減少組裝過程中每個(gè)旋轉(zhuǎn)部件的失衡等手段,實(shí)現(xiàn)了順暢的轉(zhuǎn)動(dòng)。從而使旋轉(zhuǎn)跳動(dòng)精度降低到過去的1/2,達(dá)到了與靜壓軸承相當(dāng)?shù)乃健?/font>
采用直線導(dǎo)軌提高精度
新機(jī)型在工作臺(tái)側(cè)配置一個(gè)軸(Y軸),在主軸側(cè)配置兩個(gè)軸(X、Z軸),采用加工點(diǎn)緊挨著進(jìn)給軸導(dǎo)軌面的結(jié)構(gòu)(圖2)。因?yàn)閯傂愿撸詫?duì)高速移動(dòng)和翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的跳動(dòng),以及各個(gè)可動(dòng)部的負(fù)載變化(扭轉(zhuǎn))的影響很小。因?yàn)橐苿?dòng)體的翻轉(zhuǎn)姿態(tài)誤差容易控制,所以容易得到?jīng)]有“筋線”和“條紋”的平滑加工面。
圖2:“iQ500”軸的配置
圖3:X、Y軸產(chǎn)生的起伏
此外,新產(chǎn)品還采用了摩擦系數(shù)低、剛性高的滾動(dòng)導(dǎo)軌,最大可加工重達(dá)300kg的工件。在滾動(dòng)導(dǎo)軌上,受到滾動(dòng)體(滾子)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的跳動(dòng)的影響,進(jìn)給軸會(huì)出現(xiàn)起伏。為了遏制這一現(xiàn)象,新機(jī)型采用了專門用來高精度管理滾子圓度、圓柱度、直徑的直線導(dǎo)軌(圖3)。并且提高了床身和工作臺(tái)上直線導(dǎo)軌設(shè)備的直線度,在安裝直線導(dǎo)軌設(shè)備后,仍可維持單體精度。
此外,NC程序可以指定的最小單位從過去的100nm縮小到了10nm。對(duì)于加工移動(dòng)量變化小、平緩的曲面(斜面)等特別有效??潭确答伒姆直媛蕪倪^去的5nm提高到了1.25nm。全沖程時(shí)的定位精度與重復(fù)定位精度為±1.0μm(保證值)。
可加工車用光學(xué)部件和LED的模具
設(shè)想加工的工件方面,一個(gè)例子就是用來制作車用導(dǎo)光板的模具。導(dǎo)光板是設(shè)置在前燈透鏡部分、有著連續(xù)V形槽的部件。為了在行駛時(shí)容易識(shí)別出行人和對(duì)面車輛,導(dǎo)光板與前燈合二為一的例子越來越多,部件也逐漸向大型化、復(fù)雜化發(fā)展(圖4)。與此同時(shí),為了實(shí)現(xiàn)均勻發(fā)光,導(dǎo)光板要具備規(guī)整的微細(xì)形狀和表面粗糙度。因?yàn)榍罢諢襞c導(dǎo)光板所需的精度和性能不同,所以模具采用了嵌套結(jié)構(gòu)(圖5、6)。
圖4:車用前燈和導(dǎo)光板合二為一的示例
圖5:導(dǎo)光板模具的示例
圖6:嵌套結(jié)構(gòu)的模具
為此,新機(jī)型擴(kuò)大了工作臺(tái)的作業(yè)面,以往機(jī)型“iQ300”為600×400mm,新機(jī)型為800×500mm,支持的工件高度從190mm增加到300mm,X/Y/Z軸的沖程從400/350/200mm擴(kuò)大到了600/500/300mm??梢约庸ご笮凸ぜR?yàn)槟軌虻玫綗o需拋光的加工表面粗糙度,所以還支持圖案的微細(xì)化。由于可以加工微細(xì)形狀,將模具(模芯)的轉(zhuǎn)角R做到最小,因此還能夠減少成型品亮度不均的現(xiàn)象。
除此之外,新機(jī)型還可用來加工LED模具、工業(yè)用精密橡膠模具等(圖7)。這些模具面的品質(zhì)會(huì)嚴(yán)重影響成型品的性能。新機(jī)型能夠得到象限突起(軸的運(yùn)動(dòng)方向翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的突起狀誤差)較小的精加工面,因此可以用來加工這些模具。
圖7:LED模具
主軸轉(zhuǎn)速為45000rpm。可容納20件刀具,刀具的最大直徑為32mm、最大長度為120mm。設(shè)置面積為2270×2510mm,機(jī)器的高度為2470mm。價(jià)格為3900萬日元(不含稅)。2016年9月開始供貨。
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