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X-Cell Tool & Mold公司（位于宾西法尼亚州的Erie市）是一家拥有25名雇员的加工车间，专门从事电子和医疗行业高精密普通型模具和高型腔消费品模具的高精度生产、设计和制造，而且还生产专用模具的基座，该公司拥有12年的生产经验（图1）。其生产的模具能够保持公差范围在±0.00005in之内（1?in=25.4?mm，下同），其生产的大部分工件，加工精度在0.0001~0.0003in之间。最近，X-Cell公司希望在电极和外形轮廓生产方面提高其生产效率，并决定在HSM高速加工领域选用可靠的解决方案。
在X-Cell公司10000ft2的（1ft2=0.093m2，下同）厂房内拥有现代化的CNC加工设备，其中包括打孔机、EDM线切割机床和数控EDM放电加工机床。该公司还从事高速硬态铣削加工和电极的生产。X-Cell公司的总裁Ron Novel先生介绍说：“X-Cell公司还与一些海外的供货商发展了合作关系，以支持他们低成本模具元件的生产。我们具有在120t Nissei日精卧式压力机和80t Nissei日精立式压力机中的模具取样能力。我们的质检部门负责对第一个模具和零件的检验和验证。” （图片） 这个繁忙的加工车间需要进一步提高生产效率，以便能够继续与国内外模具制造商竞争，特别是在电极生产和外形轮廓加工方面。Novel先生说：“过去，大部分工件是采用人工的方式或是在陈旧的设备上加工完成的。”
切削加工
在选用Sodick公司的MC640L型CNC高速铣床前，Novel先生很仔细地研究了他的设备选用方案。Novel先生说：“Sodick公司的CNC高速铣床是唯一配有线性驱动马达的高速铣床，其价格正好在我们所能够承受的范围之内。在经过试切削以后，我们确信Sodick公司的机床与其他我们正在考虑的机床相比，其加工的表面粗糙度更好、重复精度更高。由于采用线性马达，其重复精度可以保持多年，因此我们不用担心滚珠丝杠损坏或磨损的问题。”
按照Sodick公司营销经理P.J.Naughton先生的说法，采用线性马达驱动系统就不需要滚珠丝杠，因此也就不会发生因滚珠丝杠而造成的相关背隙误差。Naughton先生解释说：“线性马达驱动系统具有1440in/min的极高轴速度和1.2G的加速度。由于高速硬态铣削加工所切除的材料量较少，因此非常适合采用线性马达驱动。不同于滚珠丝杠驱动，线性马达可以永久性工作，不需要更换。”（图片）
图2 “针孔型浇口”电极的早期加工情况 这台铣床可以铣削加工石墨电极或铜钨合金电极，以及切削加工淬硬的工具钢，具有很高的加工精度。 Novel先生解释说：“它可用于极小面积内的精加工，在许多情况下，不用电极和EDM放电加工操作，我们就可以对淬硬工具钢进行高精度切削加工（图2）。因此，在许多情况下，它也不需要采用平面磨床加工。为了提高加工精度和消除振动，使用冷缩式夹紧刀具是绝对必要的。这种刀具的径向跳动误差极低，而且比普通的夹头具有更高的夹紧力。由于配置了冷缩式夹头，其增加的延伸长度可以达到轮廓表面，并且适用于工件侧壁的铣削加工。机床的重型铸铁基座及铸铁横梁也增加了机床的刚性，因此具有优秀的抗振和吸振特性。玻璃光栅尺的反馈数据可以保证机床切削加工精度和重复精度，由于机床没有采用滚珠丝杠，因此我们始终可以测量机床的真实位置，不用担心因读数不精确而造成磨损。”
线性驱动马达与机床的加工能力组合成一个整体，可以保持机床的加工精度和重复精度。因为不是用运动部件来驱动机床的工作台，这也有助于降低机床的振动，并允许机床作更快和更精确的编程运动和响应时间。Novel先生说：“线性驱动马达的另一优点是由于没有运动部件，因此也不存在滚珠丝杠的磨损和更换问题。线性马达的精度是始终保持不变的。在工作台之下唯一运动的部件是滚柱轴承的线性导轨。机床中的工作区域采用适当的密封方式与机床其他的运动部件相隔离，因此钢铁切屑或石墨颗粒不会外泄而造成过早的磨损。经过冷却的主轴也采用密封保护，再加上主轴的温度控制在一定的范围之内，因此再一次保证了机床的重复加工精度。”
“从培训的观点来看，以Windows为基础的操作控制系统使其向Sodick铣床的过渡几乎达到了无缝连接的水平。”Novel先生这样说，“在向新机床过渡时，往往存在着一条学习曲线，开始生产零件的时间是很短的。我们感到足够幸运的是，公司有一位在硬态铣削加工方面很有经验的操作工，他帮助我们大幅度削减了学习时间，从机床正式起动之日算起的两个至三个星期内，我们就使其效率达到了80~85%。对于一名精于CNC铣削加工和具有丰富编程经验的机床操作员而言，虽然他没有高速加工方面的背景，但是我认为花费大约二个月的时间就可以达到同样的水平。Sodick公司在培训过程中也给了我们很大的帮助，他们与操作员保持密切的联系，直到他们能够熟练地操作机床。在机床发运到我们公司之前，Sodick公司会安排我们的操作员到他们的工厂进行了一个星期的强化培训。机床在车间安装以后，他们的技术人员还会在我们公司多待两天，以确保操作员能够得心应手地操作机床。几个星期后，他们又到我们的车间待了三天时间，与我们的操作员一起工作，进行更复杂的硬态铣削加工（图3）。此外，Sodick公司还为我们提供了电话咨询服务和技术支持，帮助解答我们以前没有想到的一些问题。设备安装以来，他们的技术支持一直十分优秀。”（图片）
图3 图中所示为一个模具元件的电极，它正处于最后的加工阶段，该模具将最终应用于生产一个安装AA号电池的零件 对车间的影响
从购置了Sodick公司的铣床以后，X-Cell公司已经实现了一系列的改进。Novel先生强调说：“这台机床进一步提高了我们在报价中的竞争能力，让我们的报价胜过拥有类似加工设备的其他制造商，在购置Sodick公司的铣床前，我们不得不按照手工生产方法的生产成本报价。这台机床，为我们带来了新的客户和不同类型的加工工作。机床附加的灵活性，让我们能够更有效地开辟不同的市场。现在，我们具备了高精度成形铣削加工的能力，并且能够生产高精度要求的成形铣削加工的模具。”
对模具生产工艺而言，当铣床开始在线生产，并且员工掌握其操作技术以后，车间的工作就会发生很大的变化。Novel先生说：“目前为止，其对车间的最大影响体现在手工磨削领域和电极生产领域（过去也常常采用手工磨床加工）。凡是过去采用磨削加工的领域，或是那些我们生产电极和EDM加工的地方，现在都采用硬态铣削精加工方法，同时仍然保持着相同的公差精度。在过去，模具中许多成型区域不得不分割成多个插件，以适应我们过去的生产能力。电极的制造是采用手工磨削设备，将其磨削加工到很高的公差精度。多个电极在EDM加工机床的同一区域上生产加工也是很普通的事情。如果零件必须在EDM上加工，我们可以使用专门的夹具，并在一个电极上加工多个‘采样数’（图4）。现在，我们可以采用Sodick铣床直接在钢材上加工成形，这是一件很不寻常的事情，因此不需要使用大量的插件和电极。”（图片）
图4 图中为精加工以后的电极，带有多个适于EDM型腔模具的“采样数”，该模具将用于生产一个电信行业中使用的连接器 Novel先生补充说：“在大部分情况下，与过去的生产方法相比，我们可以看到其所节约的时间高达60%，这主要取决于在一次装卡操作中能够完成多少工作量。即使在减少10名模具工或磨削工的情况下，我们仍然能够达到同样的产量。”
X-Cell公司对购置的这台铣床特别满意，Novel先生也对大家提出了一些建议。他强调：“请您事先做好功课，为了满足您刀具的需要，请与您的刀具供货商密切合作。在刀具选用方面和采用最新硬态铣削加工技术方面，他们往往会向你提出宝贵的建议。您应当牢记，只有通过一条学习曲线，才能开始获得回报。”
4/6/2010
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