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微型激光加工车间,生产传统数控车间无法加工的复杂零件

Modern Machine Shop       2024-03-22

Sunlight-Tech 拥有两个版本的 Microlution ML-5,一个是三轴机床,一个是五轴机床。根据 Nowobilski 的说法,每个版本都有不同的功能和速度限制。

图片来源:Production Machining

在微铣削上切齿

在创立 Sunlight-Tech之前,Nowobilski是一名顾问,他于2010年开始与GF Machining Solutions/Microlution的工程师团队合作,研究该公司的微型铣床,尝试切割汽车不锈钢零件,后来演变成制造机器。随着客户需求的发展,对更多空间的需求也随之而来,数控铣床也需要为客户的系统完成精密零件。2018年,公司搬进了更大的工厂,并逐步购买了三台北村数控铣床、一台大隈车床和一台微动力4+1CNC加工中心。于是,Sunlight-Tech诞生了。

同年,该车间购买了第一台具有3D定位功能的Microlution五轴扫描装置,以增强其功能。该公司使用这台机器为客户进行研发和制造零件,两年后又投资了另一台,只有三个轴而不是五个轴。

车间的ML-5配备了一个探针,用于机器中的零件测量。Nowbobilski说,如果商店正在切割无法用探针测量的零件,安装在机器内部的摄像头可以扫描零件表面,从而实现超出标准测量的程序功能。探头无法触及的表面可以用相机扫描,以查找其内部特征位置的特征特征,也可以单独作为测量值。画面显示在HMI上方的监视器上。

除了两台飞秒激光机,该车间现在还拥有一台Microlution 5100五轴微型铣床。Nowbobilski表示,该机器用于生产无法在数控机床上切割的微型零件,以及为在ML-5上运行的零件创建精密夹具。

所有三台Microlution机器——两台微激光机和一台微铣床——都位于Sunlight-Tech一个封闭的温控室里。这些机器上生产的零件的优质设备包括一台蔡司O-Inspect CMM和两台Keyence显微镜,它们也保存在这个房间里。

非常规小零件加工

Sunlight-Tech建立了一个包括医疗、钟表、汽车、航空、航天等行业的客户群,拥有超越传统数控机床和电火花机床限制的微激光加工能力。ML-5 上的五轴飞秒激光器几乎可以在任何材料上创建除圆形以外的无毛刺微特征,同时保持大多数精密车间无法实现的严格公差。

例如,通常将公差保持在15微米之间,车间可以使用 ML-5 创建带有正负锥度和直壁的通孔。它还可以在零件上切割独特的形状,例如带有椭圆形出口的圆形入口。也可以切割正方形、三角形、星形图案和其他晦涩难懂的形状。

虽然大多数激光机床都具有创建独特形状的能力,但ML-5是专门为以批量生产速度进行复杂的微尺度零件加工而设计的。这台机器是从一张白纸上设计的,旨在最大限度地提高热稳定性和惯性稳定性,以实现快速加速,”GF Machining Solutions激光销售主管Mike Lerner解释道。快速加速是生产小零件所需要的。

然而,由于微型激光机的复杂性,它们并不是为许多精密加工厂生产大批量产品而设计的。我们可以在一批中生产几千个零件,没有问题,诺沃比斯基说。但如果这些批次的零件多达10万个,那么这就是我们没有的结构。

非常规结果

Sunlight-Tech在许多方面受益于微激光机的结构,这些结构是该工艺所独有的。根据GF Machining Solutions的说法,该技术可以比传统加工工艺快三倍,因为没有经常困扰CNC机床的障碍和痛点。

例如,微型激光机具有高精度和可重复性,因为微型激光工艺不涉及任何传统工具,这意味着没有工具磨损或交叉污染。事实上,一台激光可以持续510年。

加工过程也不会产生发热。计算机内的区域,内置冷却系统(由整个机器的风扇、热交换器和冷却回路组成)可稳定温度,实现稳定的轴运动。

此外,内部缺乏金属加工液。可以制造出非常干净的零件。这在加工具有严格清洁规格的敏感零件(例如医疗和汽车行业)时特别有用。

根据 Nowobilski 的说法,ML-5的表面光洁度也比 CNC 加工的零件更好。配备飞秒激光的机床中的Z轴运动可提供传统CNC切削刀具无法实现的精确钻孔、切割和微加工。此外,机器内部的五轴运动可以控制激光锥度,从而产生无毛刺的零件。

三步编程

根据 Nowobilski 的说法,ML-5机床的编程和设置比典型的CNC机床的编程更复杂。在加工之前,有三个不同的程序需要设置。而且,根据要保持的公差,可能需要数天时间才能设置程序来加工单个孔。

首先,必须将激光调整到适当的设置。接下来,对激光扫描头进行设置和编程,以切割所需的特征。第三,机器本身必须使用G代码进行编程,以定位特征并知道何时关闭和打开。Nowobilski解释说,在此设置过程之前,与客户的沟通对于在高效的过程中实现最准确的功能至关重要。一旦Sunlight-Tech在客户的研发测试切割检查后获得批准,车间就会开始使用客户的材料进行加工以获得最佳效果。

此设置过程可能需要一到几天才能完成。Sunlight-Tech的应用工程师 Kelsey Humble 描述了典型的时间框架。降低到1微米需要更多时间来确保机器稳定,在这种公差下,一个孔可能需要四到五天的时间。亚微米公差需要更长的时间,但这是可行的。

尽管某些公差客户要求设置非常严格,但 Humble 表示ML-5通常是用户友好的。她解释说,在这台机器上从一个项目过渡到另一个项目很简单,因为她经常可以使用类似的设置,并且她需要做的更改可以在 HMI 上快速完成。凭借 CNC 加工的背景,Humble 能够在三个月内学会如何编程和操作机器。

Sunlight-Tech Inc.还通过了ISO 90012015 认证,预计将于2024年初春获得AS9100认证。


关键词:微型激光车间;传统数控车间;复杂零件