在德國漢諾瓦舉辦的EMO 2007歐洲國際工具機博覽會上,展出了各種不同的車/銑加工工具機。來自Monforts公司的UniCen 504型加工工具機將車削功能、4軸銑削功能、雷射淬火功能和雷射焊接功能集於一體,工件只需一次性裝卡就可完成全部加工。這一工具機平臺可使雷射處理在加工車間內完成,從而縮短了交貨時間,有利於更好地控制二次雷射操作,提高了工作的靈活性,進一步滿足了客戶需求的變化。
目前在美國的UniCen多功能工具機由Sunbelt Machine提供,不過它是聯邦德國教育和研究部(BMBF)的一個項目成果。它是由德國Monforts公司與其合作夥伴——Fraunhofer Institute for Production Technology生產技術研究所、Laserline公司、Precitec公司、EXAPT公司和Sempell公司,共同合作開發的。
圖1 在這臺車/銑加工工具機上的集成雷射裝置只需一次性裝卡調試就可完成工件的焊接(見右圖)和淬火處理
這臺車/銑加工工具機可加工長達900 mm的工件,其床身上的最大迴轉直徑為600 mm。UniCen工具機除了車削轉塔以外,轉速可達12000r/min,其B軸可旋轉±95 ,適於銑削和鑽削加工。這臺車/銑加工工具機上安裝有兩臺模塊式結構的雷射裝置,其中一臺用於淬火處理,另一臺用於焊接。每臺雷射裝置的安裝通過HSK 63接口與B軸連接。這有利於雷射裝置自動撤離主軸,然後儲存到加工環境以外的地方,這樣就不會在車削和銑削加工中造成靈敏光學元件的損壞。
圖2 雷射裝置採用HSK接口,安裝於B加工軸之內。工具機在進行車削和銑削加工時,該裝置保存在工具機的外面環境中,以起到保護的作用
雷射焊接裝置可以在工件的特定區域上進行堆焊,使合金熔接在一起。這一方法常常用於磨損元件或損壞零件的修復——零件焊接後,再按原來的規格要求加工。噴塗裝置上除了焊絲送絲機構和工藝傳感器之外,還包括雷射束成形和雷射束導向等光學系統。同軸供氣裝置可保護聚焦鏡頭,以免其在焊接過程中受到汙染。據說,雷射堆焊不會使工件造成變形,因為雷射能量的局部吸收所產生的感應熱量極低。
雷射淬火裝置用於特定工件的表面淬火處理,如用於處理軸承軸頸、鍵槽和花鍵等一類的零件,因為其配合接觸面容易受到磨損。其最大的淬火處理深度為1.5mm,處理後的工件幾乎不會發生任何形變。該裝置可以在工件上形成一個可變的雷射處理區域,其最大面積達20mm×50mm。這一裝置適用於淬火鋼和退火鋼、冷成形鋼和熱成形鋼、高速鋼、不鏽鋼和鑄鐵等材料的熱處理。
該工具機上的高功率二極體雷射源可以通過一導向系統向每一個雷射裝置發射出一條光束。所有的雷射和加工過程均由工具機的中央控制系統控制。雷射設備的控制系統通過一Profibus總線接口與工具機控制系統連接。工具機控制系統包括一個CAD/CAM模塊,它可為編程和多功能操作提供一個直覺的、對用戶友好的界面。