－－对复杂、易损的光学组件进行高精度加工
位于Oberkochen的卡尔•蔡司公司采用了Roeders公司的HSC（High Speed Cutting）高速铣削技术对精密光学系统中复杂的规则几何外形和自由几何外形的支撑结构和运动部件进行小批量加工。
“人们通过我们的产品能够对‘高科技’这一概念获取直观的理解，因为人们普遍认为应用在飞机和宇宙中的技术就是高科技”，来自 Oberkochen的卡尔•蔡司公司特殊订单加工部门的主管Alfred Langer先生开玩笑地说。这个部门不仅加工复杂的机械零件，而且能够对要求苛刻的光学组件和复杂零件的加工提供一整套解决方案。由于直接与设计和开发部门联系，客户能够在开发阶段就能够得到支持。
卡尔•蔡司公司是世界领先的光学和光电工业的国际化企业集团，其产品和服务主要应用于生物医学研究领域和药学领域，除此以外卡尔•蔡司公司还为半导体工业、汽车工业和机床工业提供系统解决方案（图1）。这些尖端产品通常是以单件或者小批量的形式出现。对此， “特殊订单加工部”主要生产诸如衬套和运动部件的机械零件，因此对质量和精度提出的要求也就不言而喻。该部门拥有大约25台机床，其中大部分属于现代化的车床以及3轴、4轴的铣削中心。
图1：高精度工艺：卡尔•蔡司公司使用的高科技设备的实例就是坐标测量仪“GageMax”。
由于订单的要求各不相同，待加工的材料也多种多样，因此该部门不仅需要加工诸如铝和碳的常规材料，还需要加工不计其数的特殊材料，其中就包含了硬度极高或者难以切削的合金材料。
HSC高速切削技术的优势
“我们需要加工大量易碎的厚壁类零件，比如用于光学系统的支架结构。这个结构在与刀具接触的过程中会发生变形，并导致精度降低”，项目经理Richard Kaak先生补充说道。尽管理论上有可能通过大螺距螺纹的方式来减少偏差，但是这种工艺成本很高，而且不适用于使用寿命较长的要求。另外的缺陷还包括在零件固有频率范围内产生的振动激励和热传导现象，以及因此引起的变形。
HSC高速切削技术当中装夹和拆卸非常便捷，切削力较低。而且由于心轴转速较高而带来较高的激励频率，因此能够对弥补三种类型错误带来的缺陷。 HSC工艺还能够提高加工的经济性能，在这样一个高度专业化的细分市场中，成本也成为了首当其冲的决定因素。通常情况下，技术人员必须与采购人员一道才能够做出决定。
系统方面的选择
“在最终决定使用一套全新的系统之前我们进行了非常细致小心的选择过程”，Alfred Langer回忆道。首先将市面上所有供应商的产品进行分类，然后对选出来的产品进行仔细研究。在第二轮筛选中将剩下来的系统进行对比评估，并进一步剔除不合格的供应商。第三步，也就是最具有决定性的一步──试生产，以达到卡尔•蔡司公司制定的质量要求。Roeders公司最终获得了胜利，他们的5轴 ‘RXP 500DS’加工中心配合圆周旋转摆动台面（图2）能够提供快速及高精度的线性驱动和很高的刚性。
图2：工作区域：卡尔•蔡司公司用于加工特殊订单零件的Roeders RXP 500 DS
新设备于2006年8月投入使用。其特点如下：无摩擦、高动态的线性驱动结合“传统的”滚动导轨。借助高解析度的位移测量系统、先进的温度管理系统、主轴的 10次加热循环、以及对主轴偏差进行额外的测量和补偿等措施均能够提高这套设备的精度。机床的主轴及HSK-40支座能够达到14KW的功率和42000 转/分钟的转速。此外还有多种附件可供选择，比如用于刀具和工件清洗的夹具，乳液冷却系统以及用于工件的测量卡规和高精度的激光刀具测量系统。
这套系统最吸引人的地方在于Roeders公司开发了一套特殊的圆轴修正系统，在加工区域内测量400多点并据此进行修正。即使对多个平面同时进行加工，这套系统也能够对偏差进行在线控制和计算补偿，从而达到极高的精度，而且无需机床操作人员采取特殊措施。“在满足所有轴向角度和较高加工速度的前提下，Roeders公司的设备凭借这些技术亮点达到了极高的精度。而这也正是我们所需要的”，Langer先生总结道。
到目前为止总结的经验
“到目前为止我们已经使用了这台设备近一年半时间，因此我们当初的要求基本上都得到了满足”，Richard Kaak确认说。这台设备既能够满足精度方面的要求，又能够进行高速切削加工。举例来说，利用这台设备可以加工复杂的支座（图3）并保证其与多个圆柱零件的配合，这需要将多个轴线精确对准，还需要考虑轴与内径千分尺之间大约5 m的精度，所以整个加工过程的精度必须控制在2 m范围以内。另外还可以举一个加工易碎间隙环的实例（图4），这个零件带有楔形平面，与轴向的夹角为5.3度。斜面与轴线的交点位置已经超出了零件本身，而且公差范围必须控制在0.02毫米以内。
图3：点的对准：由含硅成份的特殊合金材料制成的支座将与圆柱轴承配合。
目前能够达到的精度为5 祄（考虑到了轴的位置），而圆度需要达到2祄。
图4：交点位置：带有倾斜表面的间隙环，与轴向的夹角为5.3度。
与轴线的交点的位置误差不超过0.02毫米。这类间隙环主要应用在NIRSpec设备上，
即下一代哈勃卫星“超级望远镜”。
这里需要特别强调的是在改变方向时所能够达到的精度。借助于高效率的内置测量及补偿装置能够得到较高的精度，而且在所有的数量级上都比目前的技术更精确。另外，Roeders公司的设备还非常适用于无人职守流程中的自动化加工。这台设备配备了18级工件转换器和一个容量为100把的链式刀库，能够在凌晨时段进行加工（图5）。
图5：无人职守：借助于18级工件转换器“RC2”可以在凌晨时段进行加工，
从而降低成本。
方案中必备的售后支持
“制造商必须给与我们足够好的售后服务”，Alfred Langer说。售后服务非常重要，因为一旦选择了这台设备，也就走上了一条全新的道路，同时必须放弃市面上非常畅销的机床控制系统而采用Roeders 公司自己开发的控制系统。当然，这样做的优点在于采用了与机床一致的总体设计理念，由机床生产商自己开发控制系统并在这一技术领域不断优化。还有一点非常重要，也就是控制系统必须保持准确无误的升级。通过这些措施，Roeders公司得以直接按照卡尔•蔡司公司的需求进行优化，迅速在CD光盘上存储额外的程序，并立即投入实施。Roders公司在以上所有的流程中均较好地实施了监管。这也同样适用于售后服务阶段。
统一流程链的优势
“我们必须提到的一点就是额外的收益，也就是我们在今后的操作流程中能够继续利用这套设备的精度优势”，Richard Kaak说道。在将所有流程打通之后，比如包含去毛刺和抛光流程，这套设备的加工精度高的优势将得到进一步体现，从而明显降低返工费用。比如可以避免使用铸造零件。以前需要提前统计厚壁及易碎的待加工零件的数量，以免在使用常规工艺设备时超出其所能承受的力。尽管能够采用铸造方案，但是人们仍然需要干预生产流程，尤其是在配合及密封的表面区域。对铸造零件的表面进行阳极氧化处理无法达到所要求的质量等级。
通过引进HSC高速铣削技术及其较低的切削力优势，人们可以不断的拓展加工范围的极限。
作者简介：
Klaus Vollrath是来自瑞士Aarwangen的
自由专栏作家。
电子邮件：kvollrath@bluewin.ch
制造商简介：
Roeders有限责任公司，29614 Soltau
电话：0 5191/603-43
传真：0 5191/603-38
网址：www.roeders.de
用户简介：
卡尔•蔡司公司Oberkochen服务中心
73446 Oberkochen
电话：0 73 64/20-33 45
传真：0 73 64/20-30 57
网址：www.zeiss.de
作者：Klaus Vollrath
