增材制造是一種多功能制造技術(shù)，可以“近終成形”生產(chǎn)各種復(fù)雜的功能形狀。它為零件組合和優(yōu)化開辟了令人振奮的全新設(shè)計(jì)方向，而且有助于降低工裝和材料成本。盡管增材制造技術(shù)可以通過一次制程生產(chǎn)大量零件，但某些功能特征或表面可能需要進(jìn)一步的序后處理，例如數(shù)控機(jī)床加工或精加工操作，以確保最終零件達(dá)到技術(shù)規(guī)格和設(shè)計(jì)目標(biāo)。增材制造技術(shù)的發(fā)展方向是盡可能加快和簡(jiǎn)化這些序后處理步驟。

Effective CNC Ltd位于英國克魯鎮(zhèn) (Crewe)，專門從事機(jī)床改造業(yè)務(wù)。幾年前，公司創(chuàng)始董事Gary Pearson先生設(shè)想開發(fā)這樣一種機(jī)床：在同一臺(tái)機(jī)床上通過一次制程執(zhí)行增材制造 (AM) 和傳統(tǒng)減材制造。

為了助力Effective CNC打造新型機(jī)床，雷尼紹專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)在光柵、 對(duì)刀儀和機(jī)床測(cè)頭方面提供全方位支持。 Effective CNC選擇了多款雷尼紹產(chǎn)品，包括FORTiS?封閉式直線光柵系列、RMP60測(cè)頭和定制對(duì)刀系統(tǒng)，最終打造出一臺(tái)機(jī)床原型，成功將某些金屬零件的增材制造和序后處理工藝集于一體。

挑戰(zhàn)

在增材制造零件的序后處理過程中，幾何誤差的傳播可能會(huì)影響最終產(chǎn)品的機(jī)加工表面精度。對(duì)增材制造零件進(jìn)行精加工操作通常需要在機(jī)床上多次傳送，而這時(shí)可能會(huì)引入工件位置和角度誤差，需要通過機(jī)內(nèi)測(cè)頭測(cè)量進(jìn)行補(bǔ)償。操作多臺(tái)機(jī)床還會(huì)導(dǎo)致成本上升、生產(chǎn)效率下降。將傳統(tǒng)機(jī)床與增材制造噴頭相結(jié)合的復(fù)合機(jī)床是一個(gè)相對(duì)新穎的概念，在特定應(yīng)用中有助于提高增材制造工藝的經(jīng)濟(jì)效益。

解決方案

Effective CNC團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并打造了一款“一體化”機(jī)床，可交替進(jìn)行增材和減材加工操作。他們表示，這款機(jī)床適用于眾多大規(guī)模、精密的增材制造金屬加工應(yīng)用領(lǐng)域，有助于革新經(jīng)濟(jì)效益。

Effective CNC董事Gary Pearson先生介紹了這款新型機(jī)床的特別之處：

“我們針對(duì)機(jī)床的三個(gè)組件分別創(chuàng)建了一個(gè)固定的穩(wěn)定位置，即主軸，熔絲沉積增材制造噴頭，以及這臺(tái)機(jī)床上的車削刀塔。我們可以五軸移動(dòng)工件，并在各個(gè)工位對(duì)工件進(jìn)行多次增材和減材制造，而無需移動(dòng)實(shí)際的工裝。

我們采用了熔絲沉積增材制造系統(tǒng)，它實(shí)際上是一個(gè)非常智能的MIG焊機(jī)，我們將其安裝在機(jī)床上的固定位置。這樣，我們能夠在空白加工托盤上先通過增材制造添加余量材料，然后再加工，而無需將工件從機(jī)床上取下?！?/p>

因?yàn)樵跈C(jī)床的五個(gè)軸向上均可添加材料進(jìn)行增材制造，所以我們能夠制造形狀非常復(fù)雜的工件，然后將其送回到機(jī)床上按照非常精確的公差要求進(jìn)行精加工，而無需將工件從機(jī)床上取下。”

這臺(tái)機(jī)床的另一個(gè)創(chuàng)新特性是，除了增材制造之外，它還結(jié)合了銑削、車削和磨削三種切削工藝，因此可在同一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)工件的增材制造和精加工。

RMP60測(cè)頭正在測(cè)量工件

機(jī)床的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)包括工件夾具，用于銑削和磨削工件的主軸，以及旋轉(zhuǎn)刀塔。耳軸式轉(zhuǎn)臺(tái)可支撐加工托盤，并提供機(jī)床的第四軸和第五軸。

為了增強(qiáng)機(jī)床安全性，該公司選擇了通過功能安全 (FS) 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的控制器和光柵等組件。

Effective CNC為機(jī)床X軸、Y軸和Z軸選用FORTiS-S? FS（功能安全型）封閉式光柵，其中包括一個(gè)柵尺長度超過3米的特制加長FORTiS光柵（X軸）。對(duì)于耳軸式轉(zhuǎn)臺(tái)（A軸），選擇了配用RESA圓環(huán)光柵的雷尼紹RESOLUTE? FS（功能安全型）絕對(duì)式光柵提供旋轉(zhuǎn)位置反饋。

FORTiS光柵系列是新一代封閉式絕對(duì)式直線光柵，適用于機(jī)床等惡劣環(huán)境。FORTiS封閉式光柵具有安裝和設(shè)定方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)光柵系統(tǒng)相比，安裝用時(shí)大大縮短，即使在空間受限的應(yīng)用場(chǎng)合也不例外。

FORTiS-S FS（功能安全型）封閉式直線光柵系統(tǒng)

Pearson先生介紹了他們?nèi)绾螌⒗啄峤B產(chǎn)品集成到每個(gè)制程中：“我們購買了兩套FORTiS系統(tǒng)，它們都是即插即用型產(chǎn)品，并且安裝和設(shè)定方便快捷。雷尼紹還為我們提供了用于測(cè)量工件的RMP60測(cè)頭，測(cè)量性能優(yōu)異。他們還為我們開發(fā)了一套復(fù)合系統(tǒng)，結(jié)合了用于測(cè)量銑削刀具的NC4+ Blue激光對(duì)刀儀和用于測(cè)量車削刀具的RP3對(duì)刀儀?！?/strong>

Pearson先生繼續(xù)說道：“雷尼紹的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)來到我們的車間現(xiàn)場(chǎng)，首先了解了我們?cè)跈C(jī)床上的加工操作，我們需要在什么位置安裝對(duì)刀系統(tǒng)，以及我們想要實(shí)現(xiàn)什么加工目標(biāo)；然后他們根據(jù)這些信息為我們繪制了多個(gè)CAD模型。我們能夠?qū)⒗啄峤B的CAD模型放入我們的機(jī)床CAD模型中，進(jìn)一步研究如何將它們集成在一起。雷尼紹為我們提供了全方位支持?！?br>

Effective CNC的創(chuàng)新并未局限于傳統(tǒng)的機(jī)床結(jié)構(gòu)和工裝形式的設(shè)計(jì)，他們還開發(fā)了一種新型換刀機(jī)器人。Pearson先生說：“最后我們決定，與其制造換刀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的直角坐標(biāo)機(jī)器人，不如選用現(xiàn)成的協(xié)作機(jī)器人解決方案?！?/p>

他們采用的協(xié)作機(jī)器人來自Universal Robots公司，這款機(jī)器人的關(guān)節(jié)中配備了雷尼紹關(guān)聯(lián)公司RLS提供的AksIM?系列磁旋轉(zhuǎn)編碼器。

當(dāng)與托盤交換裝置配合使用時(shí)，協(xié)作機(jī)器人支持機(jī)床不間斷運(yùn)行，無需操作人員干預(yù)。

成果

在與Effective CNC的密切合作過程中，雷尼紹充分發(fā)揮了其在機(jī)床行業(yè)深耕五十年的豐富經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)技術(shù)，幫助Effective CNC在新型機(jī)床的設(shè)計(jì)和研發(fā)過程中選擇合適的新技術(shù)。

Pearson先生介紹了該機(jī)床針對(duì)大型和超大型零件的出眾加工能力：“從另一個(gè)角度來說，憑借五軸制造能力，我們能夠制造比機(jī)床工作臺(tái)更大的零件。先加工出一個(gè)圓柱體，然后旋轉(zhuǎn)該圓柱體，在側(cè)面加工出任何目標(biāo)形狀。這意味著，我們能夠制造懸吊在加工托盤上的大型零件?！?/p>

該機(jī)床是一種多功能系統(tǒng)，成功地將銑削、車削、磨削與增材制造集于一體。Effective CNC相信這款機(jī)床將大幅提高端到端制程效率，并且能夠通過增材制造加工出高難度金屬零件，例如用于石油和天然氣行業(yè)的大型彎管和配件。

“我們面向高科技行業(yè)推出了一款功能強(qiáng)大的全新產(chǎn)品，并且對(duì)這款產(chǎn)品的市場(chǎng)前景充滿期待?！盤earson先生總結(jié)說道。

雷尼紹將持續(xù)支持Effective CNC的后續(xù)產(chǎn)品研發(fā)。

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（雷尼紹Renishaw）

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