世界最大超声波辅助机床即将入驻谢菲尔德大学先进制造研究中心

这款新型复合机床将是第一款可配备超声波功能主轴并可用于五轴加工应用的复合机床。

图为德马吉森精机制造的DMU 340G线性五轴加工平台，该平台具有1200万的工作面积，尤其适用于航天工业、工具、模具制造和通用机械工程等大型零部件加工。图片来源：德马吉森精机公司

世界上最大的超声波辅助机床即将入驻谢菲尔德大学先进制造研究中心（AMRC，位于英国谢菲尔德）。在今年年底，这台价值180万英镑的DMU 340 G线性机床将安装于AMRC，它是第一款可配备超声波功能主轴并可用于五轴加工的复合机床。

这台占地59平方米的机器，是由德马吉森精机公司（位于德国比勒费尔德）在 AMRC复合材料中心加工组负责人Kevin Kerrigan博士的帮助下完成了设计和开发完成的。

无论是高端豪华汽车单片机还是新型航空发动机轻型风扇叶片，DMU 340 G复合机床都能够显著改善其复合加工性能。除此以外它还能进行钛的钻孔和整理操作，并且可以结合玻璃纤维增强铝（一种在树脂层中穿插着铝片和一系列高温复合材料的玻璃纤维）等新材料进行作业。

据说该机器所具有的功能主要包括高精度线性马达，快速运动，除尘技术,高压切削液输送系统,机器检测技术以及包括无线过程监控和控制技术,增强连接和插件技术的行业4.0功能。

据AMRC表示，这台机器超声波能力的最大优点是高频运动——可以实现每秒40000个微小运动——帮助系统更好地控制芯片形成和热量。AMRC声称，这台机器可以带来是更小的危害，更少的浪费并达到更好的完成效果，这些优点使得这种技术非常适合加工碳纤维复合材料、合金和CMCs等坚硬、粗糙或易碎的材料。

Kerrigan 则表示：“超声辅助加工工艺的基本操作流程与标准的旋转刀具操作流程相同，不同的是它采用了一种高调谐、微尺度以及切削工具的轴向运动，为切割过程提供了二次运动。

“这种额外的运动能够控制提供给切割界面的总能量，并进一步影响到与此过程相关的热能和断裂能量。

“这种新机器还拥有带来更优秀加速度以及加速度改变性能的线性驱动器，该驱动器可以在5轴的工具路径中快速推动机器，将有助于在高速率产生复杂形状的同时保持一定的几何精度。有了这个线性驱动系统，机器就能达到90 m/min的运转速度。目前机器的进给率在保持在1到4m之间，主要由切割过程中产生的力所驱动，即使rpm超过每分钟20000转，在进给率足够高的情况下，仍然有加速工具生产的空间。这一划时代的差异，足以使生产力产生飞跃。”

新机器还实现了智能化，配备了智能的可定制控制器，使机器具有了集成过程监控技术，不仅可以测量性能的数据，还可以提高工具的使用寿命。

Kerrigan 还表示：“这台机器的作用还体现在过程监控方面。840D控制器是公认的最先进的控制器，它可以提取过程信息，进行机器健康监测，车间连接和闭环自适应控制。它还可以额外连接到与测量工具磨损和损坏缺陷有关的实时更新过程测量。这些信息可以有效地帮助我们更深入地了解复杂材料上进行的加工操作。”

复合材料中心一个下属部门的工作便是研究切削力和切削温度，它们可以提供丰富信息来判断运行过程是否良好,比如动态过程是否稳定,是否发生了颤动或强制振动，刀具和机器的磨损程度是否超出了驱动能力以及是否发生了机械或轴承磨损。

Kerrigan补充道：“由于这是一个高度研磨过程，甚至经常用到钻石做切割工具，因此对于碳纤维基底的复合材料来说，你必须经常在工序进行到50%或60%的时候就更换刀具，这也导致了成本的升高。”

据报道，这台机器能够同时进行干式和湿式加工，且不会对机器的移动部件、电子设备或操作人员造成伤害，还可以在钛或聚合物复合材料等一系列材料上进行作业，而其高速遍历率使其具有了很高的生产率。除此之外它还具有粒子控制门开启功能，一个红外测量探头和引入了DMG的新型模块化旋转木马设计的工具改变器。

据推测，该DMU 340 G机床将于12月下旬入驻AMRC。