Precise heart transplant

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精准的“心脏移植” - 斯达拉格为 KAPP NILES 交付高精度海科特 HEC 800 加工中心

2024 年，齿轮磨床专业制造商 KAPP NILES 在其科堡 (Coburg) 生产基地更换了一台用于精密精加工的坐标镗床。新投入的机床为：高精度海科特 HEC 800 加工中心。对于立方体零件加工部门负责人萨沙・福克尔 (Sascha Forkel) 而言，此次设备更换堪比一次心脏移植：“这是我们生产运营中的核心机床，没有它，我们将无法生产。”如今，这场“移植手术”的成功已是毋庸置疑！

走进 KAPP NILES 位于科堡的工厂生产车间，便能直观感受到这里专注于特种机床研发制造的氛围。萨沙・福克尔表示：“整洁有序的生产环境，再加上高品质设备群，是我们打造优质齿轮磨床的先决条件。”在他的管理下，这里可加工尺寸达 1 立方米的立方体结构零件：“这些都是我们机床的核心组件，主要用于齿形和轮廓的高精度加工。”为让 KAPP NILES 的机床满足客户的高标准要求，每一个这类零部件都必须严格遵循最高 3 μm 的形位公差和尺寸公差要求。最终加工出的齿形需实现精准、静音的齿轮啮合，该工艺广泛应用于汽车制造、机械工程等多个领域。这些零部件的材质 80% 为铸铁，其余为钢材，福克尔的团队会在各类加工中心上对其进行粗加工。所有有质量要求的加工面均预留 0.3 mm 的加工余量。孔径则额外预留 1 mm 的加工余量。

这位切削工艺专家解释道，后续的精加工工序则更为复杂：“在精加工环节，我们的形位公差控制在几微米范围内，零部件之间的相对位置公差同样如此。同时，加工表面也必须达到顶级的精度标准。”

生产的核心

此前，这项精加工工作由一台已使用 16 年的坐标镗床完成，但该机床的备件供应已无法得到保障。对于负责人而言，这台旧设备的故障风险过高，且一旦故障会造成长时间的生产停工。因此，为做好风险防范，他们决定更换这台设备。核心要求就是：新机床需与旧机床一样，能稳定实现微米级的高精度切削加工。经过市场调研，KAPP NILES 筛选出三家供应商进入候选名单。机床操作员也参与到了此次机床选型工作中。他们挑选了加工难度最大的零部件――复杂的电机壳体，作为试切削的工件。三台候选机床在完全相同的条件下进行测试：同款测试件、相同的粗加工工艺、同款工装夹具、相同的数控程序及刀具。为确保所有测试结果具备可比性， KAPP NILES 的机床操作员为各机床厂商完成了粗加工件的装夹工作。萨沙・福克尔强调：“操作这台机床，需要经验丰富的操作员和数控编程人员。这台机床将成为我们新的生产核心，但它并非决定加工成败的唯一因素。只有机床、操作员和数控编程人员三者完美配合，才能加工出高精度的零部件。”为完成最终评估， KAPP NILES 在同一台测量设备上，对三台机床试加工出的样件进行了全尺寸检测。萨沙・福克尔表示：“结合检测结果和其他技术细节考量，我们最终选定斯达拉格作为供应商，选用其配备高精度包及其他高精度附加装置的海科特 HEC 800 加工中心。”

机械精度与软件补偿的较量

除检测结果外，机床的机械精度是此次选型的另一项决定性标准。负责 KAPP NILES 业务的斯达拉格区域销售经理莱纳・克劳斯 (Rainer Krause) 解释道：“海科特加工中心本身就具备超高的机械精度，其公差范围仅为常规加工中心的一半。”萨沙・福克尔对此表示认同。他指出，其他多家机床厂商的机床也能达到相近的精度，但这类精度是通过控制系统的软件补偿实现的。以他的经验来看，这种方式会引发诸多问题：“举个例子：我们在这台机床上加工孔时，通常会使用单刃刀具。多轴联动下的软件补偿会产生形变，导致加工出的孔并非标准的圆柱面。这是我们绝对无法接受的。”除了本身超高的基础精度外，斯达拉格为其海科特加工中心配套的高精度包，是促成此次合作的另一项决定性因素。床身、轴驱动装置和滚珠丝杠均配备水冷系统，保障了机床的热稳定性。冷却水自身被精确控温，温度波动维持在 ±1 K 的设定范围内。同时，电机、液压系统等所有热源均与床身等影响加工精度的核心部件做了隔热处理。该高精度包还包含手工刮研的导轨，能实现更优的定位精度。

深度定制开发

斯达拉格区域销售经理克劳斯介绍了订单确认后的定制化研发流程：“我们从工艺角度出发进行方案研发，确保我们的海科特 HEC 800 加工中心能满足 KAPP NILES 全系列零部件的加工需求。”

所有研发措施均以加工精度为核心。例如，位于凯姆尼茨的研发团队进一步收紧了回转轴的公差范围，尤其对 B 轴的摆动误差做了优化控制。因为 KAPP NILES 的加工刀具需要从两侧加工轴承孔，这对分度精度提出了极高要求。

主轴方面，KAPP NILES 选用了斯达拉格自主研发的直驱解决方案。萨沙・福克尔表示：“机械主轴哪怕存在极其微小的误差，对我们而言都是无法接受的。为提升加工工艺的稳定性，我们甚至将主轴最高转速从 12000 rpm 下调至 10000 rpm。” 机床的快速进给速度和加速度梯度也有所降低，尽可能避免机床产生振动。莱纳・克劳斯强调了与萨沙・福克尔及其团队的紧密合作：“在这个研发阶段，我们进行了大量沟通，将方案细节敲定至极致―― 甚至包括托盘在装卸站上的轻缓定位方式。

萨沙・福克尔 (Sascha Forkel)， KAPP Niles 立方体零件加工部门负责人

“ 我们从工艺角度出发进行方案研发，确保我们的海科特 HEC 800 加工中心能

因为如果托盘定位操作过于粗暴，产生的振动会传导至机床内部，影响加工精度。”机床的操作可达性也是此次定制的重要考量点。机床操作员希望在进行工装装夹和工件检测时，能便捷、安全地抵达加工区域。为此，我们为该机床设计了配套的台阶、扶手以及机床前方的操作平台，并对所有操作外围设施做了相应的抬高处理。同时，该加工中心还配备了自动钻孔系统。

非关键性零件的自动化加工方案

从项目初期，KAPP NILES 就计划为该加工中心配套自动化系统。萨沙・福克尔解释道：“我们的目标是实现非关键性零件的无人化加工。由于我们在托盘自动化领域缺乏经验，因此在这方面完全依赖斯达拉格的专业技术支持。”斯达拉格有着与多家专业自动化厂家的合作经验，此次自动化系统的选型主要依据 KAPP NILES 的现场工况确定。莱纳・克劳斯解释道： “结合 KAPP NILES 的现场空间条件，我们最终选定了 Erowa LoadMaster 系统。该系统配备 9 个工件托盘站，能实现产能效益的最大化。” 莱纳・克劳斯强调，托盘制造是这家位于凯姆尼茨的机床制造商的核心竞争力之一：“所有托盘均由我们自主生产，因为托盘对工件的加工精度影响重大。我们为 KAPP NILES 共交付了 9 个托盘，其中 6 个为标准款，经精密铣削和打磨加工而成；另外 3 个为针对超高难度加工件定制的手工铣削款。”配备 Erowa LoadMaster 系统的海科特 HEC 800 加工中心，占地面积与旧机床相当，加工效率却实现了提升。“正如我们所规划的，非关键性零件现已实现全自动化加工，这类零部件的公差要求在 10 μm 及以上，即配合公差等级为 H6、H7 级。”这种精度对 KAPP NILES 来说只能算是“粗加工”。

信任――重要的合作原则

萨沙・福克尔坚信，斯达拉格以及这家位于凯姆尼茨的海科特专业制造商，是他们的最佳合作选择。“两家中型机械制造企业携手合作，能实现优势互补。双方彼此深谙行业门道，清楚合作的核心关键。在这个项目中，我们建立起了特殊的互信合作关系。”此外，团队前往凯姆尼茨的工厂实地考察，以及与海科特的标杆客户交流，也为双方建立信任奠定了基础。这份信任，在此次设备更换的落地执行中体现得淋漓尽致。项目负责人并未按照原计划，逐步完成从坐标镗床到海科特加工中心的切换，而是决定一步到位，萨沙・福克尔介绍说：“我们在 2024 年 7 月拆除了旧机床，随后利用两周时间完成了车间的前期准备工作，因为海科特 HEC 800 加工中心已于 8 月中旬如期到货。”该加工中心于 11 月完成现场验收，经过短暂的调试适应期后，于 2025 年 1 月正式投入生产。萨沙・福克尔表示：“诚然，这种直接替换的方式是一次大胆的尝试。但通过与位于凯姆尼茨的斯达拉格专家团队的紧密沟通，我们评估认为，机床更换过程中出现问题、新的海科特加工中心无法从一开始就正常投产的风险相对较低。我们的最终结论是：这场生产核心的 “心脏移植手术”，取得了圆满成功。”