本刊採編| 隨着產品的多品種、少批量加工需求以及零部件的日趨複雜化，高效加工高精度零部件已成為一大主攻方向，而正因為複合加工機床能通過兩次裝夾在一台機床上完成從毛坯至成品的全部加工，這一加工方式倍受青睞。本期特輯聚焦複合機床加工領域的最新動態，分兩個板塊展開：專家講壇和複合加工機床精品集錦。開篇的專家文章，結合獨具特色的複合加工機床產品，娓娓道來針對棒材零件的車銑六面加工工藝。精品集錦版塊中，則介紹了數款頗具代表性的復合加工機床。 |
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專家講壇
棒材零件的車銑六面加工
徐正平
魅力獨具的復合加工方式
綜觀當今數控機床的發展趨勢，複合加工是發展勢頭很猛的一個方面，它不僅表現在金切方面，成形和電加工也有很多創新，甚至將激光與超聲波加工等先進工藝方式也包涵進來了。
就金切機床而言，自上世紀90年代奧地利WFL公司發明車銑複合加工中心以來，該技術紅火得不可收拾。
日本馬扎克（MAZAK）提出的口號是“Done in one”，即在一台機床上要完成所有的工藝加工。德國埃馬克（EMAG）公司首創的倒立加工中心，將輕型回轉體零件一下子就可完成銑、車、鏜、鉸乃至滾、磨等多工序複合加工。德國RODERS公司將高速銑削與激光堆焊結合在一起，以完成模具的修復工作。在中國，北一機、瀋陽機床、大連機床、秦川機床、青海機床等製造企業，也都根據零件的工藝要求，先後開發出銑車、車銑、車磨、銑磨等不同品種的複合加工機床。
在機床業界，如何完成六面體零件的全自動加工，一直是一個備受關注的課題。
然而在當前條件下，由於裝夾平面的限制，夾緊至少需兩次。隨着工業機器人的出現，我們可以通過機械手，將尚未完成全部加工的中型零件提起來、翻個身之後繼續加工，或是將其安置在另一台機床上加工。但是，銑車複合加工中心的誕生，已經使得輕型類棒材零件的自動六面加工成為可能。
眾所周知，產品的多品種、少批量以及零部件的日趨複雜，使得高效加工高精度零部件成為機床業界的重要主攻方向，複合加工機床也因其能通過兩次裝夾實現在一台機床上完成從毛坯至成品的全部加工，而倍受青睞。
具體而言，複合加工這種多工序加工工藝的優點在於，能省去多次裝夾的定位時間及輔助時間，也大幅減少了因多次定位所造成的誤差積累，從而使工件可達到更高的精度要求；同時，由於複合加工機床可替代多台傳統機床，這不僅能減少在車間的佔地面積，也省卻了中間倉庫和半成品堆放場地，使得管理工作量大大降低，故而既減少了投資，又降低了成本。
棒材零件多工序自動加工
瑞士威力銘-馬科黛爾(Wellemin-Macodel)公司專業生產多軸聯動加工中心，其推出的W508MT銑車複合加工中心，是棒材零件多工序自動加工的一個範例。這是一台斜楔式床身型車銑複合加工中心，圖1為其結構圖。
為了更清楚地說明其運動方式，我們還是先回顧一下《ISO 841:2001》中，國際上對數控機床坐標軸運動方向的命名。在直角坐標體系內，任何一台數控機床，無論是車、銑、磨、鑽等，其主軸軸線規定命名為Z，而其余兩個直線軸方向就是X和Y。那麼圍繞這X、Y、Z轉動的三個回轉軸，就稱為A、B、C。而在平行於X、Y、Z三個直線軸的方向上運動的其他直線軸，則稱之為U、V、W。
圖1 W508MT的結構圖 |
由圖1可知，這是台立柱能沿Y向前後運動的動柱式立加，同時銑頭可作-15°~+100°的B軸擺動，整個立柱與下方滑台作縱向X運動，由右端紅色伺服電機驅動；左端是車削的正主軸，棒料通過主軸通孔由液壓棒料輸送裝置送到指定位置，夾緊後對零件前端進行五面銑車加工，加工完成後就由位於機床前方的車削背主軸裝置完成第六面加工（圖2）。
這個背主軸裝置是威力銘-馬科黛爾公司的專利發明，也是六面加工的關鍵部件。它是一個可繞Y軸回轉的三工位多功能塔座，2/a顯示出塔座全貌，其中間是車削副主軸，也稱背主軸，左邊是自動定心虎鉗，右邊是車削尾架。2/b則是背主軸接正主軸傳來的棒料後將其夾緊，隨後兩個車主軸同步回轉，由割刀將其切斷，繼而對背主軸所夾工件的端部進行第六面加工。那麼，若遇到正主軸所裝夾的棒料已作端面加工，並且呈方形或扁狀怎麼辦？這時，就需要用液壓自定心虎鉗對此工件夾緊並作第六面加工。
圖2 背主軸塔座 |
2/c就是虎鉗轉工位後，用卡爪將零件夾緊，然後銑頭用銑刀將零件切斷，繼而夾具再轉90°，使夾緊的零件端部朝上，由銑主軸對其作第六面加工。加工完成後卡爪就將零件鬆開落下，或者由機械手接住送到料倉。
2/d是當加工細長軸零件時，尾架轉到與正主軸相對位置，由頂尖頂入進工件右端中心孔，以防加工時撓曲變形。這種三工位塔座使得機床工藝適應範圍更廣，同時也增強了加工剛性。
這個塔座還具備U軸功能，由於縱向正常工作進給由X軸完成，所以塔座的定位、接料、退位等縱向運動就由U軸完成。這是一種快速、穩定的進給新方式，旨在提高零件的加工精度。
圖3 銑螺紋裝置 |
W508MT還帶有一個獨創的螺紋旋削加工裝置（圖3），凸出的錐柄部分，就安裝在銑主軸的錐孔裏面，將工件套入錐孔內，就像滾齒機那般加工。外螺紋刀放置於零件的非中心點，它環繞着工件高速旋轉，而工件則反向低速旋轉。螺旋升角由銑頭B軸回轉而成，螺紋切深由數控系統徑向插補而成（圖4）。
螺紋旋銑加工的優勢在於使工件在低切削力下進行加工，從而保證了良好的表面精度。若加工長徑較大的工件上的螺紋，還可配置一個導套，它甚至還能加工形狀複雜的螺紋頭部。螺紋刀可自動定位，形成一個與螺紋的任意傾斜角度，螺紋刀的傾斜面和每個工件的車加工進給決定了螺紋的螺距和角度。
圖4 螺紋旋銑加工原理 |
一台高精度數控機床的設計總有其獨到之處，該機床採用高強度的鑄鐵床身結構，佈置加強筋間隔，底部三點式框架均衡地支撐機床的主結構——這種構造是為了達成機床的抗振、抗熱變形及靜態剛性。為降低主要由金屬切屑和冷卻液引起的結構件熱膨漲，機床還採用隔離鋼板將機床的運動部件區域與加工區域分隔開來。
為預防主軸高轉速時發熱，該機主傳動用陶瓷軸承，並加裝週邊環狀冷卻裝置。在進給方面，採用超精密預緊迴圈滾珠軸承和直線導軌，以確保直線軸高精度運動時整機的均勻性和剛性。
圖5 W508MT的盤式刀庫 |
W508MT的盤式刀庫也頗具特色（圖5），它不同於普通立加的斗笠式刀庫，分上、下兩層，能裝48把刀。因電主軸轉速高，故選擇1:10短錐的HSK-E40刀柄。快速換刀器帶有180°回轉的擺動臂，它有兩個刀位。在加工區域的旁邊有一個閘刀門，裏面有個單獨的空間可以通過這個門直接進入刀庫。換刀時先是把下工位的刀由換刀器抓出迅速置於主軸旁，待上工步加工結束後，就將該刀與主軸上的刀具作交換。換刀時間刀對刀具時 0.8 sec，切削至切削3sec。
精品集錦
大連機床
CHD25機床是按模塊化要求設計的國內首台九軸五聯動車銑復合中心，該機床整體傾斜床身布局，具有雙電主軸、上下雙刀架、上刀架帶Y軸、B軸、帶刀庫，下刀架帶動力刀具。各進給軸快速16~30m/min，工具動力頭轉速7000 r/min，刀庫容量(標准)30把。適用於軍工、航空、航天等行業對形狀復雜、加工精度要求較高的零件加工。
CHD25車銑復合中心 |
海天精工
海天精工在CIMT 2009上展出的HTM- TC25MC數控車/車削中心，採用整體式L形鑄造床身，45°傾斜導軌，通全長的下導軌和主電機座與床身一體。其進給單元採用高精度雙螺母滾珠絲槓，高DN值實現其高轉速，加載軸向預拉伸，提高動態剛性且抵消熱伸長。導軌採用淬硬磨削矩型導軌，滑動面粘貼耐磨軟帶，接觸剛性高。機床配有意大利DUPLOMATIC電動伺服刀架，剛性強，精度高，工作可靠。
該機床主軸採用兩點支撐，前端採用NSK雙列圓柱滾子軸承和高精度角接觸球軸承形式，軸承內徑為120mm，後端採用雙列圓柱滾子軸承支撐，使主軸獲得高剛性的同時，獲得極高的主軸回轉精度。
HTM-TC25MC數控車/車削中心 |
電機與絲槓之間用KTR無齒隙梅花形彈性聯軸器，保証了二者之間的傳遞精度。
該機床一次裝夾可實現車削、銑削、鑽孔、攻絲等多工序加工，可廣泛應用在汽車、摩托車、家電、通用機械、航天航空等行業。
大連光洋科技
大連光洋科技工程有限公司研制的XCWH1550-2000 11軸5聯動立式銑車復合加工中心，機床主體採用優質牌號鑄鐵高剛性床體，控制系統採用大連光洋全數字總線開放式五軸聯動專用數控控制器，能滿足多軸五聯動精確控制的要求。高速率數據傳輸以及海量內存更加方便了機床的操作使用。
XCWH1550-2000 11軸5聯動立式銑車復合加工中心 |
機床配有大連光洋DDOS-15H臥式單擺頭和直驅轉台，可實現高速銑削、鑽削和車削功能；各主要軸採用兩台一體化伺服電機同步驅動，可實現對回轉體的精密車削、端面鑽孔、平面及曲面銑削、開槽等功能；一次裝夾即可完多道工序，五軸聯動性能更適合於復雜曲面加工。該機床適合用於加工中大型大直徑軸類零件和復雜回轉體零件。
北京工研精機
NANO-TM500超精密納米級精度車銑復合加工機床由北京工研精機股份有限公司研制。該機床主軸為採用高精度空氣軸承的整體電主軸，帶有Cs軸功能，溜板採用具有納米級運動分辨率的直線電機對稱雙驅動結構，回轉工作台空氣靜壓軸承支承和直接驅動結構。
NANO-TM500超精密納米級精度車銑復合加工機床 |
機床的運動控制精度高，可以控制納米分辨率移動的部件，實現納米插補。其車銑復合加工功能可以實現多種不同類型工件的高精度加工。而且，該機床在設計中亦充分考慮到機床加工的工藝性和應用的方便性，並具有加工和檢測一體化功能。
NANO-TM500機床可適用於光學平面、球面及非球面零件的超大型精密加工。
大連因代克斯
在4月份於北京舉行的CIMT 2009展會上，大連因代克斯機床有限公司展出的產品包括1台特意從德國總部運來的原裝機床—C100數控車銑復合機床。
C100數控車銑復合機床配有雙主軸D42，帶C-軸；3個刀架可裝載42把刀，2個Y-軸，可以3把刀具同時加工，一次高效完成復雜工件的全部加工。該機床X/Z軸為平面移動單導軌（專利），加工精度高；吸震性能好，可使刀具壽命提高30%，經濟性能出色；高速度：60mm/min快進速度和1g加速度；高剛性，金屬切除率高，加工效率高。
C100數控車銑復合機床 |
C100的W-槽(專利)用於刀座定位，可快速更換刀具，重復定位精度高，有效節省了調整時間。同時，機床配有FANUC控制系統、棒料上料系統和機械手自動卸料系統。
C100適用於高精度、復雜、大批量零件的生產加工，主要應用於航天航空、汽車工業、醫療器械及電子元器件等領域。
江蘇新瑞
江蘇新瑞機床（集團）有限公司研發的LM50-5X五軸聯動車銑復合加工中心，是集臥式數控車床與立式加工中心功能為一體，並具備五軸聯動功能九軸控制和雙主軸雙刀架的高檔數控機床產品。機床採用高剛性合成Y軸布局。床身左端為主主軸，右端為副主軸，前後主軸均具備C軸功能，床身上部為銑主軸，兼車內外圓功能，可沿X、Y、Z軸做直線運動和B軸的擺動回轉運動。
LM50-5X五軸聯動車銑復合加工中心 |
B軸還能夠以5°為單位進行分度，具有旋風車銑粗加工的能力。床身下部為一個12工位動力轉塔刀架，與銑主軸配合進行同一工件的多刀加工，也可同時加工兩個獨立的工件。銑主軸與副主軸均為電主軸，雙車主軸與銑主軸協同可實現復雜零件的完全加工。五軸聯動功能則可加工任意空間曲面以及各種復雜曲面和斜孔、斜面等。
該機床適用於加工航空發動機和汽輪機的葉片，船用螺旋推進器以及具有特殊曲面和復雜型腔、孔位的殼體和模具、由整體材料鏤銑而成的零件等。
天瑞精工
天瑞精工機械（寧波）有限公司生產的新型VL立式加工中心是具有自動換刀裝置及CNC三軸聯動控制系統的現代化加工機床，可一次裝夾，自動連續完成對零件的銑削、鑽孔、鏜孔、擴孔、鉸孔及攻絲等多種工序加工，適用於中等批量生產的各種平面、孔、復雜形狀表面、尤其是多孔小型箱體類零件的加工。該系列產品可有效節省工裝，縮短生產周期，提高加工精度，是國防工業、拖拉機、輕工行業、汽車製造、紡織機械以及機行業技術改造的理想加工設備之一。
新型VL立式加工中心 |
機床的X、Y、Z直線坐標均採用伺服電機與高剛性滾珠絲槓副直聯驅動，絲槓支撐形式採用一端固定，另一端拉伸的結構，使機床的絲槓具有予拉伸功能，可以提高機床的傳動剛度及定位精度、重復定位精度的穩定性，並使機床的熱穩定性得到提高；三軸精密滾珠螺桿預拉設計，伺服馬達直接驅動，無背隙產生，提供高速運動傳輸的效能與精確的位置控制。
整機主體採用F300高品質鑄鐵，並經二次時效處理，組織穩定，精度保持性好；主軸採用特制六支NSK支承軸承，最高轉速8000rpm，並配有四周環狀出水裝置，保証優異的旋轉精度和冷卻效果；超大跨距的倒Y型立柱，提供卓越的剛性。機床配有全封閉防護罩，並按人類工效學設計，操作舒適宜人。該系列產品獲得歐州CE標准認証及國家專利証書。
西安北村
XKNC-100GL系列小型精密CNC車床是西安北村精密機械有限公司集合多年數控機床設計經驗以及尖端的科學技術研發的產品。具有低成本、省空間等特點，並以其高剛性和高精度著稱，最適合進行高品質小零件的精密加工。
XKNC-100GL系列精密CNC車床 |
該款機床特別配置動力刀具和Cs輪廓控制加工功能，可實現曲線或曲面輪廓的精密加工。其豐富的柔性加工組合使“復合加工等於一次裝夾”在排刀式車床上成為可能。同時，該機床搭載有自動上下料機械手及自動排料器裝置，能夠廣泛適應自動化、生產線的生產。
華中數控
HNC-28車銑復合數控系統是華中數控系統中的高端產品，採用高可靠性工控機為硬件平台，支持高速以太網、MACRO光縴總線、高速I/O、多路A/D轉換。
該系統最多可控制32軸，具有精密銑削、車削加工中心的功能和加工重叠部分的功能，可以實現大型工件的一次裝夾後多表面加工，使零件的型面加工精度、各加工表面的相互位置精度得到保証。
該系統目前主要廣泛用於車銑復合加工中心，大型車、銑加工中心，雙通道、雙刀架車，雙電機驅動龍門加工中心等。
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