本刊采编| 随着产品的多品种、少批量加工需求以及零部件的日趋复杂化，高效加工高精度零部件已成为一大主攻方向，而正因为复合加工机床能通过两次装夹在一台机床上完成从毛坯至成品的全部加工，这一加工方式倍受青睐。本期特辑聚焦复合机床加工领域的最新动态，分两个板块展开：专家讲坛和复合加工机床精品集锦。开篇的专家文章，结合独具特色的复合加工机床产品，娓娓道来针对棒材零件的车铣六面加工工艺。精品集锦版块中，则介绍了数款颇具代表性的复合加工机床。 |
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专家讲坛
棒材零件的车铣六面加工
徐正平
魅力独具的复合加工方式
综观当今数控机床的发展趋势，复合加工是发展势头很猛的一个方面，它不仅表现在金切方面，成形和电加工也有很多创新，甚至将激光与超声波加工等先进工艺方式也包涵进来了。
就金切机床而言，自上世纪90年代奥地利WFL公司发明车铣复合加工中心以来，该技术红火得不可收拾。
日本马扎克（MAZAK）提出的口号是“Done in one”，即在一台机床上要完成所有的工艺加工。德国埃马克（EMAG）公司首创的倒立加工中心，将轻型回转体零件一下子就可完成铣、车、镗、铰乃至滚、磨等多工序复合加工。德国RODERS公司将高速铣削与激光堆焊结合在一起，以完成模具的修复工作。在中国，北一机、渖阳机床、大连机床、秦川机床、青海机床等制造企业，也都根据零件的工艺要求，先後开发出铣车、车铣、车磨、铣磨等不同品种的复合加工机床。
在机床业界，如何完成六面体零件的全自动加工，一直是一个备受关注的课题。
然而在当前条件下，由於装夹平面的限制，夹紧至少需两次。随着工业机器人的出现，我们可以通过机械手，将尚未完成全部加工的中型零件提起来、翻个身之後继续加工，或是将其安置在另一台机床上加工。但是，铣车复合加工中心的诞生，已经使得轻型类棒材零件的自动六面加工成为可能。
众所周知，产品的多品种、少批量以及零部件的日趋复杂，使得高效加工高精度零部件成为机床业界的重要主攻方向，复合加工机床也因其能通过两次装夹实现在一台机床上完成从毛坯至成品的全部加工，而倍受青睐。
具体而言，复合加工这种多工序加工工艺的优点在於，能省去多次装夹的定位时间及辅助时间，也大幅减少了因多次定位所造成的误差积累，从而使工件可达到更高的精度要求；同时，由於复合加工机床可替代多台传统机床，这不仅能减少在车间的占地面积，也省却了中间仓库和半成品堆放场地，使得管理工作量大大降低，故而既减少了投资，又降低了成本。
棒材零件多工序自动加工
瑞士威力铭-马科黛尔(Wellemin-Macodel)公司专业生产多轴联动加工中心，其推出的W508MT铣车复合加工中心，是棒材零件多工序自动加工的一个范例。这是一台斜楔式床身型车铣复合加工中心，图1为其结构图。
为了更清楚地说明其运动方式，我们还是先回顾一下《ISO 841:2001》中，国际上对数控机床坐标轴运动方向的命名。在直角坐标体系内，任何一台数控机床，无论是车、铣、磨、钻等，其主轴轴线规定命名为Z，而其余两个直线轴方向就是X和Y。那麽围绕这X、Y、Z转动的三个回转轴，就称为A、B、C。而在平行於X、Y、Z三个直线轴的方向上运动的其他直线轴，则称之为U、V、W。
图1 W508MT的结构图 |
由图1可知，这是台立柱能沿Y向前後运动的动柱式立加，同时铣头可作-15°~+100°的B轴摆动，整个立柱与下方滑台作纵向X运动，由右端红色伺服电机驱动；左端是车削的正主轴，棒料通过主轴通孔由液压棒料输送装置送到指定位置，夹紧後对零件前端进行五面铣车加工，加工完成後就由位於机床前方的车削背主轴装置完成第六面加工（图2）。
这个背主轴装置是威力铭-马科黛尔公司的专利发明，也是六面加工的关键部件。它是一个可绕Y轴回转的三工位多功能塔座，2/a显示出塔座全貌，其中间是车削副主轴，也称背主轴，左边是自动定心虎钳，右边是车削尾架。2/b则是背主轴接正主轴传来的棒料後将其夹紧，随後两个车主轴同步回转，由割刀将其切断，继而对背主轴所夹工件的端部进行第六面加工。那麽，若遇到正主轴所装夹的棒料已作端面加工，并且呈方形或扁状怎麽办？这时，就需要用液压自定心虎钳对此工件夹紧并作第六面加工。
图2 背主轴塔座 |
2/c就是虎钳转工位後，用卡爪将零件夹紧，然後铣头用铣刀将零件切断，继而夹具再转90°，使夹紧的零件端部朝上，由铣主轴对其作第六面加工。加工完成後卡爪就将零件松开落下，或者由机械手接住送到料仓。
2/d是当加工细长轴零件时，尾架转到与正主轴相对位置，由顶尖顶入进工件右端中心孔，以防加工时挠曲变形。这种三工位塔座使得机床工艺适应范围更广，同时也增强了加工刚性。
这个塔座还具备U轴功能，由於纵向正常工作进给由X轴完成，所以塔座的定位、接料、退位等纵向运动就由U轴完成。这是一种快速、稳定的进给新方式，旨在提高零件的加工精度。
图3 铣螺纹装置 |
W508MT还带有一个独创的螺纹旋削加工装置（图3），凸出的锥柄部分，就安装在铣主轴的锥孔 面，将工件套入锥孔内，就像滚齿机那般加工。外螺纹刀放置於零件的非中心点，它环绕着工件高速旋转，而工件则反向低速旋转。螺旋升角由铣头B轴回转而成，螺纹切深由数控系统径向插补而成（图4）。
螺纹旋铣加工的优势在於使工件在低切削力下进行加工，从而保证了良好的表面精度。若加工长径较大的工件上的螺纹，还可配置一个导套，它甚至还能加工形状复杂的螺纹头部。螺纹刀可自动定位，形成一个与螺纹的任意倾斜角度，螺纹刀的倾斜面和每个工件的车加工进给决定了螺纹的螺距和角度。
图4 螺纹旋铣加工原理 |
一台高精度数控机床的设计总有其独到之处，该机床采用高强度的铸铁床身结构，布置加强筋间隔，底部三点式框架均衡地支撑机床的主结构——这种构造是为了达成机床的抗振、抗热变形及静态刚性。为降低主要由金属切屑和冷却液引起的结构件热膨涨，机床还采用隔离钢板将机床的运动部件区域与加工区域分隔开来。
为预防主轴高转速时发热，该机主传动用陶瓷轴承，并加装周边环状冷却装置。在进给方面，采用超精密预紧回圈滚珠轴承和直线导轨，以确保直线轴高精度运动时整机的均匀性和刚性。
图5 W508MT的盘式刀库 |
W508MT的盘式刀库也颇具特色（图5），它不同於普通立加的斗笠式刀库，分上、下两层，能装48把刀。因电主轴转速高，故选择1:10短锥的HSK-E40刀柄。快速换刀器带有180°回转的摆动臂，它有两个刀位。在加工区域的旁边有一个闸刀门， 面有个单独的空间可以通过这个门直接进入刀库。换刀时先是把下工位的刀由换刀器抓出迅速置於主轴旁，待上工步加工结束後，就将该刀与主轴上的刀具作交换。换刀时间刀对刀具时 0.8 sec，切削至切削3sec。
精品集锦
大连机床
CHD25机床是按模块化要求设计的国内首台九轴五联动车铣复合中心，该机床整体倾斜床身布局，具有双电主轴、上下双刀架、上刀架带Y轴、B轴、带刀库，下刀架带动力刀具。各进给轴快速16~30m/min，工具动力头转速7000 r/min，刀库容量(标准)30把。适用於军工、航空、航天等行业对形状复杂、加工精度要求较高的零件加工。
CHD25车铣复合中心 |
海天精工
海天精工在CIMT 2009上展出的HTM- TC25MC数控车/车削中心，采用整体式L形铸造床身，45°倾斜导轨，通全长的下导轨和主电机座与床身一体。其进给单元采用高精度双螺母滚珠丝杠，高DN值实现其高转速，加载轴向预拉伸，提高动态刚性且抵消热伸长。导轨采用淬硬磨削矩型导轨，滑动面粘贴耐磨软带，接触刚性高。机床配有意大利DUPLOMATIC电动伺服刀架，刚性强，精度高，工作可靠。
该机床主轴采用两点支撑，前端采用NSK双列圆柱滚子轴承和高精度角接触球轴承形式，轴承内径为120mm，後端采用双列圆柱滚子轴承支撑，使主轴获得高刚性的同时，获得极高的主轴回转精度。
HTM-TC25MC数控车/车削中心 |
电机与丝杠之间用KTR无齿隙梅花形弹性联轴器，保证了二者之间的传递精度。
该机床一次装夹可实现车削、铣削、钻孔、攻丝等多工序加工，可广泛应用在汽车、摩托车、家电、通用机械、航天航空等行业。
大连光洋科技
大连光洋科技工程有限公司研制的XCWH1550-2000 11轴5联动立式铣车复合加工中心，机床主体采用优质牌号铸铁高刚性床体，控制系统采用大连光洋全数字总线开放式五轴联动专用数控控制器，能满足多轴五联动精确控制的要求。高速率数据传输以及海量内存更加方便了机床的操作使用。
XCWH1550-2000 11轴5联动立式铣车复合加工中心 |
机床配有大连光洋DDOS-15H卧式单摆头和直驱转台，可实现高速铣削、钻削和车削功能；各主要轴采用两台一体化伺服电机同步驱动，可实现对回转体的精密车削、端面钻孔、平面及曲面铣削、开槽等功能；一次装夹即可完多道工序，五轴联动性能更适合於复杂曲面加工。该机床适合用於加工中大型大直径轴类零件和复杂回转体零件。
北京工研精机
NANO-TM500超精密纳米级精度车铣复合加工机床由北京工研精机股份有限公司研制。该机床主轴为采用高精度空气轴承的整体电主轴，带有Cs轴功能，溜板采用具有纳米级运动分辨率的直线电机对称双驱动结构，回转工作台空气静压轴承支承和直接驱动结构。
NANO-TM500超精密纳米级精度车铣复合加工机床 |
机床的运动控制精度高，可以控制纳米分辨率移动的部件，实现纳米插补。其车铣复合加工功能可以实现多种不同类型工件的高精度加工。而且，该机床在设计中亦充分考虑到机床加工的工艺性和应用的方便性，并具有加工和检测一体化功能。
NANO-TM500机床可适用於光学平面、球面及非球面零件的超大型精密加工。
大连因代克斯
在4月份於北京举行的CIMT 2009展会上，大连因代克斯机床有限公司展出的产品包括1台特意从德国总部运来的原装机床—C100数控车铣复合机床。
C100数控车铣复合机床配有双主轴D42，带C-轴；3个刀架可装载42把刀，2个Y-轴，可以3把刀具同时加工，一次高效完成复杂工件的全部加工。该机床X/Z轴为平面移动单导轨（专利），加工精度高；吸震性能好，可使刀具寿命提高30%，经济性能出色；高速度：60mm/min快进速度和1g加速度；高刚性，金属切除率高，加工效率高。
C100数控车铣复合机床 |
C100的W-槽(专利)用於刀座定位，可快速更换刀具，重复定位精度高，有效节省了调整时间。同时，机床配有FANUC控制系统、棒料上料系统和机械手自动卸料系统。
C100适用於高精度、复杂、大批量零件的生产加工，主要应用於航天航空、汽车工业、医疗器械及电子元器件等领域。
江苏新瑞
江苏新瑞机床（集团）有限公司研发的LM50-5X五轴联动车铣复合加工中心，是集卧式数控车床与立式加工中心功能为一体，并具备五轴联动功能九轴控制和双主轴双刀架的高档数控机床产品。机床采用高刚性合成Y轴布局。床身左端为主主轴，右端为副主轴，前後主轴均具备C轴功能，床身上部为铣主轴，兼车内外圆功能，可沿X、Y、Z轴做直线运动和B轴的摆动回转运动。
LM50-5X五轴联动车铣复合加工中心 |
B轴还能够以5°为单位进行分度，具有旋风车铣粗加工的能力。床身下部为一个12工位动力转塔刀架，与铣主轴配合进行同一工件的多刀加工，也可同时加工两个独立的工件。铣主轴与副主轴均为电主轴，双车主轴与铣主轴协同可实现复杂零件的完全加工。五轴联动功能则可加工任意空间曲面以及各种复杂曲面和斜孔、斜面等。
该机床适用於加工航空发动机和汽轮机的叶片，船用螺旋推进器以及具有特殊曲面和复杂型腔、孔位的壳体和模具、由整体材料镂铣而成的零件等。
天瑞精工
天瑞精工机械（宁波）有限公司生产的新型VL立式加工中心是具有自动换刀装置及CNC三轴联动控制系统的现代化加工机床，可一次装夹，自动连续完成对零件的铣削、钻孔、镗孔、扩孔、铰孔及攻丝等多种工序加工，适用於中等批量生产的各种平面、孔、复杂形状表面、尤其是多孔小型箱体类零件的加工。该系列产品可有效节省工装，缩短生产周期，提高加工精度，是国防工业、拖拉机、轻工行业、汽车制造、纺织机械以及机 行业技术改造的理想加工设备之一。
新型VL立式加工中心 |
机床的X、Y、Z直线坐标均采用伺服电机与高刚性滚珠丝杠副直联驱动，丝杠支撑形式采用一端固定，另一端拉伸的结构，使机床的丝杠具有予拉伸功能，可以提高机床的传动刚度及定位精度、重复定位精度的稳定性，并使机床的热稳定性得到提高；三轴精密滚珠螺杆预拉设计，伺服马达直接驱动，无背隙产生，提供高速运动传输的效能与精确的位置控制。
整机主体采用F300高品质铸铁，并经二次时效处理，组织稳定，精度保持性好；主轴采用特制六支NSK支承轴承，最高转速8000rpm，并配有四周环状出水装置，保证优异的旋转精度和冷却效果；超大跨距的倒Y型立柱，提供卓越的刚性。机床配有全封闭防护罩，并按人类工效学设计，操作舒适宜人。该系列产品获得欧州CE标准认证及国家专利证书。
西安北村
XKNC-100GL系列小型精密CNC车床是西安北村精密机械有限公司集合多年数控机床设计经验以及尖端的科学技术研发的产品。具有低成本、省空间等特点，并以其高刚性和高精度着称，最适合进行高品质小零件的精密加工。
XKNC-100GL系列精密CNC车床 |
该款机床特别配置动力刀具和Cs轮廓控制加工功能，可实现曲线或曲面轮廓的精密加工。其丰富的柔性加工组合使“复合加工等於一次装夹”在排刀式车床上成为可能。同时，该机床搭载有自动上下料机械手及自动排料器装置，能够广泛适应自动化、生产线的生产。
华中数控
HNC-28车铣复合数控系统是华中数控系统中的高端产品，采用高可靠性工控机为硬件平台，支持高速以太网、MACRO光纤总线、高速I/O、多路A/D转换。
该系统最多可控制32轴，具有精密铣削、车削加工中心的功能和加工重叠部分的功能，可以实现大型工件的一次装夹後多表面加工，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证。
该系统目前主要广泛用於车铣复合加工中心，大型车、铣加工中心，双通道、双刀架车，双电机驱动龙门加工中心等。
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