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复合加工机床的新潮流
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    为能在激烈的市场竞争中取胜,提高机床附加价值功能的集成化正在发展。代表这一趋势的就是以一台机床进行复合加工和不同方式的加工、作为可达到多品种、小批量生产、不同品种不同产量的生产时代的王牌而显露头角的复合加工机床。原来的加工中心和数控车床的一半以上将被复合加工机床替代,预计可达到能同全部加工中心匹敌的生产、销售规模。

  变化中的复合加工机床的概念

  现今的制造业、特别是在机械加工现场,有如下几个特点。①多品种、小批量生产②缩短交货期③降低成本④伴随轻型化、性能复合化增加了复杂形状的产品⑤缺少熟练操作人员和技术优秀人员。为适应这种现状,在激烈的市场竞争中取胜,作为“王牌”的复合加工机床闪亮登场了。

  一台拥有为加工复杂形状的工件而进行数道工序、不同方式的加工性能的机械称之为复合加工机床。为达到同样目的,也有将控制坐标多轴化、扩大加工功能、多机能化的使用方法。总之是用工序集成的方法提高生产效率,提高机床的附加价值。于是,这里就把前者的在一台机械内实现不同品种加工的机床和后者的多坐标控制机床两者通称为复合加工机床。

  复合加工机床具有的功能是随着时代的变化而变化的。过去曾有将加工中心称为复合加工机床的时期,但因工具交换加工的品种受到限制,而且也走不出切削加工的领域,现在已经不再将一般的加工中心
称之为复合加工机床了。同样,现在的复合加工机床不再被称为复合加工机床的时代也可能不远了。

  复合加工机床的开发、生产在不断得到推进,特别是最近具有将车削功能和回转切削功能合并起来的机床的销售台数迅速增加,今后可望达到与加工中心相匹敌的生产和销售规模。

  当初,日本的复合加工机床是以车床为基础,加上铣加工功能并予以强化的。这是因为几乎所有车床加工的工件都要进行二次铣加工和孔加工。当初开发复合加工机床就是以合成这些加工工序为目的。

  但是最近的复合加工机床从原来的以车削加工为主,变成以铣加工为主体,代替加工中心使用的情况多了起来。

  七十年代末开始出现

    复合加工机床出现在日本市场的时间是迎来数控机床生产鼎盛期的1970年代末期到1980年代初期。

    日立精机公司于1979年公开的复合数控车床5LC具有铣加工用的主轴和Y轴、ATC(自动工具交换装置)、车床主轴的分度功能等,是构筑了复合加工机床风格的先进产品。

    在同一时期,山崎马扎克公司发表了称之为当前复合加工机床基础的带铣加工功能的CNC车床。该公
司于1983年开始销售成为现在的复合加工机床原型的带ATC(自动工具交换装置)装置的CNC复合车床slant turn 40ATC milcenter。

    在欧洲,1995年EMAG公司开发出了顶部主轴型式的立式车床(也称为倒立式车床)。这是可将工件装到主轴上、将送料装置、测量功能统合起来操作的复合加工机床,具有良好的排屑功能,作为符合干式切削结构的“响应环保要求的机床”而引人瞩目。最近其加工范围进一步扩展,可加工较重的工件。

    此外,现在也开发出可进行粗加工到复杂形状加工的车削加工中心。

  复合加工机床的种类

  1.以车削加工为主体

    以车削加工为主体的复合加工机床是车削中心。车削中心以车加工为起点,在刀架上配置车床用工具和可进行铣加工的回转工具,可以对圆筒形工件和棒形工件施行沟槽加工以及平面加工。最近,又出现双主轴头方式,通过交替方法可以不用卸下工件将另一端进行加工。
 
  当前车削加工零部件的70%需要进行两道工序以上的加工,作为将这些零部件高效、高品质加工,在车削加工的同时、同位置的加工技术有以下三点。

  (a)内、外加工集成化:一次(表面)及第二次(内面)加工的各项功能输入于机床内的一次/二次加工机床。
  (b)加工复合化:车削加工加上铣加工、磨削加工等各项功能均具备于机床内的工序集成加工机床。
  (c)智能化:将储藏、搬运、加工在机床内存化,可以进行工件识别、对工件控制把握、适应控制、信息网络化等,是采用了最新监测技术的单元加工机床。

  加工中心多坐标化

  (a)五坐标控制:在X、Y、Z三个坐标控制的基础上,为能变化工具的方向、在进给轴周边的特定角度设定回转位置开发出的产品是五坐标加工机床。

  五坐标加工机床有如下两种使用方法(1)回转控制轴使用分度,加工件倾斜地对象刀具,在这种状态下进行三坐标控制的加工。(2)将所有的控制轴同时使用、连续动作,这叫做五轴联动,可对叶轮等呈突出形状的曲面形状工件进行加工。
  
  五坐标联动加工机床的特点有很多:A、可以避开切削速度为零的条件B、可缩短刀具长度C:可加工不重新装卸就不能进行加工的呈突出形状的工件。现在,飞机行业、金属模具行业等对这种设备的需求正在增加。

  (b)六坐标控制

    铣系列加工机床因采用多轴控制,不仅可进行复杂形状的加工,还可以进行复合加工。例如有棱角的形状或四角形的孔等,过去因不改变工序就不能再加工,一般都是换于放电加工机床上再处理的。现在用凿子样的刀具代替了回转刀具,在采用六坐标控制的同时进行摇动切削加工,这就使得一台设备可以完成工件的加工,精度和效率也得到了提高。
   
  使用非回转式刀具,就必须控制主轴周围的回转位置,这就需要采用六坐标控制。在提高效率方面,因六坐标控制加工使用了非回转刀具,切削速度和进给速度达到了一致,这就解决了不能以提高主轴转速进行高速加工、回转刀具不能作到的形状和部位的加工问题。也使不用改变工序、一次装卡完成全部切削加工成为可能。

  (c)磨削加工主体

  对于磨床的多轴化,过去在无心磨床等产品方面的作业工序上如何实现自动化而下的功夫比较多。正在开发的还有以一台机床完成内圆、外圆、端面磨削的产品。随着数控装置的高速化,磨床的复合化功能也在推进。如欧洲厂家正在普通的万能磨床上设法加上螺纹磨削和花键磨削功能,即在搞磨削复合加工机床的开发。

  不同形式加工的复合化

  作为根据不同原理进行各种加工的复合加工,还有把切削加工和精加工的磨削、研磨加工组合到一起、为能在加工后进行热处理及结合、切断等,配置上激光功能、及可同时进行加工和组装的产品等。

  正在开发的产品还有,把车削功能和铣加工功能及至齿轮加工功能都整合到一起的、独自的复合加工机;作为与激光的复合化,把车削加工功能和激光淬火功能统合在一起的复合车床。欧洲还在开发的新品种有,把机械方面的铣加工功能和用激光的三次元加工功能统合起来的复合加工机床。

  带来各种好处

  用复合加工机床进行零部件生产的最大特征是,把需要几台不同机床的加工统合到一起,以一台复合加工机可将工序较容易地集成起来。并带来如下好处:

  ①提高生产效率:复合加工机床可以通过一次性工具装卡,完成过去需要几台不同的机床所搞的加工,这样加工的整个工时和加工时间都会得到减少。过去就有通过集成工序达到合理化的想法。如左右都配置主轴的、以相对面的两个主轴连续进行第一道和第二道工序加工就是一例。当然批量生产各方面效果会更好,对于多品种、少批量生产来说,复合加工机床还是有利的。

  ②减少程序:因作到了以一台设备完成加工不再需要从一个工序到另一工序的转换,也省略了6次转换时对工件的装卡、拆卸。

  ③保持高精度:由于无需将工件再次装卡,不必在意定位问题,使精度容易得到保持。

  ④节省能源、降低成本:与需要购买几台不同的设备进行加工相比,一台复合机是很合适的。与开动几台设备相比,能源也得到节省,因减少了电力的使用而使运行成本得以降低。

  ⑤节省空间:不再需要有专机功能的数台加设备,可因此而节省现场空间--等等。

  解决各种问题

  复合加工机床的结构更加复杂起来。由于不断增加的功能和加工内容使得加工、震动及至发热等情况各有不同,这就要求机械结构的设计能够跟得上各自不同的情况。而且复合加工机床需要在保持能够发挥其性能的同时,在结构和价格方面达到较易被接受的水平。这样,才可使复合加工的运用技术充分发挥出来。
   
  此外,围绕着复合加工机床的“课题”,大致分为以下几个方面。
   
  ①市场狭小化:过去需要两台或三台设备完成的一系列加工,现在仅一台设备就可以完成,这对于机床生产厂家来说即使这一台的价格是原来设备的1.5倍,仍然免不掉市场将会狭小化的担心。当然,由于复合加工机床的出现,过去一些做不到的加工领域现在也能够深入,也因此得到了新的市场。
   
  ②随着机床的复杂化以及特殊附件的多样化,维修保养就繁杂起来:随着机械结构日趋复杂,维护保养和发生故障时的对应措施也繁杂起来。维修保养的部件和过去通用型设备相比有根本的不同,如是海外销售维修就更加麻烦。因此而出现了要求确立新的售后服务体制的呼声。
   
  ③编程复杂化:需要避开刀具和工件的干扰、实现高精度控制及要作复杂的控制处理等,势必使得编程复杂、庞大起来,这就需要在高速化的演算处理和作业顺序简单化方面下功夫。还有,如此高性能的机床,也由于是智能化的,要能够让操作人员使用操作方便。
   
  ④加强服务和维护保养:这一点和②是相关联的,今后将会更加要求降低成本、提高效率,设备24小时连续运转等也将会增加。这样,24小时的不间断服务和远距离诊断就会成为常识,会需要迅速、准确的维修服务。

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