多功能機(jī)床：未來(lái)的主導(dǎo)機(jī)床

         多功能機(jī)床，就其加工能力和構(gòu)造而言，擺脫了傳統(tǒng)的車(chē)削加工和加工中心的限制，給沉悶的機(jī)床市場(chǎng)帶來(lái)幾縷火花。多功能機(jī)床的銷(xiāo)量在所有機(jī)床的銷(xiāo)量比例增加迅速，一些人甚至認(rèn)為，多功能機(jī)床有可能成為將來(lái)的主導(dǎo)機(jī)床。
　　 多功能機(jī)床的主要優(yōu)點(diǎn)是在相同設(shè)置時(shí)，可以對(duì)機(jī)床進(jìn)行車(chē)削、銑削、鉆削及其他操作。由于使用同一夾具固定，從而消除了使用多個(gè)夾具時(shí)產(chǎn)生的公差累積問(wèn)題�？s短或消除了繁冗的加工工藝，減少了換刀次數(shù)，從而為企業(yè)增加了利潤(rùn)。　　刀具是多功能機(jī)床的一個(gè)重要因素，但相對(duì)來(lái)說(shuō)，又極易被忽視。即使它在機(jī)床的整體成本占用的比例很小，但對(duì)機(jī)床加工的影響而言，其影響比例與機(jī)床整體成本相比又不成比例。就加工整體而言，機(jī)床制造商和刀具供給商都趨向于新型刀具設(shè)計(jì)，即更好地體現(xiàn)機(jī)床獨(dú)特性的優(yōu)勢(shì)所在。
　　 Kennametal 公司的分裂技術(shù)和突破技術(shù)總監(jiān)Gregory Hyatt說(shuō)：“我個(gè)人認(rèn)為，這些多功能機(jī)床的潛力還沒(méi)有完全發(fā)揮出來(lái)，”他說(shuō)，“實(shí)際上，在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，新型刀具的設(shè)計(jì)應(yīng)更多考慮在其原來(lái)固有的操作范圍基礎(chǔ)上能否進(jìn)行擴(kuò)展，從而使用戶能更多地利用它的使用價(jià)值�！盚yatt對(duì)此有著深入的了解，他將分裂技術(shù)定義為“任何開(kāi)發(fā)的潛力都更具有生產(chǎn)性。當(dāng)用戶買(mǎi)到后，在實(shí)踐操作中，感受其帶來(lái)的重大變化而將其生產(chǎn)性體現(xiàn)出來(lái)。”他又補(bǔ)充到“我個(gè)人認(rèn)為，一個(gè)好的爭(zhēng)論能使多功能機(jī)床名副其實(shí)。”
　　 Mazak公司的產(chǎn)品應(yīng)用工程師Michael Finn說(shuō)：“刀具應(yīng)用要經(jīng)歷一個(gè)不斷完善的過(guò)程。這就要求不斷研究、開(kāi)發(fā)，如何使其應(yīng)用在多功能機(jī)床上，無(wú)論在軟件方面還是在機(jī)床和刀具方面，如何使其應(yīng)用更加完善。” Michael Finn還引證了一個(gè)齒輪銑刀的例子，該應(yīng)用要求開(kāi)發(fā)控制軟件和刀具。他說(shuō)：“這種軟件能增強(qiáng)兩個(gè)主軸的同步性。刀具是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)滾銑刀，也就是與齒輪滾銑機(jī)上所用的刀具相同，由一個(gè)心軸支撐。該滾銑刀由銑削軸驅(qū)動(dòng)，設(shè)置在轉(zhuǎn)塔刀架上，并繞B軸旋轉(zhuǎn)。我們已經(jīng)用此設(shè)置生產(chǎn)正齒輪、螺旋齒輪、外花鍵�！�
　　 齒輪滾銑刀應(yīng)用在機(jī)床上，這一點(diǎn)看來(lái)有些特殊，新型刀具已經(jīng)設(shè)計(jì)出來(lái)，目前正由刀具制造商Sandvik Coromant試制。據(jù)該公司的刀具系統(tǒng)專(zhuān)家James Grimes表示，這種刀具應(yīng)用在多功能機(jī)床上，同普通的車(chē)削和銑削加工相比，大大提高了生產(chǎn)力。James Grimes說(shuō)：“我們新型的45º刀具支架用來(lái)支撐主軸繞B軸旋轉(zhuǎn)的多功能刀具， 能保證主軸與旋轉(zhuǎn)軸成45º角，此時(shí)該刀具處于最佳加工位置。這種設(shè)計(jì)避免了卡盤(pán)與B軸產(chǎn)生干涉的可能，并可進(jìn)行擴(kuò)展操作。我們有80º金剛石車(chē)刀、55º金剛石車(chē)刀、35º金剛石車(chē)刀進(jìn)行外形加工，內(nèi)圓車(chē)刀和幾何車(chē)刀。
　　 Mori Seiki 美國(guó)公司的產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)理Gerald Owen說(shuō)：“45º刀具配置通過(guò)降低上面轉(zhuǎn)塔刀架頭的作用力，也能有效地增加B軸硬度。該刀具能重新改變切削力方向，從而使機(jī)床可承重較重載荷”。
　　 另外，Sandvik目前正在進(jìn)行的開(kāi)發(fā)試制一種稱作“迷你型轉(zhuǎn)塔刀架”。該刀具架還是用于機(jī)床B軸，該裝置與多功能車(chē)刀組成一個(gè)單元機(jī)構(gòu)，通過(guò)滾銑主軸導(dǎo)引，從而縮短換刀時(shí)間。 “一些客戶抱怨，例如，換刀時(shí)間的長(zhǎng)短主要還要看是粗加工還是精加工。”
　　 James Grimes說(shuō)，“因此，我們將三個(gè)不同的鉆刀放進(jìn)一個(gè)迷你型轉(zhuǎn)塔刀架里，用戶可以做到連續(xù)操作，例如，精車(chē)、鉆孔和車(chē)螺紋，而不用回到刀庫(kù)里去取另一把刀具。因此，只需0.2s的導(dǎo)引時(shí)間代替1.5～2s的換刀時(shí)間�！盙erald Owen說(shuō)，“迷你型轉(zhuǎn)塔刀架”也用來(lái)加工硬質(zhì)工件材料，這些材料加工時(shí)要求多面插入導(dǎo)引加工。他回憶說(shuō)：“我們有一個(gè)客戶，在他們加工1～2m長(zhǎng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)用的Inconel-718主軸時(shí)，在每個(gè)插入角落，刀具使用壽命是525 mm。但是通過(guò)使用3座試‘迷你型轉(zhuǎn)塔刀架’后，他們能進(jìn)行更快地車(chē)削，并通過(guò)‘迷你型轉(zhuǎn)塔刀架’導(dǎo)引到一個(gè)新插點(diǎn)，然后返回切削�！�
　　 用于多功能機(jī)床上的多功能刀具看起來(lái)很靈敏，Mazak公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種新刀架，這種刀架可以以不同的插入方式進(jìn)行固定操作和旋轉(zhuǎn)操作。Michael Finn解釋說(shuō)，“該Flash刀具座采用靜態(tài)插入三角形式車(chē)刀、80º金剛石車(chē)刀和55º金剛石車(chē)刀。靜態(tài)定位能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的切削——OD 和 ID的粗加工和精加工，鉸孔和螺紋切削加工。當(dāng)進(jìn)行操作時(shí)，機(jī)床確定刀具的加工方向，它同時(shí)也可用于銑削和鉆削的加工中。
　　 Gregory Hyatt認(rèn)為多功能刀具的設(shè)計(jì)要比Flash Tool刀具更加獨(dú)特，所以將來(lái)它會(huì)在加工兵器時(shí)大有作為。他說(shuō)：“將來(lái)，我們會(huì)看到多功能刀具的應(yīng)用會(huì)和其他新型刀具一樣。我們希望將一些新產(chǎn)品在6個(gè)月內(nèi)上市，機(jī)床制造商還沒(méi)有預(yù)料到這些新產(chǎn)品遠(yuǎn)不再是機(jī)床外邊的工具箱而已。因此，我們將和他們及一些CAD/CAM的供應(yīng)商一起來(lái)支持這種新型刀具的推出。在這些機(jī)床上典型應(yīng)用的人機(jī)對(duì)話操作程序更加使大家支持這種新型刀具設(shè)計(jì)”。
　　 Carboloy 公司的產(chǎn)品經(jīng)理Bob Goulding認(rèn)為超聲波的應(yīng)用作用很大，他說(shuō)：“我們有幾個(gè)刀具正在申請(qǐng)專(zhuān)利，這些刀具可以用來(lái)固定操作和旋轉(zhuǎn)操作，從而我們看到使用這些刀具的機(jī)床發(fā)展前景，客戶要求彈性加工，這就要從刀具和機(jī)床本身兩方面來(lái)決定”。
　　 Mori Seiki 美國(guó)公司的Gerald Owen指出，用戶也想采用現(xiàn)有的刀具能滿足多功能機(jī)床的要求并能縮短換刀時(shí)間。他說(shuō)，許多使用組合式機(jī)床的公司通過(guò)使用鏜孔鉆頭來(lái)完成兩個(gè)插入——兩個(gè)80º菱形或兩個(gè)三角形，如這些刀具旋轉(zhuǎn)可與主軸旋轉(zhuǎn)反向。其他刀具則設(shè)置在使用同一卡盤(pán)頭的鏜削之前或之后。在多功能機(jī)床上，如果有效地利用刀具則可以減少換刀時(shí)間。對(duì)其他種類(lèi)加工而言，無(wú)論采用新刀具還是采用新技術(shù)，都可以應(yīng)用到這些機(jī)床上。
　　 多功能機(jī)床上使用的車(chē)刀發(fā)展很特殊并引起了廣泛的注意。Sandvik公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種四切屑槽碳素合金端銑刀，用來(lái)提高加工工件表面的加工精度，在OD銑削加工應(yīng)用時(shí)，機(jī)床以C軸旋轉(zhuǎn)可以減少刀具壓力。James Grimes說(shuō)：“我們使用這種四切屑槽碳素合金端銑刀的其中兩個(gè)切屑槽形成很微小的1.5º夾角�！彼�解釋說(shuō)，“另外兩切屑槽可以進(jìn)行無(wú)中心定位切削，然后從切削邊緣返回一些。因此只有兩切屑槽有面接觸，而且只是在兩切屑槽側(cè)面有接觸。這兩個(gè)鋒利的切屑槽就像兩個(gè)鋒利的滑片，提高了加工表面精度，另外兩切屑槽的底部不接觸，從而緩解了刀具壓力，因此對(duì)于一個(gè)四切屑槽切削刀，只有兩個(gè)切屑槽真正參與了面接觸�！�
　　 Mazak公司的Michael Finn說(shuō)，“這些5軸機(jī)床，他們能以不同的方式定位刀具，也就意味著能以更多方式進(jìn)行加工。”另外一個(gè)關(guān)于機(jī)床功能擴(kuò)展的例子是被Michael Finn稱作轉(zhuǎn)向端銑的機(jī)床。他說(shuō)：“我們用一個(gè)面銑刀代替了靜態(tài)刀具來(lái)對(duì)OD的工件進(jìn)行粗加工，結(jié)果用了很長(zhǎng)時(shí)間，并且切屑呈帶狀�！彼�解釋說(shuō)，“工件是先以一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，然后端銑主軸以相反的方向旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)式銑刀震裂了原本堆積在周?chē)�的切屑”。Mazak公司也開(kāi)發(fā)了一種拋光操作，其利用了主軸的反向運(yùn)動(dòng)原理，各種拋光輪通過(guò)一個(gè)電力應(yīng)用的4140鋼件的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)操作。