數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的發(fā)展

        加工質(zhì)量好、效率高、成本低歷來(lái)是機(jī)床用戶對(duì)機(jī)床產(chǎn)品的基本要求，同時(shí)也是機(jī)床產(chǎn)品研發(fā)的主要目標(biāo)和方向。為了在日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求得生存并發(fā)展，機(jī)床的設(shè)計(jì)與制造者們一直在為此作出不懈的努力。

         機(jī)床的加工質(zhì)量（含尺寸、形位精度及表面質(zhì)量）問(wèn)題，主要取決于機(jī)床設(shè)備（含工具和夾具）的結(jié)構(gòu)剛度，幾何精度，運(yùn)動(dòng)精度和定位精度，當(dāng)然還有環(huán)境條件（如溫度、振動(dòng)等）的控制與保證。因此，它需要通過(guò)研發(fā)精密、高精密乃至超精密的加工技術(shù)和機(jī)床來(lái)解決。

        生產(chǎn)效率主要是由零件從毛坯到成品的制作周期來(lái)衡量。零件的制作周期包含直接用于改變零件材料的性（能）、（形）狀（如切削成形，熱處理等）所需的時(shí)間和非加工（即不改變零件性狀的）時(shí)間（如零件生產(chǎn)過(guò)程中所需的等待、傳送、檢測(cè)、裝調(diào)、夾緊等的時(shí)間）兩大部分組成。為了減少切削加工時(shí)間，首先需要提高切削速度和進(jìn)給速度。為此，人們研發(fā)了高速切削技術(shù)與機(jī)床，而為了縮短非加工時(shí)間，人們則要研發(fā)更多的技術(shù)措施和裝備，包括機(jī)械自動(dòng)化、數(shù)控柔性化的機(jī)床與生產(chǎn)線（制造系統(tǒng)）和現(xiàn)在正處于蓬勃發(fā)展的數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床等。

        加工成本包括直接成本（如材耗、能耗、工人工資等）和間接成本（含廠房、設(shè)備的折舊費(fèi)，安全環(huán)保費(fèi)和管理費(fèi)等）。為了降低成本，這里牽涉的問(wèn)題就很多了，既有技術(shù)方面的問(wèn)題，也有組織管理方面的問(wèn)題，所以需要進(jìn)行更為綜合的研究來(lái)解決。

       本文不擬，也不可能討論上述所有的問(wèn)題，只想就數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的發(fā)展作些簡(jiǎn)要的介紹并談點(diǎn)筆者的看法。

組合加工機(jī)床的出現(xiàn)和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的興起 

        一般情況下，一個(gè)機(jī)械零件的生產(chǎn)，從毛坯到成品，中間都要經(jīng)過(guò)采用某些（一種或多種）加工藝方法（如沖壓、焊接、切削、磨削、特種加工或車、銑、鉆、鏜、齒形加工等）的多工序（如車削中的車外圓、車端面、車槽、車內(nèi)圓、車螺紋、車錐面等）加工過(guò)程。由于不同的工藝方法有著不同的加工原理和特點(diǎn)，不同的加工工序有著不同的加工目的和要求，因此它們各自用著不同的加工設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，故在傳統(tǒng)的制造中，一個(gè)零件的制造往往就需要有多種、多臺(tái)不同的的加工設(shè)備來(lái)完成。這不僅增加了設(shè)備的臺(tái)數(shù)和生產(chǎn)廠房的占地面積，從而增加了企業(yè)的投入，而且由于生產(chǎn)過(guò)程中工件需在工藝和工序設(shè)備間等待、轉(zhuǎn)移、檢查和重新定位裝夾等，既影響加工精度，也增加了不少非加工時(shí)間。有專家分析，這部分非加工時(shí)間將占到零件生產(chǎn)總周期的70%～95%左右，從而大大地制約了生產(chǎn)效率的提高。

       為了提高生產(chǎn)效率，減少非加工時(shí)間，人們?cè)缇陀辛吮M可能多地把一些加工原理和要求相近或相似的加工工序，乃至不同的工藝過(guò)程集中到一臺(tái)或少數(shù)幾臺(tái)設(shè)備上來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種一次裝夾后對(duì)零件進(jìn)行復(fù)合加工的想法，在機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的組合加工機(jī)床和多刀半自動(dòng)六角（轉(zhuǎn)塔）車床等，就是其最初的體現(xiàn)。因?yàn)榻M合機(jī)床是以一些通用部件（如動(dòng)力頭、滑臺(tái)、底座立柱、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等）為基礎(chǔ)，配以根據(jù)具體零件的加工要求（含零件的形狀、尺寸、加工部位、加工工序和精度等）專門設(shè)計(jì)的夾具，多軸箱和部分刀具集裝而成，它可以對(duì)某一特定加工件，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、箱蓋或變速箱體等，實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成全部或大部分加工工序，包括銑平面、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻螺紋等；而多刀半自動(dòng)轉(zhuǎn)塔車床，根據(jù)被加工工件的工序要求，在其轉(zhuǎn)塔刀架上裝上所需的切削刀具后，也即可實(shí)現(xiàn)一次裝夾對(duì)某一特定的軸或盤、套件進(jìn)行全部或大部分工序的加工，如車削內(nèi)、外圓柱面、端面、溝槽、倒角、加工內(nèi)外螺紋等。因此，組合機(jī)床和多刀半自動(dòng)轉(zhuǎn)塔車床都體現(xiàn)了集中工序進(jìn)行復(fù)合加工的理念，大大地減少了非加工時(shí)間，從而顯著地提高了生產(chǎn)率。但是，這些機(jī)床均屬于剛性自動(dòng)化范疇，當(dāng)加工對(duì)象變換時(shí)，設(shè)備也必須更換或重新調(diào)整配置，所需的時(shí)間和資金投入都較大，因此只宜用于單一品種零件的中、大批量生產(chǎn)，而不適合用于多品種零件的單件和小批量生產(chǎn)。

       隨著數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)和數(shù)控技術(shù)（含數(shù)控伺服系統(tǒng)，功能部件及編程、軟件等）的日益發(fā)展與性能的提高，大大增強(qiáng)了數(shù)控機(jī)床的柔性自動(dòng)化能力，加上機(jī)電產(chǎn)品個(gè)性化的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)多品種小批量生產(chǎn)的需求日益增多，從而為數(shù)控機(jī)床加工復(fù)合化的發(fā)展提供了廣闊的天地。事實(shí)上，早在數(shù)控機(jī)床問(wèn)世后不久，1958年第一臺(tái)鏜銑類加工中心的出現(xiàn)，復(fù)合加工就已成為數(shù)控機(jī)床的重要技術(shù)發(fā)展方向之一了，時(shí)至今日，已經(jīng)出現(xiàn)了許多種類的數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床，以適應(yīng)當(dāng)今市場(chǎng)對(duì)多品種小批量零件進(jìn)行高效低成本生產(chǎn)的需求。

數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的門類及其代表性產(chǎn)品

        數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床是以現(xiàn)代柔性自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，以組合機(jī)床和多刀半自動(dòng)轉(zhuǎn)塔機(jī)床的“集中工序、一次裝夾實(shí)現(xiàn)多工序復(fù)合加工”的理念為指導(dǎo)發(fā)展起來(lái)的新一類數(shù)控機(jī)床。當(dāng)工件在其上一次裝夾后，通過(guò)對(duì)加工所需工具（切削刀具或模具）的自動(dòng)更換，便能自動(dòng)地按數(shù)控程序依次進(jìn)行同一工藝方法中的多個(gè)工序或不同工藝方法中的多種工序的加工，從而減少非加工時(shí)間，縮短加工周期，達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。因此，數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床從其加工的復(fù)合性來(lái)分，可分為工序復(fù)合型和工藝復(fù)合型兩大類。前者如一般的鏜銑加工中心、車削中心、磨削中心等，在一臺(tái)機(jī)床上只能完成同一工藝方法的多個(gè)工序加工；而后者則如車－銑復(fù)合中心、車－磨復(fù)合中心、車削－激光加工中心等，在一臺(tái)機(jī)床上不僅可以完成同一工藝方法的多個(gè)工序，而且可以完成多種不同工藝方法的多個(gè)工序。如車－銑復(fù)合中心，既可完成車削的多種工序，又能完成銑、鉆、鏜、攻絲等工藝的多種工序，好似把一臺(tái)數(shù)控車床和一臺(tái)中小型加工中心復(fù)合在一起。

       如果從數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的加工對(duì)象、機(jī)床結(jié)構(gòu)的配置方式和功能特點(diǎn)等特徵來(lái)分，數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的門類就很多了。比如按加工對(duì)象分，就有面向回轉(zhuǎn)體件加工的、棱柱體件加工的和復(fù)雜形體件（由回轉(zhuǎn)體和棱柱體面組合）加工的。這里不擬就門類詳加討論，下面僅對(duì)一些常見常用和具有代表性的幾種數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床作簡(jiǎn)要介紹。

1. 鏜銑加工中心：以普通數(shù)控銑、鏜床為基礎(chǔ)，配以相應(yīng)的刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置等功能部件及控制系統(tǒng)發(fā)展而成，如一般3軸聯(lián)動(dòng)控制的立式、臥式和龍門式鏜銑型加工中心，圖1是美國(guó)哈斯公司生產(chǎn)的立式加工中心，它以加工棱柱體零件（含箱體、殼體和板塊件等）為主要對(duì)象，工件在其上一次裝夾后，通過(guò)機(jī)械手按加工程序從刀庫(kù)上選取并更換主軸上的刀具，便可對(duì)工件的水平面進(jìn)行1-3維銑削加工，如銑平面、銑輪廓、銑型腔曲面，以及鉆孔、鏜孔、攻絲等加工工序。這是最常見常用、也是最普通的棱柱體加工用的數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床，但這種機(jī)床的工藝能力有限，如工件的一次裝夾只能在垂直于主軸的一個(gè)面內(nèi)進(jìn)行加工，對(duì)箱體件上垂直于此面的其他平面則不能加工，更不能對(duì)工件上處于任意空間位置的平面進(jìn)行加工。與此類似，3軸聯(lián)動(dòng)的臥式加工中心雖然可以通過(guò)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)位加工箱體件的4個(gè)側(cè)面，但卻不能加工箱體件的頂面。

圖1 美國(guó)哈斯公司生產(chǎn)的立式加工中心

2. 五面加工和五軸聯(lián)動(dòng)加工中心：為了克服普通鏜銑加工中心存在的上述工藝局限性，人們?cè)谝云胀ㄧM銑加工中心為基礎(chǔ)，將原來(lái)固定指向的主軸頭換成可以立、臥自動(dòng)轉(zhuǎn)換的主軸頭和采用可回轉(zhuǎn)分度的工作臺(tái)，這樣的機(jī)床就可以在工件一次裝夾的條件下，獲得5面（如箱體類工件）甚至更多面的加工能力，成為5面乃至多面加工中心。如果將普通鏜銑加工中心的主軸換成具有數(shù)控單擺（A或B軸）或雙擺（C和A或B軸）功能的電主軸，或在工作臺(tái)上配上具有C軸或C和B軸轉(zhuǎn)動(dòng)功能的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，當(dāng)然還有相應(yīng)的5軸聯(lián)動(dòng)控制的數(shù)控系統(tǒng)，則機(jī)床就發(fā)展成為五軸聯(lián)動(dòng)的加工中心。圖2為米克朗公司生產(chǎn)的5軸聯(lián)動(dòng)立式加工中心。其三個(gè)直線軸分配在主軸頭和工作臺(tái)上，兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸則由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來(lái)完成。

圖2 米克朗公司的五軸聯(lián)動(dòng)立式加工中心

5面或多面加工中心與普通加工中心的功能區(qū)別主要在于：它不僅能在直垂于主軸的平面內(nèi)完成普通加工中心所能完成的全部加工工序，還能在與該平面相互垂直的其他平面（除工件的裝夾面外）內(nèi)完成同樣的加工任務(wù)。而5軸聯(lián)動(dòng)加工中心則既具有多面加工中心的全部加工功能和能力，還具有對(duì)工件上任意空間位置的表面（平面、斜面或曲面等）進(jìn)行銑、鏜、鉆的加工的能力。所以它的工藝范圍更廣，能力更強(qiáng)。

.        車削中心：通常是以普通數(shù)控車床為基礎(chǔ)，配以一個(gè)或多個(gè)具有多刀位的轉(zhuǎn)塔刀架發(fā)展而成，加工對(duì)象主要是軸類和盤套類等回轉(zhuǎn)體零件。由于回轉(zhuǎn)體件中約有一半左右的零件，除主要需車削加工外，還需部分的銑削、鉆削和攻絲等加工，因此為了在一臺(tái)車床上一次裝夾便可對(duì)回轉(zhuǎn)體件進(jìn)行全部或大部分的加工，車削中心的轉(zhuǎn)塔刀架上，除了裝有車削刀具外，還能裝上銑刀、鉆頭和絲錐等旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力刀具，而且機(jī)床主軸具有數(shù)控精確分度的C軸功能和C與Z軸或和C與X軸聯(lián)動(dòng)的功能。這樣一臺(tái)車削中心不僅可以像普通數(shù)控車床那樣能對(duì)回轉(zhuǎn)體件的內(nèi)外表面（含圓柱面、錐面、曲面等）、端面進(jìn)行車削加工，還可以利用C-Z軸聯(lián)動(dòng)功能車螺紋，利用C軸分度功能和刀架的X或Y軸控制以及其上的動(dòng)力旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行偏離回轉(zhuǎn)體件中心線的鉆孔和銑削，從而大大地?cái)U(kuò)展了數(shù)控車床復(fù)合加工的能力。圖3是SPINNER公司車削中心。但是，對(duì)于單主軸的車削中心而言，無(wú)論其工藝能力如何擴(kuò)大，也無(wú)法解決回轉(zhuǎn)體件一次裝夾下的背面（原裝夾端）二次加工問(wèn)題，這正是單主軸車削中心存在的不足和開發(fā)新型車削中心的原因所在。

圖3 Spinner公司的車削中心

4. 雙主軸車削中心：為了克服單主軸車削中心存在的不足，機(jī)床的設(shè)計(jì)制造者采取了在單主軸車削中心的基礎(chǔ)上，增添一個(gè)與原主軸在軸線上對(duì)置的副主軸和一個(gè)多刀位的副轉(zhuǎn)塔刀架，使機(jī)床成為雙主軸雙刀架的車削中心（圖4）。正副兩主軸同步同向旋轉(zhuǎn)并都具有C軸控制的功能，副主軸還能沿軸向Z移動(dòng)，以拾取在正主軸上完成右端加工的零件。副主軸拾取完工件退至適當(dāng)位置后即由副刀架上的刀具對(duì)其左端（原夾持端）進(jìn)行加工。正、副兩個(gè)刀架分別位于正、副主軸的上、下方，并可分別單獨(dú)編程工作，因此雙主軸、雙刀架車削中心就能對(duì)回轉(zhuǎn)體件實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成全面加工。

圖4 雙主軸車削中心

5. 車－銑復(fù)合加工中心和銑－車復(fù)合加工中心：前者多以單主軸或雙主軸的車削中心為基礎(chǔ)，將上轉(zhuǎn)塔刀架改為配有刀庫(kù)和換刀機(jī)構(gòu)的電主軸銑頭而成，如日本山崎馬扎克公司生產(chǎn)的Integrex-IVST系列和德國(guó)DMG公司生產(chǎn)的GMX Linear系列（圖5）的車銑復(fù)合加工中心等，其電主軸銑頭既可沿X1、Z1軸移動(dòng)，還有Y軸行程和B軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。后者——銑、車復(fù)合加工中心則多以五面或五軸聯(lián)動(dòng)的銑鏜加工中心為基礎(chǔ)，并將旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)換成轉(zhuǎn)速比普通轉(zhuǎn)臺(tái)高得多的力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)展而成。無(wú)論是前者還是后者，兩者均同時(shí)具有數(shù)控車床和加工中心的功能，都是為了滿足既具有回轉(zhuǎn)體件特徵，又具有棱柱體件特徵的復(fù)雜形狀零件的加工需要而發(fā)展起來(lái)的。但值得一提的是：在銑－車復(fù)合加工中心上執(zhí)行車削任務(wù)時(shí)，力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)將作為車床的工件主軸用，而原來(lái)作為銑削加工中心的銑頭主軸，現(xiàn)在則必須鎖住并裝上車刀作為車床的刀架用。由于多軸控制、五軸聯(lián)動(dòng)的車－銑中心和銑－車中心既能完成各種車削工序，又能完成各種鉆、銑、鏜、攻絲等工序；不僅可分別加工回轉(zhuǎn)體件和棱柱體件，而且都特別適合加工形狀很復(fù)雜的混合體件，其工藝范圍之廣和能力之強(qiáng)，可謂是當(dāng)今切削復(fù)合加工機(jī)床的佼佼者。

圖5 DMG公司的Linear系列車銑中心

6. 磨削中心：一般是以數(shù)控外圓磨床為基礎(chǔ)發(fā)展而成。為此通常采用了兩項(xiàng)主要的技術(shù)措施；（1）工件主軸改用具有C軸控制和鎖住功能的電主軸；（2）砂輪頭架采用雙滑臺(tái)和或具有B軸擺動(dòng)功能的轉(zhuǎn)塔式砂輪頭架，以安裝2個(gè)以上的砂輪（如適于外圓和內(nèi)圓磨削用的，適于端面磨削和成形磨削用的等），以滿足不同磨削工序的需要。由于數(shù)控外圓磨床一般都有控制工作臺(tái)左右移動(dòng)的Z軸和砂輪頭架前后移動(dòng)的X軸功能，這樣回轉(zhuǎn)體件在機(jī)床上一次裝夾后，便不僅可以磨削外圓、內(nèi)圓、臺(tái)肩端面等，還可以利用工件軸的C軸控制功能在工件的外表面上磨削平面和多棱面；通過(guò)X軸和C軸的聯(lián)動(dòng)控制磨削各種圓形表面和非圓形表面；通過(guò)C軸和Z軸的聯(lián)動(dòng)控制磨削螺紋；利用砂輪頭架的B軸擺動(dòng)磨削各種不同錐度的圓錐面等。圖6就是STUDER公司在以數(shù)控外圓磨床為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的磨削中心。

圖6 STUDER生產(chǎn)的磨削中心

7. 車－磨復(fù)合加工機(jī)床：一般是在現(xiàn)代數(shù)控車床應(yīng)用的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)某些經(jīng)淬硬的回轉(zhuǎn)體零件，如主軸、傳動(dòng)齒輪和軸承環(huán)等盤套類零件的加工要求而發(fā)展起來(lái)的。為此通常在數(shù)控車床上配備了高速CBN砂輪磨削單元和相應(yīng)的磨削測(cè)量與控制系統(tǒng)，如EMO 2005上Schaudt公司展出KAIROS車－磨復(fù)合加工中心（圖7.a）和EMAG公司展出的倒置式車－磨復(fù)合加工中心（圖7.b）就是例子。標(biāo)準(zhǔn)型的KAIROS機(jī)床一般配置2~3個(gè)滑臺(tái)，分別用來(lái)安裝高速磨削主軸頭和車、銑刀具的轉(zhuǎn)塔刀架。砂輪直徑Φ400mm，轉(zhuǎn)塔刀架有8個(gè)刀位，機(jī)床可用于車削和磨削長(zhǎng)達(dá)1000mm的軸類零件。EMAG倒置式車－磨復(fù)合加工機(jī)床的主軸（帶工件）頭架在上方，作X和Z軸運(yùn)動(dòng)，主軸端的下方配有可安裝車刀和砂輪主軸的轉(zhuǎn)塔刀架，它們只作分度旋轉(zhuǎn)而不作移動(dòng)，機(jī)床既能像普通數(shù)控車床一樣完成車削加工工序，也能像普通數(shù)控外圓磨床一樣完成磨削加工工序。主要用于淬硬的盤、套類零件加工。

a) Schaudt的KAIROS車磨中心 b) EMAG的倒置式車磨中心

圖7 車—磨復(fù)合加工機(jī)床

除了上述門類和結(jié)構(gòu)型式外，數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床還有許許多多的其他門類和結(jié)構(gòu)配置型式，在此就不一一介紹了。

數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)與方向

       從近年國(guó)內(nèi)、外舉辦的國(guó)際性機(jī)床產(chǎn)品展覽會(huì)上所展出的數(shù)控機(jī)床新產(chǎn)品和有關(guān)的評(píng)論分析資料來(lái)看，數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的主要技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和方向，較集中的表現(xiàn)如下：

1. 繼續(xù)擴(kuò)大單臺(tái)數(shù)控機(jī)床的復(fù)合加工能力。通過(guò)對(duì)工藝過(guò)程和工序的優(yōu)化（如合并、簡(jiǎn)化加工過(guò)程）、刀具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)（如采用組合刀具、專門刀具等）減少工藝、工序及所需工具的數(shù)量；通過(guò)機(jī)床結(jié)構(gòu)和配置的創(chuàng)新（如多軸控制的主軸頭、多刀位的轉(zhuǎn)塔式刀架和砂輪頭架等），增加機(jī)床的靈活度、刀具的儲(chǔ)備量和自動(dòng)提供（更換）刀具的能力，從而提高機(jī)床復(fù)合加工的能力，使有更多的零件、更多的工藝的和工序都能在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后來(lái)加工完成。例如現(xiàn)在不僅有了各種單一工藝的多工序復(fù)合加工機(jī)床，如車削中心、銑削中心、磨削中心、沖壓加工中心等，而且還有了車－銑復(fù)合、車－磨復(fù)合、車削－制齒復(fù)合乃至切削加工和激光加工復(fù)合、沖壓和鉆孔復(fù)合等多種工藝的多工序復(fù)合加工機(jī)床的出現(xiàn)和發(fā)展。日本MAZAK公司新近推出Integrex-Ⅲst和Integrex-Ⅳ st系列的雙主軸五聯(lián)動(dòng)的車－銑復(fù)合加工機(jī)床，除了具有車削、銑削功能外，還具有曲軸加工、滾齒、內(nèi)外圓磨削和激光淬火等加工功能。

2. 為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)率，特別是單臺(tái)復(fù)合加工機(jī)床的產(chǎn)出率，數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床在向多主軸、多刀架、多工位的方向發(fā)展。如EMO-2005上Chiron公司的新產(chǎn)品DZ15KW，DZ18W，DZ12KS等都是雙主軸的加工中心；MAKINO公司的TWINFLEX MD為雙臥主軸或雙立主軸的加工中心，并各有換刀機(jī)械手；MAZAK的Integrex 300IV和德國(guó)STAMA的MC726/MT均為兩個(gè)車削主軸和一個(gè)銑削主軸的三主軸車－銑復(fù)合加工機(jī)床；德國(guó)INDEX公司的V160D為雙主軸、雙轉(zhuǎn)塔刀架的倒置式數(shù)控車床，可同時(shí)加工兩個(gè)相同的零件；日本NAKAMURA-TOME公司的Super NTY3為雙主軸，三轉(zhuǎn)塔刀架的車－銑加工中心，德國(guó)TRAUB公司的TNX80/65為雙主軸四轉(zhuǎn)塔刀架的車－銑中心等。這些機(jī)床之所以采用多主軸、多刀架的結(jié)構(gòu)，除部分是出于加工工藝和工序的需要外，不少則是出于采用多主軸同時(shí)加工多個(gè)相同的零件和多刀架同時(shí)對(duì)同一零件進(jìn)行多工序加工，可以在加工時(shí)間上相互重合，從而能成倍地提高復(fù)合加工機(jī)床單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)出成果。因?yàn)檫@些多主軸、多刀架的機(jī)床實(shí)質(zhì)上是相當(dāng)于兩臺(tái)或多臺(tái)相同的數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床組合在一起，只是采用了共同的床身和由同一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制罷了。不過(guò)這樣的一臺(tái)多主軸多刀架機(jī)床的成本要比多臺(tái)獨(dú)立的單主軸機(jī)床的總成本要便宜，所以在經(jīng)濟(jì)上還是合算的。

圖8 Chiron的DZ15W雙主軸立式加工中心

3. 向大型的方向發(fā)展。因?yàn)閺?fù)合加工的主軸優(yōu)點(diǎn)之一是減少零件在多工序和多工藝加工過(guò)程中的多次重新安裝調(diào)整和夾緊的時(shí)間，由于大型零件一般多是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要求加工的部位和工序較多、安裝定位也較費(fèi)時(shí)費(fèi)事的零件，所以采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行復(fù)合加工比較有利。因此為了適應(yīng)大型重型機(jī)械行業(yè)發(fā)展大型產(chǎn)品的加工需要，數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床有向大型化發(fā)展的趨勢(shì)。如在CIMT-2005上，北京市機(jī)電院高技術(shù)有限公司展出的MC2000龍門式五面加工中心，工作臺(tái)面為1250mm×2200mm；秦川機(jī)床集團(tuán)展出VTM-180雙柱立式車－銑中心，最大車削直徑為Φ2400mm。在JIMTOF-2004上，日本大隈公司展出的五軸聯(lián)動(dòng)的動(dòng)梁龍門加工中心工作臺(tái)面為2000mm×3000mm；德國(guó)瓦德里希‧科堡公司新近推出的龍門式車銑復(fù)合加工中心，工作臺(tái)面寬度達(dá)4500mm～6500mm。今年CCMT-2006上，沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司展出的Schiess VMG 1.28龍門立式車－銑復(fù)合加工機(jī)床最大車削直徑達(dá)Φ3200mm，車削高度2500mm；SSCKZ80/4000大型車削中心的加工直徑×長(zhǎng)度＝Φ800mm×4000mm；桂林機(jī)床股份公司展出的XHZ2320/4-5軸龍門式加工中心，工作臺(tái)面為2000mm×4000mm；濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)展出的五軸定梁式鏜銑加工中心，工作臺(tái)面亦為2000mm×4000mm等。這就足以說(shuō)明數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床大型化的發(fā)展趨勢(shì)了。

4. 向結(jié)構(gòu)模塊化和功能可快速重組的方向發(fā)展。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)模塊化是數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展的基礎(chǔ)，而數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的功能可快速重組則是其能快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，并能搶占市場(chǎng)的重要條件，因此國(guó)外許多有名的機(jī)床制造廠商早已為此而努力研發(fā)。事實(shí)上，一些技術(shù)先進(jìn)的廠家（如瑞士的Mikron公司，美國(guó)的哈斯和哈梃公司，德國(guó)DMG，EMAG和TRAUB公司等）的許多產(chǎn)品都已實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)模塊化的設(shè)計(jì)了，并正在向如何實(shí)現(xiàn)功能快速重組的方面努力。

結(jié)語(yǔ)：幾點(diǎn)看法和建議

        綜上所述，由于數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床集多種工序乃至多種工藝于一身，工件一次裝夾后便可在其上完成全部或大部分加工，這不僅減少了工件的裝夾次數(shù)和許多非加工時(shí)間，提高了加工精度和效率，而且還減少了零件加工所需的設(shè)備臺(tái)數(shù)和生產(chǎn)廠房的占地面積，從而也減少了企業(yè)相關(guān)的人、財(cái)、物的投入，降低了生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此，數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床肯定是數(shù)控機(jī)床和制造技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。

       從理論上講，一臺(tái)數(shù)控機(jī)床所復(fù)合的加工工藝和工序愈多愈好，但實(shí)際上總是有限的。因?yàn)橐�受到具體所要復(fù)合的工藝和工序之間的相互關(guān)系和要求，以及實(shí)現(xiàn)復(fù)合加工在技術(shù)（含軟、硬件設(shè)計(jì)、實(shí)施）上的可能性和經(jīng)濟(jì)上的合理性等諸多因素的制約。因此，在擴(kuò)大數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的復(fù)合能力時(shí)，必須對(duì)所要復(fù)合的工藝和工序進(jìn)行深入的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的研究分析，切忌盲目地求大求全地?cái)U(kuò)大復(fù)合加工能力。

      就目前的技術(shù)水平而言，單一工藝（如車、銑、磨等）的多工序復(fù)合加工在經(jīng)濟(jì)上比較合理，技術(shù)上也較易于實(shí)現(xiàn)，而跨工藝的多工序復(fù)合加工，除車銑（或銑車）復(fù)合、車磨復(fù)合的加工技術(shù)較成熟外，其他的多工藝多工序復(fù)合，如車削、激光加工復(fù)合；銑削、電火花加工復(fù)合；制齒工藝過(guò)程的全復(fù)合等，實(shí)施起來(lái)則還有一定的難度，主要是與工藝和工序變換過(guò)程中，所需刀具（或工具）如何自動(dòng)交換和定位夾緊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題有關(guān)，尚有待于進(jìn)一步的研究與開發(fā)。

        為了加速我國(guó)數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的發(fā)展，建議首先應(yīng)全面加強(qiáng)我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，特別是高性能、高質(zhì)量的數(shù)控機(jī)床功能部件（含數(shù)控系統(tǒng)）的研發(fā)；同時(shí)大力研究和開發(fā)適用于復(fù)合加工用的工藝模塊，如帶C軸功能的快速自動(dòng)夾緊工件的車削主軸頭，具有C和B（或A）軸控制功能的快速更換與夾緊刀具的銑削主軸頭和砂輪頭架，用于非切削刀具（如磨削用的砂輪、激光加工頭、超聲波頭、各種測(cè)量頭等）的工具庫(kù)和自動(dòng)更換裝置等。因?yàn)檫@些都是發(fā)展數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的基礎(chǔ)部件。

        數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床雖說(shuō)是在不同的類型的數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，但好的數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床絕不是、也不可能是由單臺(tái)不同工序或工藝的數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)單地拼裝而成，而必須是在優(yōu)化已有的傳統(tǒng)工藝工序過(guò)程和機(jī)床結(jié)構(gòu)配置型式的基礎(chǔ)上創(chuàng)新開發(fā)出來(lái)的。所以，為了生產(chǎn)出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床產(chǎn)品，必須加強(qiáng)對(duì)新工藝、新方法、新刀具和機(jī)床新部件結(jié)構(gòu)的研發(fā)，即必須加強(qiáng)對(duì)機(jī)械制造技術(shù)的科技創(chuàng)新的投入，并有計(jì)劃、有組織地進(jìn)行基礎(chǔ)技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合的研究。只有這樣我們才有可能更好地發(fā)展我國(guó)的數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床并將我國(guó)的機(jī)械制造技術(shù)提高到一個(gè)更新更高的水平。