復(fù)合加工機(jī)床的新潮流

        為能在激烈的市場競爭中取勝，提高機(jī)床附加價(jià)值功能的集成化正在發(fā)展。代表這一趨勢的就是以一臺機(jī)床進(jìn)行復(fù)合加工和不同方式的加工、作為可達(dá)到多品種、小批量生產(chǎn)、不同品種不同產(chǎn)量的生產(chǎn)時(shí)代的王牌而顯露頭角的復(fù)合加工機(jī)床。原來的加工中心和數(shù)控車床的一半以上將被復(fù)合加工機(jī)床替代，預(yù)計(jì)可達(dá)到能同全部加工中心匹敵的生產(chǎn)、銷售規(guī)模。

變化中的復(fù)合加工機(jī)床的概念

        現(xiàn)今的制造業(yè)、特別是在機(jī)械加工現(xiàn)場，有如下幾個(gè)特點(diǎn)。①多品種、小批量生產(chǎn)②縮短交貨期③降低成本④伴隨輕型化、性能復(fù)合化增加了復(fù)雜形狀的產(chǎn)品⑤缺少熟練操作人員和技術(shù)優(yōu)秀人員。為適應(yīng)這種現(xiàn)狀，在激烈的市場競爭中取勝，作為“王牌”的復(fù)合加工機(jī)床閃亮登場了。

        一臺擁有為加工復(fù)雜形狀的工件而進(jìn)行數(shù)道工序、不同方式的加工性能的機(jī)械稱之為復(fù)合加工機(jī)床。為達(dá)到同樣目的，也有將控制坐標(biāo)多軸化、擴(kuò)大加工功能、多機(jī)能化的使用方法�？傊�是用工序集成的方法提高生產(chǎn)效率，提高機(jī)床的附加價(jià)值。于是，這里就把前者的在一臺機(jī)械內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同品種加工的機(jī)床和后者的多坐標(biāo)控制機(jī)床兩者通稱為復(fù)合加工機(jī)床。

        復(fù)合加工機(jī)床具有的功能是隨著時(shí)代的變化而變化的。過去曾有將加工中心稱為復(fù)合加工機(jī)床的時(shí)期，但因工具交換加工的品種受到限制，而且也走不出切削加工的領(lǐng)域，現(xiàn)在已經(jīng)不再將一般的加工中心稱之為復(fù)合加工機(jī)床了。同樣，現(xiàn)在的復(fù)合加工機(jī)床不再被稱為復(fù)合加工機(jī)床的時(shí)代也可能不遠(yuǎn)了。

復(fù)合加工機(jī)床的開發(fā)、生產(chǎn)在不斷得到推進(jìn)，特別是最近具有將車削功能和回轉(zhuǎn)切削功能合并起來的機(jī)床的銷售臺數(shù)迅速增加，今后可望達(dá)到與加工中心相匹敵的生產(chǎn)和銷售規(guī)模。

        當(dāng)初，日本的復(fù)合加工機(jī)床是以車床為基礎(chǔ)，加上銑加工功能并予以強(qiáng)化的。這是因?yàn)閹缀跛�有車床加工的工件都要進(jìn)行二次銑加工和孔加工。當(dāng)初開發(fā)復(fù)合加工機(jī)床就是以合成這些加工工序?yàn)槟康摹?

        但是最近的復(fù)合加工機(jī)床從原來的以車削加工為主，變成以銑加工為主體，代替加工中心使用的情況多了起來。

七十年代末開始出現(xiàn)

        復(fù)合加工機(jī)床出現(xiàn)在日本市場的時(shí)間是迎來數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)鼎盛期的1970年代末期到1980年代初期。

        日立精機(jī)公司于1979年公開的復(fù)合數(shù)控車床5LC具有銑加工用的主軸和Y軸、ATC(自動工具交換裝置)、車床主軸的分度功能等，是構(gòu)筑了復(fù)合加工機(jī)床風(fēng)格的先進(jìn)產(chǎn)品。

在同一時(shí)期，山崎馬扎克公司發(fā)表了稱之為當(dāng)前復(fù)合加工機(jī)床基礎(chǔ)的帶銑加工功能的CNC車床。該公司于1983年開始銷售成為現(xiàn)在的復(fù)合加工機(jī)床原型的帶ATC(自動工具交換裝置)裝置的CNC復(fù)合車床slant turn 40ATC milcenter。

        在歐洲，1995年EMAG公司開發(fā)出了頂部主軸型式的立式車床(也稱為倒立式車床)。這是可將工件裝到主軸上、將送料裝置、測量功能統(tǒng)合起來操作的復(fù)合加工機(jī)床，具有良好的排屑功能，作為符合干式切削結(jié)構(gòu)的“響應(yīng)環(huán)保要求的機(jī)床”而引人矚目。最近其加工范圍進(jìn)一步擴(kuò)展，可加工較重的工件。

        此外，現(xiàn)在也開發(fā)出可進(jìn)行粗加工到復(fù)雜形狀加工的車削加工中心。

復(fù)合加工機(jī)床的種類

以車削加工為主體

        以車削加工為主體的復(fù)合加工機(jī)床是車削中心。車削中心以車加工為起點(diǎn)，在刀架上配置車床用工具和可進(jìn)行銑加工的回轉(zhuǎn)工具，可以對圓筒形工件和棒形工件施行溝槽加工以及平面加工。最近，又出現(xiàn)雙主軸頭方式，通過交替方法可以不用卸下工件將另一端進(jìn)行加工。

        當(dāng)前車削加工零部件的70%需要進(jìn)行兩道工序以上的加工，作為將這些零部件高效、高品質(zhì)加工，在車削加工的同時(shí)、同位置的加工技術(shù)有以下三點(diǎn)。

        內(nèi)、外加工集成化：一次(表面)及第二次(內(nèi)面)加工的各項(xiàng)功能輸入于機(jī)床內(nèi)的一次/二次加工機(jī)床。

        加工復(fù)合化：車削加工加上銑加工、磨削加工等各項(xiàng)功能均具備于機(jī)床內(nèi)的工序集成加工機(jī)床。

        智能化：將儲藏、搬運(yùn)、加工在機(jī)床內(nèi)存化，可以進(jìn)行工件識別、對工件控制把握、適應(yīng)控制、信息網(wǎng)絡(luò)化等，是采用了最新監(jiān)測技術(shù)的單元加工機(jī)床。

加工中心多坐標(biāo)化

        五坐標(biāo)控制：在X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)控制的基礎(chǔ)上，為能變化工具的方向、在進(jìn)給軸周邊的特定角度設(shè)定回轉(zhuǎn)位置開發(fā)出的產(chǎn)品是五坐標(biāo)加工機(jī)床。

五坐標(biāo)加工機(jī)床有如下兩種使用方法：(1)回轉(zhuǎn)控制軸使用分度，加工件傾斜地對象刀具，在這種狀態(tài)下進(jìn)行三坐標(biāo)控制的加工。(2)將所有的控制軸同時(shí)使用、連續(xù)動作，這叫做五軸聯(lián)動，可對葉輪等呈突出形狀的曲面形狀工件進(jìn)行加工。

        五坐標(biāo)聯(lián)動加工機(jī)床的特點(diǎn)有很多：A、可以避開切削速度為零的條件B、可縮短刀具長度C：可加工不重新裝卸就不能進(jìn)行加工的呈突出形狀的工件�，F(xiàn)在，飛機(jī)行業(yè)、金屬模具行業(yè)等對這種設(shè)備的需求正在增加。

六坐標(biāo)控制

        銑系列加工機(jī)床因采用多軸控制，不僅可進(jìn)行復(fù)雜形狀的加工，還可以進(jìn)行復(fù)合加工。例如有棱角的形狀或四角形的孔等，過去因不改變工序就不能再加工，一般都是換于放電加工機(jī)床上再處理的�，F(xiàn)在用鑿子樣的刀具代替了回轉(zhuǎn)刀具，在采用六坐標(biāo)控制的同時(shí)進(jìn)行搖動切削加工，這就使得一臺設(shè)備可以完成工件的加工，精度和效率也得到了提高。

        使用非回轉(zhuǎn)式刀具，就必須控制主軸周圍的回轉(zhuǎn)位置，這就需要采用六坐標(biāo)控制。在提高效率方面，因六坐標(biāo)控制加工使用了非回轉(zhuǎn)刀具，切削速度和進(jìn)給速度達(dá)到了一致，這就解決了不能以提高主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行高速加工、回轉(zhuǎn)刀具不能作到的形狀和部位的加工問題。也使不用改變工序、一次裝卡完成全部切削加工成為可能。

磨削加工主體

        對于磨床的多軸化，過去在無心磨床等產(chǎn)品方面的作業(yè)工序上如何實(shí)現(xiàn)自動化而下的功夫比較多。正在開發(fā)的還有以一臺機(jī)床完成內(nèi)圓、外圓、端面磨削的產(chǎn)品。隨著數(shù)控裝置的高速化，磨床的復(fù)合化功能也在推進(jìn)。如歐洲廠家正在普通的萬能磨床上設(shè)法加上螺紋磨削和花鍵磨削功能，即在搞磨削復(fù)合加工機(jī)床的開發(fā)。

不同形式加工的復(fù)合化

        作為根據(jù)不同原理進(jìn)行各種加工的復(fù)合加工，還有把切削加工和精加工的磨削、研磨加工組合到一起、為能在加工后進(jìn)行熱處理及結(jié)合、切斷等，配置上激光功能、及可同時(shí)進(jìn)行加工和組裝的產(chǎn)品等。

        正在開發(fā)的產(chǎn)品還有，把車削功能和銑加工功能及至齒輪加工功能都整合到一起的、獨(dú)自的復(fù)合加工機(jī)；作為與激光的復(fù)合化，把車削加工功能和激光淬火功能統(tǒng)合在一起的復(fù)合車床。歐洲還在開發(fā)的新品種有，把機(jī)械方面的銑加工功能和用激光的三次元加工功能統(tǒng)合起來的復(fù)合加工機(jī)床。

帶來各種好處

        用復(fù)合加工機(jī)床進(jìn)行零部件生產(chǎn)的最大特征是，把需要幾臺不同機(jī)床的加工統(tǒng)合到一起，以一臺復(fù)合加工機(jī)可將工序較容易地集成起來。并帶來如下好處：

提高生產(chǎn)效率：復(fù)合加工機(jī)床可以通過一次性工具裝卡，完成過去需要幾臺不同的機(jī)床所搞的加工，這樣加工的整個(gè)工時(shí)和加工時(shí)間都會得到減少。過去就有通過集成工序達(dá)到合理化的想法。如左右都配置主軸的、以相對面的兩個(gè)主軸連續(xù)進(jìn)行第一道和第二道工序加工就是一例。當(dāng)然批量生產(chǎn)各方面效果會更好，對于多品種、少批量生產(chǎn)來說，復(fù)合加工機(jī)床還是有利的。

        減少程序：因作到了以一臺設(shè)備完成加工不再需要從一個(gè)工序到另一工序的轉(zhuǎn)換，也省略了6次轉(zhuǎn)換時(shí)對工件的裝卡、拆卸。

        保持高精度：由于無需將工件再次裝卡，不必在意定位問題，使精度容易得到保持。

        節(jié)省能源、降低成本：與需要購買幾臺不同的設(shè)備進(jìn)行加工相比，一臺復(fù)合機(jī)是很合適的。與開動幾臺設(shè)備相比，能源也得到節(jié)省，因減少了電力的使用而使運(yùn)行成本得以降低

節(jié)省空間：不再需要有專機(jī)功能的數(shù)臺加設(shè)備，可因此而節(jié)省現(xiàn)場空間--等等。

解決各種問題

        復(fù)合加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜起來。由于不斷增加的功能和加工內(nèi)容使得加工、震動及至發(fā)熱等情況各有不同，這就要求機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠跟得上各自不同的情況。而且復(fù)合加工機(jī)床需要在保持能夠發(fā)揮其性能的同時(shí)，在結(jié)構(gòu)和價(jià)格方面達(dá)到較易被接受的水平。這樣，才可使復(fù)合加工的運(yùn)用技術(shù)充分發(fā)揮出來。

        此外，圍繞著復(fù)合加工機(jī)床的“課題”，大致分為以下幾個(gè)方面。

        市場狹小化：過去需要兩臺或三臺設(shè)備完成的一系列加工，現(xiàn)在僅一臺設(shè)備就可以完成，這對于機(jī)床生產(chǎn)廠家來說即使這一臺的價(jià)格是原來設(shè)備的1.5倍，仍然免不掉市場將會狹小化的擔(dān)心。當(dāng)然，由于復(fù)合加工機(jī)床的出現(xiàn)，過去一些做不到的加工領(lǐng)域現(xiàn)在也能夠深入，也因此得到了新的市場。

        隨著機(jī)床的復(fù)雜化以及特殊附件的多樣化，維修保養(yǎng)就繁雜起來：隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，維護(hù)保養(yǎng)和發(fā)生故障時(shí)的對應(yīng)措施也繁雜起來。維修保養(yǎng)的部件和過去通用型設(shè)備相比有根本的不同，如是海外銷售維修就更加麻煩。因此而出現(xiàn)了要求確立新的售后服務(wù)體制的呼聲。

        編程復(fù)雜化：需要避開刀具和工件的干擾、實(shí)現(xiàn)高精度控制及要作復(fù)雜的控制處理等，勢必使得編程復(fù)雜、龐大起來，這就需要在高速化的演算處理和作業(yè)順序簡單化方面下功夫。還有，如此高性能的機(jī)床，也由于是智能化的，要能夠讓操作人員使用操作方便。

        加強(qiáng)服務(wù)和維護(hù)保養(yǎng)：這一點(diǎn)和②是相關(guān)聯(lián)的，今后將會更加要求降低成本、提高效率，設(shè)備24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)等也將會增加。這樣，24小時(shí)的不間斷服務(wù)和遠(yuǎn)距離診斷就會成為常識，會需要迅速、準(zhǔn)確的維修服務(wù)。