極限條件下的銑削加工

    更短的交貨時間、更小的批量以及越來越復(fù)雜的零部件加工要求，這些不斷發(fā)展的生產(chǎn)上的趨勢同樣影響著加工中心和銑床的進一步發(fā)展。生產(chǎn)中的高度靈活性和較高的生產(chǎn)效率是加工中心和銑床必須滿足的要求�？焖俚毒吒鼡Q和高效自動化系統(tǒng)，對進一步提高生產(chǎn)效率也做出了貢獻。
    實際上，由于許多機床都采用了模塊化結(jié)構(gòu)，因此用戶可以按照自己的要求量身定制所需的機床設(shè)備。例如，MAG Hueller Hille公司為其新型立式加工中心開發(fā)的NBV 400模塊組合，可滿足許多機器變量的要求。該產(chǎn)品共有6種配置，可采用3~5種坐標對工件進行銑削加工和車削加工。此模塊組合還包括電機主軸，其旋轉(zhuǎn)速度為10000、12000、18000、24000和42000r/min，在100%負荷周期下，轉(zhuǎn)矩范圍為9.6~87 Nm。該公司開發(fā)部主任Joachim Krischke強調(diào)：“配備寬轉(zhuǎn)矩范圍的工作主軸是以最佳方式適應(yīng)加工任務(wù)為先決條件的。機床可裝備能存放100把40 HSK、63HSK或30 HSK刀具的刀庫。如果覺得這樣的刀具存儲容量不夠，也可以訂購存儲能力更大的刀庫。

配備旋轉(zhuǎn)工作臺的加工中心可同時完成工件5個面的加工

    因為用三個線性坐標運載刀具，所以，機器動態(tài)性能與工件重量無關(guān)。Krischke解釋說：“結(jié)果運動速度可達到60 m/min，加速度可達6 m/s2，確保了切削加工的經(jīng)濟性。” 另外，加工中心還可配備一體化的CAM（圖1）。其使用的CNC程序，可在虛擬機器上進行在線驗證。Krischke說：“試驗表明，這種模擬仿真可以節(jié)約大量時間和能源。”

圖1 NBV 400立式加工中心可配備一體化CAM，其為新工件編制的CNC程序可在虛擬機器上進行驗證

    Mori Seiki公司的新一代Mapps IV控制器可根據(jù)設(shè)備的不同型號配備Esprit公司的一體化CAM模塊。這種控制器也可安裝到新型NT1000銑削中心和車削中心上（圖2），完整加工52mm的復(fù)雜棒料工件，加工直徑為370mm，長度為400mm。B坐標采用零間隙直線電機驅(qū)動，ORC（八角形滑枕）可在Y坐標上提供極強的剛性。這種結(jié)構(gòu)將熱穩(wěn)定主軸保持在中心。車削主軸和銑削主軸采用高精度且反應(yīng)靈敏的油冷卻系統(tǒng)，可最大限度地減少熱位移。由于具備這些特點，NT1000非常適于高精度加工小型復(fù)雜工件。

圖2 NT1000新型銑削中心的B坐標配備有零間隙直線電機并采用ORC（八角形滑枕），
可沿Y坐標提供良好的剛性

    為了應(yīng)對零部件越來越大的市場趨勢，開姆尼茨的Union Werkzeugmaschinen公司正在開發(fā)第一臺PR 200/250系列的動柱式加工中心，其具有130kW的傳動功率和高達17000Nm的轉(zhuǎn)矩，可加工高8000mm重250 t的工件。據(jù)市場營銷總監(jiān)Thomas Ulrich稱，“在該加工中心上，可方便地同時完成粗加工切削和超高精度的精加工切削任務(wù)。”其還解釋說：“該設(shè)備之所以能具備如此優(yōu)異的特性，是因為在X、Y和Z坐標上配備了靜壓導(dǎo)軌。此解決方案的特別之處在于靜壓調(diào)節(jié)取決于負荷的大小，可幫助用戶獲得非常高的加工精度。”
動柱式加工中心備受關(guān)注
    同樣，由機床生產(chǎn)廠家Gildemeister生產(chǎn)的DMF 260-11動柱式加工中心配備的一體化NC旋轉(zhuǎn)工作臺，也能提供更多加工大型工件的空間（圖3）。與其先前型號的加工中心相比，X坐標延長了180mm，達到了1100mm，Z坐標延長了80mm，達到900mm。新設(shè)備的運行速度更高，達80m/min，而不是40m/min。B坐標和C坐標任選方案使得加工中心適用于5聯(lián)動加工。主軸可有多種不同變化，適應(yīng)工件能力范圍在SK40和HSK A60（旋轉(zhuǎn)速度可高達8000r/min，轉(zhuǎn)矩可到150Nm）到SK 50和HSKA100（旋轉(zhuǎn)速度達10000r/min，轉(zhuǎn)矩達288Nm）之間。

圖3 與其先前型號相比，配備一體化NC旋轉(zhuǎn)工作臺的動柱式加工中心DMF 260-11的X坐標延長了180mm，達到1100mm，Z坐標方向延長了80mm，達到900mm

    在用于柔性加工大型零部件方面，SSB-Machinenbau公司生產(chǎn)的VPZ系列立式龍門加工中心（圖4）配有雙主軸、用于進行臥式加工的斜置分度頭和用于進行車削-銑削加工的NC旋轉(zhuǎn)工位。該加工中心主要用于車削-銑削加工不同半徑的圓形工件，同時，還有任選主軸頭，進行大型鑄件加工時，不僅可完成成形銑削加工，還可完成5面體加工。在談到有關(guān)這種龍門式結(jié)構(gòu)原理的優(yōu)勢時，該公司的首席執(zhí)行官Thomas Beyer強調(diào)指出：“在進行表面銑削加工時，龍門式結(jié)構(gòu)具有最高的剛性和精度。”

圖4 VPZ 04立式龍門加工中心上的兩個機加工工作臺，不僅可以合理地進行雙工作臺運行，
而且通過兩個工作臺同步，甚至可加工長型工件

    兩個機加工工作臺不僅可以合理地使用雙工作臺完成加工任務(wù)，而且利用工作臺坐標的同步，甚至可以高精度加工長工件；盡管橫動行程較長，雙工作臺的精確幾何形狀定位也絲毫不會受到影響。Beyer保證說：“雖然進行加工的大型零部件長度達到了6000 mm，最終要求精確到微米范圍的高精度。我們的龍門式機加工設(shè)備正是為了實現(xiàn)這些嚴格的公差而設(shè)計的。”這種加工中心的切削性能也毫不遜色。采用ST 60硬質(zhì)合金刀具進行鉆削的直徑可達65 mm，銑削性能為1000 m3/min。
    位于Meppen的Hedelius Maschinenfabrik公司開發(fā)的RS 505 緊湊型加工中心可用于加工長而復(fù)雜的立方體工件，且精度和效率都非常高，其包絡(luò)線圓可達420 mm。此新設(shè)備的特點是能夠巧妙地進行工作區(qū)域布局。該公司市場營銷經(jīng)理Dennis Hempelmann解釋說：“這臺加工中心配備有直徑為420 mm的旋轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)工作臺以及一個固定工作臺。兩個工作臺具有同樣的高度，所以，總長度達1000 mm的工件可用長床身規(guī)程進行加工。”
五坐標和三坐標聯(lián)動加工
    關(guān)于新設(shè)備工作模式的優(yōu)點，Hedelius Maschinenfabrik公司的市場營銷經(jīng)理Hempelmann先生說，將五坐標和三坐標工作區(qū)域結(jié)合起來，工件的6個面就都能采用非常經(jīng)濟的工藝方法進行加工。“在左側(cè)基本工作區(qū)域使用三個NC坐標，夾緊或基準面加工在第一次裝卡時完成；在右側(cè)工作區(qū)域，使用五坐標運行，這樣就可完成整個工件的加工。與Formingstar的3D進給技術(shù)配套，這臺設(shè)備還特別適合用于5坐標HSC聯(lián)動加工。”
    Hempelmann先生解釋說。回轉(zhuǎn)工作臺單元上的線性坐標數(shù)字傳動裝置和水冷轉(zhuǎn)矩電機配備的直接傳動裝置與Heidenhain公司生產(chǎn)的CNC iTNC530配套，可為加工中心提供非常高的動態(tài)性能和精度。

 
圖5 微型Makino機加工復(fù)合機床生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化系統(tǒng)包括一臺機器人、
一個特殊夾持器、一個夾緊工位和輔助托盤系統(tǒng)。
    刀具更換時間也會對生產(chǎn)率造成影響。格平跟市的Miksch公司首席執(zhí)行官Heriebert Miksch強調(diào)指出：“這不是能否快速更換刀具的問題，而是要盡快提供相關(guān)刀具的問題。另一個要點是刀具更換系統(tǒng)不應(yīng)該是一種特殊解決方案。”相反，用戶所需要的應(yīng)該是系列化的生產(chǎn)，可在模塊基礎(chǔ)上適應(yīng)特殊任務(wù)的需要。Miksch聲稱：“我們的MCS040鏈式刀庫滿足了所有這些需求，這種刀庫幾乎是獨一無二的，換刀時間不到0.5s，鏈條速度高達100m/min。”其獨特之處還在于系統(tǒng)靈活性，即使使用像SK 40這樣的刀柄和與其類似的銳錐度都沒有問題，唯一必須更換的只是手把和頰板。

圖6 緊湊型生態(tài)自動化系統(tǒng)托盤庫可容納10個工件托盤，適于單件小批量生產(chǎn)

    當用戶急需提高生產(chǎn)效率時，就要借助自動化系統(tǒng)。例如，工件夾持托盤系統(tǒng)(WHP系統(tǒng))通過合并夾緊和托盤功能，可提高小批量工藝的生產(chǎn)效率。如Makino解釋的那樣，這種生產(chǎn)系統(tǒng)稱之為微型Makino機加工復(fù)合機床（μMMC），由生產(chǎn)單元和數(shù)目眾多的托盤組成，在進行小批量生產(chǎn)時，可大幅度提高效率，降低生產(chǎn)成本。此自動化系統(tǒng)包括一臺機器人、一個特殊夾持器、一個夾緊工位和輔助托盤系統(tǒng)（圖5）。一臺六坐標機器人是標準配置，可將WHP定位于任何需要的角度：水平、對角線或垂直。只需要一個機器人手臂，因為即使工件有多種形態(tài)，也只需搬運到外部輔助托盤。為加工中心搬運單件小批量零部件較為簡單的解決方案是Lang 技術(shù)公司提供的。緊湊型生態(tài)自動化系統(tǒng)托盤庫可容納10個工件托盤（圖6）。Lang技術(shù)公司的首席執(zhí)行官Guenter深信：“新系統(tǒng)是實現(xiàn)機床自動化最為簡單的方法。”另外，其裝卡非常迅速，安裝和調(diào)試可在一天之內(nèi)完成。