復合機械加工中數(shù)控車床的技術發(fā)展方向

向 良

（佛山市名將自動化設備有限公司，廣東佛山 528300）

為了迎接多品種小批量生產(chǎn)品種時代的到來，能夠在競爭激烈的國際市場中站穩(wěn)腳跟，金屬切削機床加工復合化已經(jīng)成為時代發(fā)展趨勢。最近幾年數(shù)控車床復合化已經(jīng)成為重要的發(fā)展方向，實現(xiàn)完全加工已經(jīng)成為數(shù)控車床技術發(fā)展的重要方向，各個國家在相關技術研究中投入的力量越來越大，越來越多的產(chǎn)品得到成功應用。通過采用復合加工機床技術，可以有效縮短零件生產(chǎn)周期，提升零部件加工精度。

1 復合機械加工簡單介紹

當前世界機床正朝著復合機床的方向發(fā)展。通過合理使用復合機床，可以有效提升機械加工工序集中程度，能夠在一臺機床上完成多道工序的加工，降低機床對夾具的使用量，縮短工件在搬運和存儲過程中的時間消耗，保證機械零件加工精度，縮短工件加工周期，減少機床占地面積，方便工件加工，避免機械零件加工作業(yè)中產(chǎn)生過多的庫存量，保證機械零件加工精度，在越來越強調(diào)節(jié)能減排的今天，作用越來越突出。隨著復合加工技術的不斷成熟，越來越多的復雜零件會采用復合加工的方式，各個國家在復合機床開發(fā)中投入的力度不斷增加。通過合理安排使用復合機床，可以有效控制機械加工耗時，提升機械零部件加工精度。各企業(yè)越來越認識到復合機床加工技術的作用，并將各種先進的復合加工機床越來越多應用到本企業(yè)生產(chǎn)過程中，數(shù)控復合加工已經(jīng)成為機械加工當前重要的發(fā)展方向，對工程生產(chǎn)模式、生產(chǎn)組織和生產(chǎn)管理造成了非常深遠的影響，不斷推動機械加工向完全加工方向深入發(fā)展，真正實現(xiàn)在一臺機床上完成所有工序的加工作業(yè)，加工完成后的零件可以直接送入到裝配車間進行裝配作業(yè)，提升產(chǎn)品生產(chǎn)精益化效果。

能夠在一臺機床上實現(xiàn)多工序和多工種的加工就會被稱為復合加工機床。在實現(xiàn)機械加工目標的過程中，提升控制軸數(shù)量、擴大加工功能是實現(xiàn)復合加工的重要途徑，通過采用工序集中生產(chǎn)的方法，可以進一步提升機械加工效率，將機床的價值充分發(fā)揮出來，有效縮短機械加工生產(chǎn)周期。多功能機床可以在同一臺機床可以在不變更加工方法的基礎上來實現(xiàn)多次加工。復合機床是在同一臺機床上來進行完全不同性質(zhì)的加工。復合加工機床的功能往往會伴隨時代的發(fā)展發(fā)生一定的變化。在加工中心剛面世的時候，就被成為復合加工機床，加工刀具更換非常靈活，但不能超過切削加工的某些領域。當前，復合加工機械與過去相比已經(jīng)發(fā)生了非常大的變化，甚至可以說是質(zhì)的變化?，F(xiàn)代復合加工機械可以進一步實現(xiàn)復合化開發(fā)，很多車削加工中心具有回轉(zhuǎn)刀具銑削功能，很多加工中心已經(jīng)可以實現(xiàn)五軸加工，現(xiàn)代又出現(xiàn)了多種加工方法的集約，可以將激光加工和切削加工集成起來進行應用，進一步提升了機床復合化程度。

2 復合加工機床發(fā)展

日本復合機加工開始于20世紀70年代到80年代。日立株式會社1979年開發(fā)出了5LC 型數(shù)控復合車床，具有車削主軸、Y 軸、刀具自動交換裝置、車削主軸分度功能，具備當時領先的機械加工功能。最近幾年，很多日本機床公司都開發(fā)出了具有銑削功能的數(shù)控車床。

歐洲最早出現(xiàn)復合加工機原型是在意大利和奧地利。意大利Mandelli 公司開發(fā)出的臥式加工中心，不僅具備銑削功能，還具有車削功能，屬于一臺以銑削為基礎的銑車復合加工機，本質(zhì)上是以銑削為基礎的銑車復合加工機床，該機床在當時并沒有引起足夠的重視，銷量也不盡如人意。奧地利WFL 公司在車銑技術公司在曲軸專用車銑加工機基礎上開發(fā)出了M系列大型車銑復合加工機床。EMAG 公司在1995年開發(fā)出了倒置數(shù)控立式車床，其能夠自動化完成工件裝卸，具有工件測量工作，屬于一種非常先進的復合加工機床，直接采用了倒置主軸結(jié)構(gòu)。由于該機床采用了巧妙的倒置主軸結(jié)構(gòu)，可以將切削快速排出，非常適合在干切削加工中進行使用，屬于一種非常環(huán)保的機床，在當時引起了很多人的關注，在各種加工領域中的應用非常廣泛，非常適合在大型工件加工中進行使用。隨著復合加工技術的不斷成熟，各種以數(shù)控車床和加工中心為基礎的復合加工機越來越多，在各種場合中的應用越來越普遍。

日本復合加工機廣泛受到關注是從日本國際機床展開始的。歐洲具有數(shù)量眾多的善于創(chuàng)新的機床制造廠，具有發(fā)展復合加工機床技術的充分潛力，但是受到市場的制約，并沒有得到非常廣泛的使用。日本憑借發(fā)展、普及應用復合加工機的土壤，復合加工機床技術發(fā)展非常迅速。日本機床制造廠以數(shù)控車床為基礎，從加裝具有銑削功能的銑削頭開始，越來越多的加工功能被融合到一臺機床上，數(shù)控機床功能越來越強大。

3 車床復合化技術介紹

以車削為主的復合加工機床。該加工機床屬于車削復合中心。該復合中心建立在車床機床上，不僅具有車削工具，還直接在刀架上安裝銑削加工回轉(zhuǎn)工具，可以直接在圓形工件上加工鍵槽和平面。此后，還出現(xiàn)了一種車銑復合加工中心實現(xiàn)了雙主軸功能，能夠?qū)崿F(xiàn)工件兩端的交替加持，可以在不取下工件的情況下實現(xiàn)對加持部位的加工。當前，大部分車削加工都具有兩個工序以上的加工功能，在對零件進行高效、高精度加工的過程中，包括以下3種技術：①內(nèi)外加工集中化。在機床內(nèi)部裝有一次加工以及二次加工的加工機。②實現(xiàn)機械加工的復合化。該復合加工機床不僅可以實現(xiàn)車削加工，還可以實現(xiàn)銑削加工、磨削加工等，進一步提升了工件加工工序的集中化。③智能化、通過將智能化技術融合到數(shù)控車床復合中心，可以有效實現(xiàn)工件的智能化識別、工件加持控制、適應控制、遠程加工監(jiān)控功能。

4 數(shù)控復合加工機床的應用特點

通過將數(shù)控技術和復合加工機床應用到零件生產(chǎn)中，能夠有效提升機械零件加工復合化程度，盡量集中在幾臺加工設備上完成工件加工，具有如下的優(yōu)點：①提升生產(chǎn)效率。通過合理使用數(shù)控復合加工機床，能夠?qū)⒁郧岸嗯_機床完成的加工工序在一臺機床上完成加工。由于加工工序減少，能夠有效提升零件加工效率，讓加工工序變得更加合理。例如，采用相對左右主軸、正副主軸進行加工就是一個非常典型的案例。數(shù)控復合加工機床的這些改變在開展大批量加工時，也可以比傳統(tǒng)技術更進一步突出自身的優(yōu)勢，在開展多品種小批量生產(chǎn)作業(yè)中，也可以發(fā)揮自身的作用。②減少工件裝卸次數(shù)。由于能夠在一臺機床上來完成加工，直接取消了工件在各種工序之間的移動，可以在不移動工件的情況下來完成工件的安裝和卸下。③由于工件不需要在機床上多次進行安裝，能夠進一步保證工件的加工精度。通過減少零件裝夾次數(shù)，可以避免由于定位基準加工精度造成的加工誤差。由于很多車銑復合加工車床都具有在線檢測功能，能夠在零件加工作業(yè)中完成零件測量，避免人工測量帶來的誤差，更加直接對加工精度進行控制，從而能夠進一步保證零部件加工精度。另外，機床通過采用高強度床身設計，可以有效保證車床加工剛度，提升對高強度材料的加工能力。另外，由于機床配置自動送料裝置，能夠直接完成自動上料操作，從而實現(xiàn)單臺機床的流水化作業(yè)。④減少對各種半成品中轉(zhuǎn)場地的使用，各種專用加工夾具的使用量也得到了明顯的降低。⑤降低零部件加工成本。由于加工機床數(shù)量得到了減少，各種設備和人員支出得到了有效的控制。另外，與傳統(tǒng)數(shù)控機床相比，人工費用得到了顯著的降低，設備運行成本得到了有效的降低。⑥縮小了各種設備占地面積。由于數(shù)控復合車銑機床采用了更加巧妙的結(jié)構(gòu)設計，能夠提升對機床周圍空間利用率，設備的維修也更加集中與方便。雖然單臺數(shù)控車復合機床的加工比傳統(tǒng)數(shù)控車床機床高很多，但憑借更加高效的生產(chǎn)效率、更小的占地面積、更少的維護費用，進一步降低整體固定資產(chǎn)投入和管理成本。

5 加工實例比較

風力發(fā)電機殼體加工。在風力發(fā)電機殼體原加工設計中，會使用到數(shù)控車床和加工中心。在使用數(shù)控復合加工設備后，加工工時得到了明顯的縮短，總工時由原來的44 h 縮短到6 h，總工時縮短到原來的1/7。

液壓卡盤板體加工。在原加工方案設計中，會使用到兩臺數(shù)控機床和一臺立式加工中心。在采用數(shù)控復合加工設備后，整個零件加工直接在一臺數(shù)控復合加工中心上完成，整個加工準備時間為15 min，總工時縮短到原來的1/5。

通過上述案例分析可知，在使用數(shù)控復合加工機床后，設備零部件加工時間得到了大大的縮短，設備占地面積極大減少，設備制造總成本得到了有效的控制。

6 數(shù)控復合加工機床市場發(fā)展前景和今后發(fā)展

數(shù)控復合加工技術主要朝3個方向發(fā)展：①復合加工機床技術的優(yōu)化和改進。②機床性能不斷得到提升。③相關技術應用水平不斷得到提升。為了讓數(shù)控車復合機床在工業(yè)機械加工中順利得到推廣使用，就需要不斷提升相關技術水平，加強對相關編程技術研究，研究出集成數(shù)控復合加工編程軟件，將先進的防碰撞技術應用到機床加工中。

（1）市場前景。根據(jù)日本工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計顯示，日本1992 年數(shù)控系統(tǒng)總出廠臺數(shù)為35 843臺，其中復合加工系統(tǒng)臺數(shù)為8 117臺，占全部生產(chǎn)系統(tǒng)臺數(shù)的20%左右。日本2001年數(shù)控系統(tǒng)總出廠臺數(shù)為42 899臺。其中復合加工系統(tǒng)出廠臺數(shù)為13 143臺，占總數(shù)控系統(tǒng)出廠臺數(shù)的30%左右。這可以看出，復合數(shù)控系統(tǒng)的出廠占比呈上升的趨勢。

（2）復合加工機床今后的發(fā)展方向。最近幾年，對復合加工設備的需求量不斷增加，越來越多的新式機床會進入到市場當中。當前，越來越多的功能被安裝到數(shù)控車床當中。很多歐洲傳統(tǒng)機床生產(chǎn)廠商也考慮在加工中心上加入車削功能，復合加工可以說已經(jīng)進入到了競爭激烈的戰(zhàn)國時代。如果一個機床廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品沒有自身顯著的特征，往往難以在競爭激烈的市場中站穩(wěn)腳跟。當前，復合車削加工中心還不具備熱處理功能。熱處理方法主要使用利用激光等技術來對設備進行熱處理加工。復合加工的開始是車床復合加工，在時代不斷發(fā)展的今天，復合加工將不會只是停留在車削和銑削加工上，還會將淬火、磨削、壓入、超聲波加工、激光加工融入到一臺機床上。

（3）工序更加集中。OKUMA 的MACTURN 系列，將高速、高性能車削加工和其余機械加工完全融合到了一臺機床上，具有9軸控制性能，屬于完全工序集中化的機床。機床在整個加工過程中，并不需要工序間的位置移動，加工程序也可以一次設定完成，可以有效縮短工件加工工時。機床可以直接完成外徑車削加工、傾斜面加工、傾斜面螺旋加工、滾齒加工、凸輪和偏心加工。在實現(xiàn)機床復合化加工的同時，機床設備廠商在數(shù)控裝置研發(fā)上投入的力度不斷增加，給操作者提供了更加容易被操作的數(shù)控操作。YAMAZAKI MAZAK 株式會社生產(chǎn)的INTEGREX e-1060V/6系列不是簡單實現(xiàn)加工工序的加工，還可以在一次裝夾下完成整個工件的加工，能夠有效保證加工中心的加工能力和加工精度，具有非常強大的車削加工能力，在傳統(tǒng)復合加工設備上可以實現(xiàn)最大Y軸行程和2700 kg 的承載能力。

7 結(jié)束語

伴隨著數(shù)控復合加工技術的不斷成熟，各種數(shù)控復合加工設備在各種零部件生產(chǎn)中的應用會越來越多，會給日后生產(chǎn)變革源源注入活力，工廠生產(chǎn)模式、生產(chǎn)組織和管理方式將會不斷發(fā)生變化，一個嶄新的完全加工時代即將到來，可以直接在一條機床上實現(xiàn)毛坯到成品零部件的加工，提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率，降低半成品數(shù)量，提升企業(yè)精益生產(chǎn)效果。