模具之家讯：魅力独具的复合加工方式

综观当今数控机床的发展趋势，复合加工是发展势头很猛的一个方面，它不仅表现在金切方面，成形和电加工也有很多创新，甚至将激光与超声波加工等先进工艺方式也包涵进来了。就金切机床而言，自上世纪90年代奥地利WFL公司发明车铣复合加工中心以来，该技术红火得不可收拾。日本马扎克（MAZAK）提出的口号是“Done in one”，即在一台机床上要完成所有的工艺加工。德国埃马克（EMAG）公司首创的倒立加工中心，将轻型回转体零件一下子就可完成铣、车、镗、铰乃至滚、磨等多工序复合加工。德国RODERS公司将高速铣削与激光堆焊结合在一起，以完成模具的修复工作。在中国，北一机、渖阳机床、大连机床、秦川机床、青海机床等制造企业，也都根据零件的工艺要求，先後开发出铣车、车铣、车磨、铣磨等不同品种的复合加工机床。在机床业界，如何完成六面体零件的全自动加工，一直是一个备受关注的课题。

然而在当前条件下，由於装夹平面的限制，夹紧至少需两次。随着工业机器人的出现，我们可以通过机械手，将尚未完成全部加工的中型零件提起来、翻个身之後继续加工，或是将其安置在另一台机床上加工。但是，铣车复合加工中心的诞生，已经使得轻型类棒材零件的自动六面加工成为可能。

众所周知，产品的多品种、少批量以及零部件的日趋复杂，使得高效加工高精度零部件成为机床业界的重要主攻方向，复合加工机床也因其能通过两次装夹实现在一台机床上完成从毛坯至成品的全部加工，而倍受青睐。

具体而言，复合加工这种多工序加工工艺的优点在於，能省去多次装夹的定位时间及辅助时间，也大幅减少了因多次定位所造成的误差积累，从而使工件可达到更高的精度要求；同时，由於复合加工机床可替代多台传统机床，这不仅能减少在车间的占地面积，也省却了中间仓库和半成品堆放场地，使得管理工作量大大降低，故而既减少了投资，又降低了成本。

棒材零件多工序自动加工

瑞士威力铭-马科黛尔(Wellemin-Macodel)公司专业生产多轴联动加工中心，其推出的W508MT铣车复合加工中心，是棒材零件多工序自动加工的一个范例。这是一台斜楔式床身型车铣复合加工中心，图1为其结构图。


图1 W508MT的结构图

为了更清楚地说明其运动方式，我们还是先回顾一下《ISO 841:2001》中，国际上对数控机床坐标轴运动方向的命名。在直角坐标体系内，任何一台数控机床，无论是车、铣、磨、钻等，其主轴轴线规定命名为Z，而其余两个直线轴方向就是X和Y。那麽围绕这X、Y、Z转动的三个回转轴，就称为A、B、C。而在平行於X、Y、Z三个直线轴的方向上运动的其他直线轴，则称之为U、V、W。

由图1可知，这是台立柱能沿Y向前後运动的动柱式立加，同时铣头可作-15°~+100°的B轴摆动，整个立柱与下方滑台作纵向X运动，由右端红色伺服电机驱动；左端是车削的正主轴，棒料通过主轴通孔由液压棒料输送装置送到指定位置，夹紧後对零件前端进行五面铣车加工，加工完成後就由位於机床前方的车削背主轴装置完成第六面加工（图2）。

图2 背主轴塔座
这个背主轴装置是威力铭-马科黛尔公司的专利发明，也是六面加工的关键部件。它是一个可绕Y轴回转的三工位多功能塔座，2/a显示出塔座全貌，其中间是车削副主轴，也称背主轴，左边是自动定心虎钳，右边是车削尾架。2/b则是背主轴接正主轴传来的棒料後将其夹紧，随後两个车主轴同步回转，由割刀将其切断，继而对背主轴所夹工件的端部进行第六面加工。那麽，若遇到正主轴所装夹的棒料已作端面加工，并且呈方形或扁状怎麽办？这时，就需要用液压自定心虎钳对此工件夹紧并作第六面加工。

2/c就是虎钳转工位後，用卡爪将零件夹紧，然後铣头用铣刀将零件切断，继而夹具再转90°，使夹紧的零件端部朝上，由铣主轴对其作第六面加工。加工完成後卡爪就将零件松开落下，或者由机械手接住送到料仓。

2/d是当加工细长轴零件时，尾架转到与正主轴相对位置，由顶尖顶入进工件右端中心孔，以防加工时挠曲变形。这种三工位塔座使得机床工艺适应范围更广，同时也增强了加工刚性。

这个塔座还具备U轴功能，由於纵向正常工作进给由X轴完成，所以塔座的定位、接料、退位等纵向运动就由U轴完成。这是一种快速、稳定的进给新方式，旨在提高零件的加工精度。

图3 铣螺纹装置

W508MT还带有一个独创的螺纹旋削加工装置（图3），凸出的锥柄部分，就安装在铣主轴的锥孔 面，将工件套入锥孔内，就像滚齿机那般加工。外螺纹刀放置於零件的非中心点，它环绕着工件高速旋转，而工件则反向低速旋转。螺旋升角由铣头B轴回转而成，螺纹切深由数控系统径向插补而成（图4）。

图4 螺纹旋铣加工原理

一台高精度数控机床的设计总有其独到之处，该机床采用高强度的铸铁床身结构，布置加强筋间隔，底部三点式框架均衡地支撑机床的主结构——这种构造是为了达成机床的抗振、抗热变形及静态刚性。为降低主要由金属切屑和冷却液引起的结构件热膨涨，机床还采用隔离钢板将机床的运动部件区域与加工区域分隔开来。

为预防主轴高转速时发热，该机主传动用陶瓷轴承，并加装周边环状冷却装置。在进给方面，采用超精密预紧回圈滚珠轴承和直线导轨，以确保直线轴高精度运动时整机的均匀性和刚性。



图5 W508MT的盘式刀库
W508MT的盘式刀库也颇具特色（图5），它不同於普通立加的斗笠式刀库，分上、下两层，能装48把刀。因电主轴转速高，故选择1:10短锥的HSK-E40刀柄。快速换刀器带有180°回转的摆动臂，它有两个刀位。在加工区域的旁边有一个闸刀门， 面有个单独的空间可以通过这个门直接进入刀库。换刀时先是把下工位的刀由换刀器抓出迅速置於主轴旁，待上工步加工结束後，就将该刀与主轴上的刀具作交换。换刀时间刀对刀具时 0.8 sec，切削至切削3sec。

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