复合加工技术引领潮流

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在全球机床制造和金属加工领域，复合加工技术正以其强大的加工能力被不断发展与应用。所谓复合加工技术，即是在一台设备上完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔、扩孔等多种加工要求，复合加工机床的最突出优点是可以大大缩短工件的生产周期、提高工件加工精度。 5 Z$ i' \5 H5 W) b1 K$ Z

为了实现复杂形状工件的加工，使在一台机床上能完成复数工序和复数工种的加工，这样的机床称为复合加工机床。就是说，在复合化机床上可以实现完全不同性质加工过程的加工。

复合加工机床功能范围随着时代变化而变化。有一时期，曾经把加工中心称为复合加工机床。可是，一般的加工中心不能超出某种切削加工范围。现在的复合加工机床已不是那时的复合加工机床，具有本质上差异。现代的复合加工机床是更进一步复合化的开发，如在车削中心上装载有回转刀具的铣削功能，在加工中心上有车削功能，最近又出现了不同原理加工方法的集约如激光加工和切削加工的复合等，进一步提高机床复合化程度。 3 @* }9 n5 h5 J7 Y- T# o* K

复合加工机床的发展历史

1845年美国丁·菲奇发明转塔车床，1911年美国格林里公司为汽车零件加工开发了第一台组合机床。1952年三轴数控铣床研制成功。1958年美国KT公司研制出带有刀具自动交换装置的加工中心，有力地推动了工序集中的加工方法的发展。

复合加工及其制造装备的出现已有百余年的历史，但是真正得到较广泛的应用还是在20世纪80年代，数控技术和数控机床成为制造技术的主流后出现的。 ( U7 g6 \& e! t& C, R

20世纪80年代中后期，随着加工中心功能和结构的完善，显示了这种工序集中数控机床的优越性，开始出现车削中心、磨削中心等，使复合加工得到扩展而不再局限于镗、铣等工序。90年代后期又进一步发展了车铣中心、铣车中心、车磨中心等，近年来又出现由激光、电火花和超声波等特种加工方法与切削、磨削加工方法组合的复合机床，使复合加工技术成为推动机床结构和制造工艺发展的一个新热点。
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图1 车铣复合加工中心

复合加工机床的分类

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1. 车削为主型 - U+ D1 ^( s1 |. H9 B
   以车削加工为主的复合加工机是车削复合中心。车削复合中心是以车床为基础的加工机，除车削用工具外，在刀架上还装有能铣削加工的回转刀具，可以在圆形工件和棒状工件上加工沟槽和平面。这类复合加工机常把夹持工件的主轴做成2个，既可同时对2个工件进行相同的加工，也可通过在2主轴上交替夹持，完成对夹持部位的加工。 9 Z6 F& }5 {# S8 ]0 ?1 ]) K
   现在，加工2个工序以上的工件占车削加工的大多数。对这些工件进行高效、高精度加工，有以下3种技术： , g# j+ }+ J2 D

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   1. 内外加工集中化：在机内装有1次加工(外表面)以及2次加工(内表面)的各种功能的1次/2次加工机。 & y; k2 ]6 o" A+ |$ X/ L+ K
   2. 加工的复合化：除车削加工，机内还装有铣削加工、磨削加工等各种功能的工序集中的加工机。 $ z2 b; f9 {$ f# J* _% N
   3. 智能化：机内具有储存、运输、加工一体化、工件识别、工件夹持控制、适应控制、信息网络等最新监控技术的单元加工机。

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   该类复合机床有德国INDEX公司的TRAUB TNX65多功能数控车削中心，具有双主轴、4个刀塔，第二主轴可作Y轴移动；德国DMG公司的TWIN65双主轴车削中心，上下各有一个转塔刀架，可实现6面加工，第二主轴可作横向移动等。
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2. 铣削为主型
   1. 加工中心的多轴化 0 j) J" {' r0 N2 \5 s4 v1 ~' @: q3 w
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      1. 五轴控制，除X、Y、Z三轴控制外，为适应使刀具姿势变化，可以使各进给轴回转到特定的角度位置并进行定位的五轴加工机。五轴加工机的使用方法有两种：1用回转轴分度，使工件相对于刀具倾斜，在这个状态进行三轴控制加工。2同时使所有的控制轴作连续运动，即五轴联动，可以对叶轮等具有外延伸曲面形状的工件进行加工。五轴联动加工机的特点是可以避开切削速度变为零的加工条件；可以用伸出长度很短的刀具；可以在一次装夹下加工外延伸曲面形状的工件等。 0 m* d" W# ~& T( I
      2. 六轴控制，用多轴控制铣削类加工机不能模拟复杂形状工件加工，而复合加工可以。例如对有锥度形状和四角形状槽类等工件的加工，以前不变换加工工种是无法完成加工的，必须把工件转到电加工机床上加工。可是如采用回转刀具，使刀具一边作6轴控制运动，一边作摆动切削加工，就可在一台机床上完成加工。而且精度、效率也可以提高。如使用非回转刀具，必须控制回转主轴的回转位置，此时六轴控制是必要的。用六轴控制加工时，采用非回转刀具时，切削速度等同于进给速度，不能进行高速加工；而用回转刀具则能适应原不能加工部位和形状的加工，无需转换工种，仅用切削加工就能一次完成全部加工，效率较高。
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   2. 加工中心的复合化 # d) r; q X/ B
      除铣削加工外，还装载有一个能进行车削的动力回转工作台。 ) a$ i- s/ D. g
      以铣削为主的复合机床有日本MAZAK公司的INTEGREX e800V/5五轴卧式铣车中心，是在五轴卧式加工中心的基础上，使回转工作台增加车削功能，可以在一次装卡下对圆形零件实现车、铣完全加工；意大利Milanese公司的NTXI铣车复合中心，是在立式加工中心的右端增添一个车削主轴。
3. 磨削为主型
   磨床的多轴化，原来只在无心磨床上可见，多数是以装卸作业自动化为目的。现在，开发了在一台机床上能完成内圆、外圆、端面磨削的复合加工机。例如在欧洲，开发了综合螺纹和花键磨削功能的复合加工机。
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   图2 瑞士STUDER公司的S33万能数控磨床

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   该类复合机床的代表为瑞士MAGERLE公司的MGR立式车磨复合加工机，机床上方配有多个磨头和一个车刀架，可以对零件进行磨削和精车；日本森精机制作所的IGV-3NT磨头可回转式立式磨床，可在一次装卡下对零件内外圆和端面进行加工；瑞士STUDER公司的S33万能数控磨床，可以在一次装卡下实现多线螺纹加工和内外圆、端面加工。
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4. 不同工种加工的复合化 ) C& S; B' v8 X: y W' n- d" M
   把多种不同原理的加工类型集约，如切削与磨削、研磨的复合；用激光功能把加工后热处理、焊接、切割合并；加工和组装同时实施等。还有，集中车削和铣削功能，特别是齿轮加工功能等的独特的生产型复合加工机；与激光加工复合，开发了装有磨削功能和激光淬火功能的复合机床等。在欧洲还开发了机械铣削功能、激光三维加工功能等集约的复合加工机。

复合加工技术的发展趋势

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复合加工技术是未来机械加工的发展方向。随着社会各个领域的不断发展，对机械加工领域的要求也不断提高，高速度、高精度和高效率的“三高”加工是对未来机械加工的基本要求，而仅仅靠传统的加工理念是很难满足这一要求的。因此，机械加工领域要求不断突破传统的观念，不断改善和提高加工的技术，以适应未来的要求，而复合加工技术正好满足了这一要求。

今天的复合加工技术，是针对以普通的数控车削中心和加工中心为基础，发展到复合车铣加工中心。这要求机床制造业应以现有的技术水平为基础，研发、制造、稳定和推广具有高效、复合、稳定、成本低廉的，适合于现代加工技术的高水平机床。