数控机床复合加工的新发展

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　　复合加工是数控机床的一个重要技术发展趋向。本文介绍了复合加工的基本概念，并分别阐述了棱柱体类零件和回转体类零件复合加工机床的发展过程与现状。
　　概述
　　在面向大批大量生产的组合机床上，多工序复合加工概念便已得到一定的体现，但这属於刚性自动化范畴。而当今所谓复合加工，则是指在柔性自动化的数控加工条件下，当工件在机床上一次装夹後，能自动进行同一类工艺方法的多工序加工(比如同属切削方法的车、铣、钻、镗等加工)或者不同类工艺方法的多工序加工(比如切削加工和激光加工)，从而能在一台机床上顺序地完成工件的全部或大部分加工工序。
　　显而易见，把许多加工工序集中到一台机床上完成，不仅消除了分散加工时工件在各工序流通过程中的运输和等待时间，相应缩短工件的加工周期和降低车间的在制品数量，而且由于工件不需要在不同(或同一)机床上重新定位装夹，从而既减少了加工辅助时间，又提高了工件的加工精度特别是形位精度。所以自数控机床发明以来，复合加工便是其重要的技术发展方向之一。1958年问世的加工中心，便是最早出现的复合加工数控机床。
. V/ S( Q( }" `! g7 U1 c3 k7 i! l　　下文将分别对棱柱体类零件(如箱、壳、板等)和回转体类零件(如轴、套、盘等)的复合加工机床进行阐述，重点放在充满生机和活力的回转体类零件复合加工上。
　　棱柱体类零件的复合加工机床
　　加工中心是通过自动换刀和工作台分度来对棱柱体类零件进行多工序(铣、钻、镗、攻丝等)和多面复合加工的。实践证明，加工中心确实有利于解决中、小批量机械制造企业交货期长、资源利用率低、在制品多和资金周转慢的弊端，因而在工业生产中获得愈来愈普遍的应用。据专家估算，2001年全世界加工中心的拥有量已超过40万台，同年全球的产量也近5万台，加工中心业已成为机械制造业的主力加工设备。
　　其后，人们又通过加工中心主轴头自动旋转90度立卧转换等方式，使加工中心不仅可以加工箱体件的4个侧面，而且可以加工第5个面-顶面，从而纷纷推出所谓5面加工中心，这也可以算作加工中心复合加工功能的一个提高。近年来，随着5轴联动数控系统和编程软件的降价与普及，5轴联动的5面(或多面)加工中心已经成为近期国际机床展一个新的热点。最近推出的可在一次装夹下对棒料的6个面进行铣、钻等加工的棒料加工中心，则是加工中心多面复合加工能力的新发展。
　　棱柱体类零件方面不同工艺方法的复合加工，目前引人瞩目的倾向是切削加工与激光加工或超声加工相复合。德国DMG公司几年前就在高速铣床的基础上增加了一个激光加工头，推出了铣削与激光复合加工的机床DMU60L(现在的型号是DML60HSC)。该机装有1个功率为100W的Q开关YAG激光器，光束直径0.1mm、加工效率20mm3/min。工件(主要是模具)在这种机床上一次装夹后，先用高速铣头完成绝大部分工作量，再用激光头以层切方式进行精加工，去掉型面的铣削痕迹和加工出精细部分，包括雕刻花纹和图案。
+ l: X; G* {, Y( Y2 S! s3 f　　玻璃、陶瓷、硬质合金等硬脆材料，用传统的工艺方法是很难加工的，然而，如果在传统的铣削、钻削、磨削的过程中加上高频振动运动，即把超声技术与切削加工技术相结合，则加工效率会显着提高。德国DMG公司之DMS系列超声加工机床，就是借助主轴上的转换器把超声发生器的电气高频信号转换成20KHz的机械振动运动(纵向运动)，然后由调压器放大和控制振动幅值，再通过获得专利的Sauer圆锥形刀夹，把振动全部传给金刚石颗粒制成的铣刀、钻头或砂轮，使刀具在加工过程中对工件表面进行20,000次/秒的连续敲击，将零件表面材料以微小颗粒形式分离出来。
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: c. r/ q, S7 |/ d( N& A' }- U　　不仅其加工效率比传统方式提高5倍，而且表面粗糙度也可达到Ra