4轴卡盘车床缩短加工周期

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当4轴数控卡盘车床正确应用时，可以提供零件装卡所需的零延时功能。这是因为当两根主轴处于切削加工的状态时，其余两根主轴可以安装需要加工的零件。

让我们来想象一下带有托盘交换功能的HMC(卧式加工中心)机床的加工情况吧。当该机床在一个托盘上加工工件时，HMC外面的另一个托盘则处于下一个工件的准备工作之中。因此，只有当两个托盘在交换它们的位置时，才可能发生延时现象。

现在，让我们再来想象一下一台4轴车床在四角形分度托架转鼓上的加工情况吧。这种托架转鼓的功能大致与HMC机床上的托盘交换装置功能相同。它能够使四根主轴中的两根处于密闭的加工环境中，并同时车削加工两个工件。此时，处于加工区外面的两根主轴可以采用手工、机械手或龙门式上料机安装需要加工的工件。当工件在其中的一对主轴上完成车削加工以后，托架转鼓开始分度操作，将其余两根装有新工件的主轴送入到加工区域内。只要车削加工操作的周期超过新工件的安装时间，那么只有在主轴托架转鼓的分度过程中才会发生几秒钟的延时现象。 7 h2 z" Y, _% |% B% c

Camloh Machinery Solutions公司的Bill Camloh, Jr.先生列出了这种车削加工平台的三大优点：第一，这类机床可以节约很多的零件装卡时间；第二，当一个工件A面和B面上的加工周期处于不平衡的状态时，采用这类机床加工非常有效；第三，不管工件是采用手工安装，还是通过自动装卡，只要车削加工的周期超过工件的安装时间，那么机床的生产效率都是完全一样的。 % d. q. M+ @: s! a

Camloh先生在纽约LaFayette的机床销售公司，该公司提供日本Kitako公司制造的4轴数控卡盘车床 (Kitako公司的母公司是Kitagawa公司)。这类机床是通过美国SB Machine Tools机床公司进口的。Camloh先生在本文中详细地介绍了这种4轴卡盘车床的设计，并列举了一个实例，说明如何利用这类机床来提高加工周期完全不同工件的生产加工效率。

4轴卡盘车床的设计

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Kitako公司的4轴卡盘车床是在该公司原3轴机床的基础上设计生产的。这类3轴车床通常可以同时用于粗加工、精加工和工件的装卡。托架转鼓具有足够的空间安装第四根主轴，于是该公司在这台车床上又增加了一根主轴，以适应更大范围的复合车削加工。 4 f5 s8 E! K ^" {; s

Kitako 公司可以提供主轴为卧式和立式布置的各种车床。卧式车床的卡盘直径范围为100～200mm(4～8in)。如果从操作人员的角度来看，主轴的布置正好面向操作人员的位置。立式车床通常用于大、中型工件的车削加工，其所提供的卡盘直径范围为200～380mm(8～15in)。

机床的设计可以适应自动化操作的要求，也可以作为关键的加工设备或经过改装安装到生产现场。根据Camloh先生的估计，在出口到美国的500多台机床中，有 90%左右的机床装有自动化系统。通常是以一个工程包的形式安装一台龙门式上料机(单臂、双臂或三臂型)。还可以提供双重独立的龙门吊臂，如同机床上和地板上安装的机械手那样。在这些零件装卡系统上还可以安装气压表或探针，以便在卸除零件时对零件进行测量。例如，可将这些信息输送到控制系统中，以自动地补偿磨损的刀具。 ; `' @4 J0 [ t: h$ |' ?7 c" {6 Y8 _; w8 s/ s( i) \( \' W# F: O; K9 {1 D) s7 C% c0 E# E+ r$ B! g% P: x% g6 m! W/ x d- I4 ]0 F# S8 X7 \% Y% Z2 I' H; g2 n3 C: ] _8 G: M% x/ V; P( p- m3 ~- D3 J# n$ b+ i" {! N3 U* g8 d2 x2 w. ?* J% r7 D0 Y9 |0 D/ i4 K9 }; P7 |0 O$ t' \" q: p! T W V0 `/ ]( w) C0 h+ ~. V$ H7 ?1 G! L* p0 R4 k5 L5 ~3 d8 R. W5 o z d' B/ E A) X A( A3 D/ }( L3 S9 J r( T; u9 t# S6 m Y' R( t+ C$ V2 |0 O( b" K! | }9 D; h+ k% G9 n% V, F! U! X4 _- j. }3 j; a) d

表 采用4轴卡盘车床和双轴车床加工铸铁罩的情况比较

操作	4轴卡盘车床	双轴车床
A面加工时间	59s	59s
零件装卸时间	0s	12s
托架分度时间	1.5s	0s
B面加工时间	23s	23s
零件装卸时间	0s	12s
托架分度时间	1.5s	0s
总加工周期	42.5s/件	71s/件
机床正常 运行时间	98%	32%

加工区域中工作的两根主轴都是由其本身的转塔或组合刀具提供服务的。组合刀具一般用于大批量零件的生产。标准的转塔一般拥有8个工位，而含有10工位的转塔，可拥有多达5个工位的活动刀具。是否使用活动刀具应取决于钻削、攻丝及其他加工操作所需的时间。Camloh先生说：“如果这段时间占据了总体加工周期的一大部分，那么在铣床上进行非车削加工将具有更大的意义。因为这会使零件降低装卡时间所带来的价值消失殆尽。”例如，在整体加工周期较短的情况下，15s的新工件装卡时间具有重大的意义。然而，对于包括活动刀具操作在内的较长加工周期而言，这15s的时间就显得不那么重要了。 7 L* L! a- g- S& m: e

典型车削应用范围

4轴卡盘车床不一定只适合于大批量工件的加工需要。Camloh先生说：“卡盘车床也适合于500件左右的批量加工。”该卡盘车床通常的加工应用范围如下：

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1. 一个类型的零件可以在所有4个卡盘(AA/AA)中进行一次车削操作； 8 x9 L: [3 [5 E, v$ X% B9 ~2 |! G
2. 同时在一个卡盘中车削加工一个零件的A面，并在另一个卡盘中(AB/AB)车削同一零件的B面； 7 q: ?9 r5 L$ k8 y: r, J$ x
3. 同时在两个卡盘中车削加工一个零件的A面，并在另两个卡盘中(AA/BB)车削同一零件的B面。

特别是在A面和B面加工周期相对较长和加工操作不平衡的情况下，采用4轴设计形式的车床对上述最后一个例子的加工最为有效。按照表中所列的铸铁罩加工进行考虑。这些零件的A面车削、镗削和偏心钻削加工周期为59s，而B面的镗削和端面加工周期为23s。零件装卡时间12s。如果采用一台双轴车床的一根主轴车削加工这个零件的A面，另一主轴车削加工同一零件的B面，那么加工B面的主轴就要闲置36s的时间。它必须等待另一根主轴完成长达59s的加工操作。从这个实例中可以看出，完成一个零件的加工需要71s的时间，因为总体加工周期等于最长的加工操作时间加上零件的装卡时间。 9 F* N4 ^: w$ x0 }% t6 n

另一方面，当4轴卡盘车床在进行AA/BB加工操作时，其总体加工周期建立在A面和B面的平均加工周期的基础上。当两个零件的A面完成加工后，托架就会对其余两根主轴进行分度，开始对另外两个零件的B面加工。从这个实例可以看出，每加工两个零件需要85s。这表明，完成每一个零件的加工时间为42.5s。此外，4轴卡盘车床的主轴利用率达到了98%，而双轴车床的主轴利用率只达到32%。

【MechNet】