圆转台多工位加工机床在批量加工中具有显著优势

戴高峰

在一次性装夹完成管材和棒料的全部切削加工任务时，或在加工直径不超过60mm，长度在650mm以内的铸件、锻件或冲压件时，配备了多轴的加工机床有着最高的、超出其他各种切削类型机床的生产能力、加工精度和最短的生产工时。要想充分发挥这种机床的优点，就应该有很大的生产批量。同类或同系列的零件每种至少50000，或单一品种零件至少250000件。
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KE-D型多轴加工机床可以在不对夹具进行调整的情
( [4 ]" n4 B3 K; ^1 t况下加工长度在50～650mm之间的零件，完成工件的
全部加工工序；或完成不同长度形状类似工件的加工
2 A+ U% H- U+ u8 k' S+ |过去几年中，切削加工领域中的一些新技术已经得到了广泛的应用，一些趋势也将会发生改变。Eubama公司是多轴加工技术的专家，它始终认为：多轴加工技术能够提供最高的加工精度和生产能力。而实现这些“最高”的前提条件只有一个：足够大的批量；或者说是有足够数量的零件需要加工。因为，如今没有其他切削加工机床能够像多轴加工机床那样拥有如此高的生产效率。在一台机床的一个生产节拍中同时有26根主轴进行加工，这就是多轴加工机床能够做到的，也是许多人在试验中不断尝试的。当使用管材加工时，材料的准备费用明显降低，它不仅降低了零部件的原材料费用，而且也提供了无人值守全自动生产加工的前提条件。
( L+ U: j. W4 c9 ?: U而这些特点正是Eubama公司生产的最大直径60mm、长度650mm多轴加工机床与其他厂家生产的类似的机床的不同之处。图1所示的是该机床生产制造的一些零件。在选择使用多轴加工机床之前，必须首先了解一下使用这种加工方案的基本前提条件。与传统的车铣复合机床或加工中心不同，多轴加工机床的生产节拍不是按照零件各个步骤、工序加工时间之和来确定的，相反多轴加工机床的生产节拍取决于零件加工中时间最长的一个加工步骤。根据多轴加工机床的具体配置方案，Eubama公司称之为回转鼓轮式夹具多轴加工机床的夹具中一次可装夹13个待加工零件；而在他们称之为转塔式回转夹具多轴加工机床中，可装夹16个零件，可以在一个工作节拍中对这些零件进行加工。这样，在大批量生产过程中每一个零件的单件工时低的几乎没有一个竞争对手可以与之相抗衡。从经济性计算的角度来看，必须强调一点：与使用灵活的车铣复合加工中心相比，多轴加工机床只有在多种规格的同类零件，每种批量大于50000件时，在单一品种零件的数量大于250000件时，才是经济合理的。合理的使用管材、无人值守的工作班次、自动化的上料装备，包括单一工件的自动化上料等措施，都在提高多轴机床生产能力方面发挥着重要的作用。
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图1  可在多轴加工机床上加工的零件
: ]& a' p8 z, \4 {/ ~* n+ n# B基于零件的几何尺寸和形状，与按照工艺顺序先后的自动加工生产线方案相比较，多轴加工方案的优点是在一次装夹中完成零件的全部加工。除省略了零件在各个夹具之间的装夹时间之外，加工刀具从一个工位到另一个工位的移动时间也大大缩短，而这些都在提高效率和产量方面发挥着重要的作用。
采用多种切削加工技术
考察一下车铣复合加工中心，加工中心和自动加工生产线，它们在锥形工件的加工中有一定的可比性。在加工对称回转体的工件时，使用车床或多轴自动车床是最合适、最有意义的。但与这种加工技术相比，多轴加工机床在切削加工、工件形状的复杂性、上下料和工艺技术方面也能充分展现它们的优点和长处。
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图2  S-6系列多轴加工机床可以在一次装夹中完成复杂工件
的三方位加工，配备有12把水平进给和3把垂直进给的刀具
3 S+ k" T; j: H' i# U$ B在完成一个对称回转体零件，以及锥形零件的全部加工中，有多种多样的回转鼓轮式夹具或立式转塔夹具的多轴机床可供选用。根据所选机床配置的控制系统、加工单元和上下料装置，可以在一台多轴加工机床上完成各种直径达60mm、长度尺寸达650mm工件的全部加工工序。根据机床配置的不同程序，它们适合于从小批量到大批量的零件的加工。
随时增减和补充机床配置
" k7 U6 f! w( ~! g2 i, L就Eubama公司的机床设计方案来讲，多轴加工机床不是特种机床。它可以像通用万能机床那样，通过机床的调整和加工单元控制系统来保证不同种类、不同批量的生产加工。每种零件的具体加工方案都是建立在模块式系统集成之上的，根据生产任务的变化可以随时调整机床的模块。
Eubama公司研发生产的S-6和S-8型的多轴加工机床是惟一能够加工工件全长的自动加工机床（见图1）。高速成型车削或车槽单元（见图2）能够加工出非常高的表面质量，有着强大的切削功率，可以采用强力车削。这种设备的优点是：需要加工的工件外轮廓都暴露在外，在夹紧后能够对工件所有需要加工的表面进行加工，从而可以在一次装夹中完成工件的全部切削加工。这样，在管材类零件的加工中结合调整工具的使用，使得多轴加工机床能够达到最高的生产效率。
$ b; A3 L* G, @% m" F2 Y& {$ N最多有18个加工单元
% @6 Z3 g3 c) B* J8 f" n( f能够在一次装夹中完成工件的全部加工工序是上述两种机床的共同特点（见图3）。而帮助机床实现这种功能的是一整套三方位加工刀具单元：15个水平加工刀具单元和3个垂直加工刀具单元。在这些刀具单元的帮助下，S-6型多轴机床可以加工直径至49mm、长度至45mm的工件。S-6型多轴机床配备有CNC系统，配备有可移动的刀具单元支架，是一种相似零件“系列”加工的专用解决方案。而S-8型多轴机床则主要集中与直径至18mm、长度至150mm零件的全部加工。在S-8型多轴加工机床的上下料工位之间，S-8机床采用的是机械式的节拍控制。每分钟高达96个节拍的生产效率使得S-8多轴机床成为这类机床中生产效率最高、加工速度最快的机床。在2008年的AMB国际金属制造加工展览会上，Eubama公司展示了他们的S-8二合一新型解决方案：它能够同时加工一对相互配合的零件。在这一款S-8多轴机床中，一个生产节拍内可以加工出一对不同的零件，或两个结构形状相同而材质不同的零件。
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图3  利用不同的刀具驱动单元可以完成车槽、车螺纹或
# q& u$ t' n7 a9 _' v滚花加工，可以在两次上料之间完成零件的全部加工工序
" W3 H0 }' H, d2 @2 }+ ]拥有16工位转塔式夹具多轴机床
在S-20型多轴机床（见图4）中有16个装夹工位和26个加工刀具单元。这是一种性能强大的转塔式夹具多轴机床，它不仅可以生产对称回转体工件，而且还可以生产不同形状的锥形工件。基于其坚固的机床结构，使得这种S-20多轴机床能够强力切削直径至60mm、长度达320mm的工件。其加工性能和工件夹具可以根据被加工工件的实际情况有针对性的进行设计和制造。在确定机床夹具结构时，用户可以在卡盘、弹簧卡盘、定心卡盘和楔齿卡盘等不同种类之间进行选择。
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  a: H$ G2 t) F图4  S-20型多轴加工机床有16个装夹工位，26个刀
具单元，是一种强力切削的转塔式夹具多轴机床，
  e) E* N  @$ E5 h! P7 y其良好的稳定性使其非常适合于大批量的生产加工
与其他转塔式夹具加工机床相比较，在S-20型多轴加工机床上完成工件5个方位上的加工无需二次装夹。也就是说，在工件当前的装夹工位上可以对工件进行上、下、左、右、前、后6个方位中的5个方位加工。这就能够节省工件二次或多次装夹的辅助时间，而且大大的提高工件的加工精度。加上转换装夹的工序之后，可以在S-20型多轴加工机床上完成6个方位的全方位加工。因此，在大批量生产加工中，这种多轴加工机床是CNC加工机床最好的替代方案。长期以来，一次装夹完成工件5个方位的加工一直是CNC加工中心的“专利”。而这种多轴加工机床还拥有数控机床所不具备的其他优点：柔性的S-20多轴数控加工单元。（见图4）利用这种柔性数控加工单元可以按照轨迹控制方式完成规定坐标点处的孔加工，如完成圆槽铣削、平面铣削、键槽铣削、切槽和螺旋轨迹控制的铣削加工工序。
S-20型多轴机床在转塔式夹具机床中的定位是基于其切削性能，尤其是其铣削加工的性能，使它成为这类机床中的顶级加工设备。很高的切削加工效率，精确的加工质量，提高了的刀具耐用度、经济的切削速度和强劲而又稳固的机床导轨都对机床的加工性能给予了强有力的支持，即使是切削那些难以加工的原材料时，也能在S-20型多轴加工机床上轻而易举的完成加工。
* l* x2 N- c5 n! i- E; a3 s就加工工件所消耗的原材料而言，今天则有着更加重要的意义。而且这个重要意义还不涉及在生产加工过程中到底要消耗多少材料。随着金属材料价格的上涨，今天的许多工件已经不再是用实心材料车削而成的了。相反，越来越多的是用冷轧变型或冷挤压变型后的型材（管材）经多轴加工机床加工最终成型的。这种趋势与越来越多的使用高性能的金属材料和目前不断上涨的金属材料价格有关。例如，当传统的车削件的数量超过50万件时，在工件外形切削加工余量较大时，越来越多的使用锻件毛坯，目的在于减少金属切屑的总量。
未来的趋势
Eubama公司在2007年EMO欧洲机床展览会上就展示了满足灵活性和强力切削加工方案的机床设备，并已经按照这种新的要求调整了自己的经营方针。切削加工是Eubama公司研发设计的各种多轴加工机床的主要应用领域。
0 G  F" d3 k: V( v在1977年接手了Kneissller公司之后，Eubama公司在其KE系列机床的基础上成功推出了两款S-20系列的创新性的、用于加工铸件、锻件和冷挤压件的转塔式夹具多轴机床。而且他们的S-6和S-8两种回转鼓轮式夹具多轴机床配备了引人注目的工件上、下料机构，从而满足了单一零件自动化加工的前提。
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2 a! ]3 o$ T% x* @- g$ L图5  Minibama回转夹具自动车床是一种复杂工件高效生
产的加工设备，它可以非常精确地车削零件的外轮廓形
9 Y( f5 b( q$ }+ C8 A+ ]+ e状和尺寸，可以加工工件的直径达16mm，长度达50mm
: y1 k7 T! v! W5 E+ y* L首次在2007年EMO欧洲机床展览会上公开展示的Minibama（见图5）型多轴加工机床是Eubama公司的最新产品。这种机床是对最高产量、最短工时、多轴机床传统优点和简单工件加工要求的“答复”。Minibama多轴机床能够精确的完成复杂工件的外型加工，可以配备和使用五把驱动式加工刀具，完成直径达16mm，长度达50mm的零件加工。它能够在一次装夹的情况下，完成普通加工中三道工序的加工内容。
【MechNet】
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