“复合加工”引领机床发展新潮流

　　【编者按】当今，世界进入了第三次工业革命时代。就机床制造业而言，智能制造无疑是发展的一大趋势，复合加工技术就是其中的典型代表。“复合加工”引领机床发展新潮流。

　　复合加工，顾名思义就是两种以上的工序组合，它除了可节能、节省劳动力以外，还可以减少机床台数、节约占地面积并缩减物流周转。它既降低生产成本又大幅提高生产效率。

　　车铣复合加工

　　以车削功能为主，兼备铣削功能的加工形式，称之为车铣复合加工。

　　如奥地利林茨机床厂WFL公司在世界上首先推出车铣复合加工中心系列产品Millturn，使得曲轴等复杂零件的高效加工成为可能。这类机床的基型为斜床身车床结构，双主轴、双刀架。在刀架上方，安装一个铣头，它既可作X、Y、Z三向直线轴运动，还可绕Y轴作B轴回转，并带有刀库及换刀装置。

　　当然，Millturn系列机床也是不断完善与改进的，譬如他们建立了重型镗杆刀库，刀具最长可达2500mm，重量为180kg。此外，新开发了燕尾槽刀具的进给功能，即数控U轴径向进给功能，可以在轴类零件的径向上加工变径孔，也就是变截面内腔加工，这对于航空工业及油气阀门等零件加工而言，是极佳的工艺装备。该系列典型的大规格产品M120 Millturn，其主要参数为，过上滑板回转直径Ф1140mm，床身上回转直径Ф1220mm，中心距长度2000~8000mm，功率100kW。现场实物加工调质钢件，车刀切深为12mm。

　　日本山崎MAZAK是致力于倡导复合加工的著名公司，当今他们开发出许多类型的复合加工机床，如INTEGREX e-H系列就被誉为划时代的超复合加工机。譬如MAZAK第五代复合型的五轴联动的车铣复合中心INTEGREX i-300，该机床布局为X、Y、Z三轴正交结构，这样可提高工件的加工范围，厚重的床身立柱设计，增强了机床的刚性和加工的稳定性。MAZAK独特的凸轮轴驱动B轴设计，能满足机床的高精度加工。

　　这种驱动方式具有高刚性、无间隙同时减小摩擦等特点。车削主轴、铣削主轴、X轴芯采用温控技术提高热稳定性。此外，主轴监控功能（IPS）可以对主轴的温度、震动、位移等信息进行监控。智能化的语音导航功能，可准确地提醒工人安全操作，还可实现3D模拟加工，并进行加工程序的确认和机床干涉的检查；主轴还带有振动控制功能，优化伺服加速度，这除了提高产品的精度外，还减少刀具的磨损。

　　铣车复合加工

　　以铣削功能为主，兼备车削功能的加工形式，称之为铣车复合加工。

　　铣车复合加工中心的基本型式是在加工中心上，加上车削主轴来完成铣车加工，如德国HAMUEL公司的HSTM系列，瑞士Willemin-Macodel的复合单元，以及瑞士斯达拉格集团宝美公司BUMOTEC的铣车复合加工中心等都各具特色。

　　S-191车铣插磨复合加工中心（图1），是宝美公司第三代复合加工高端机床，适合研发试制、小批量定制及批量零件生产任何材料和硬度的高端零件。该机床7轴数控，5轴联动，以铣削功能为主，兼备强大车削、插削、磨削、枪钻和旋风车铣等加工功能。S-191装刀主轴和工件主轴均采用转速高、功率大电主轴技术，配备一系列控制主轴恒温及振功等功能的相关装置，保证其高速运行时的安全性及可靠性，核心的恒温控制系统是宝美S-191的一大法宝。主轴功率15kW，转速达36000r/min；加装气动超高速主轴，最高达150000r/min，可以驱动0.8～80mm直径的砂轮，并且这些砂轮可以直接放入刀库中。

图1

　　S-191采用直线电机驱动线性轴，快移速度达到50m/min，直线电机是将电能直接转变成直线机械运动的推力装置，从而省去了通常电动机的一些传动环节，使机床进给运动的传动链缩短为零，故没有内部机械摩擦，最大限度避免了传统滚珠丝杠产生的间隙问题，具有很高的动态性能、移动速度和轴加速度，精度更高。X/Y/Z行程为400/200/410mm，3个旋转轴(A、C和B）也都是扭矩马达直接驱动，快速分度达90000°/min，免维护。S-191的智能化背主轴可以伸缩及立卧转换，即在卧式和立式位置上都可以加工，这样无论零件的正面还是反面加工都和装刀主轴不会产生干涉问题。背主轴C和正主轴A通孔直径最大65mm，功率15kW，转速6000r/min。单件加工时候可以装配140mm夹盘。此外，S-191LINEAR主机配备了FANUC 30系列31i-A5尖端纳米级数控系统。

　　铣磨复合加工

　　德国罗德斯Roders公司是著名的高速精密加工机床供应商，他们在复合加工研发方面也卓有成效，譬如开发转速42000r/min的高速铣和激光堆焊相结合，可用来修复模具等等。而此次在CIMT2013上他们将展出的RXP系列坐标镗/铣/磨复合加工中心，又为用户提供一种新的工艺装备。

　　罗德斯RXP600DSH五联动铣磨复合中心（图2）采用龙门式结构，主轴箱在横梁上作左右运动，主轴最高转速可达60000r/min，以满足各种材料的加工要求，包括金属和非金属以及钛合金和高温合金等。

图2

　　机床进给采用直线电机驱动技术和静压导轨技术，由扭矩电机直驱， 海德汉光栅尺全闭馈控制能实现0.05μm的位移和插补，这种超高精度完全可以满足当今及未来对于精密加工的任何要求。

　　在工作台上可加置砂轮对刀仪及砂轮修正器，以实现精密坐标磨削之功能。所以工件经一次装卡后，即能自动进行高速铣削（以及淬硬铣削）、精密坐标镗削、精密坐标磨削等多工序复合加工，从而减少工序间的流转时间，极大地提高加工精度、效率和设备利用率。

　　在刀库内，还内置一把能达到0.001mm测量精度的3D探头，配合RODERS开发的专用测量软件，可以满足精密零件3D在线测量要求，实现及时补偿。所以从整体而言，机床功能是铣磨复合再加三座标测量的综合集成体。

　　机床采用全恒温中央控制系统，针对直线电机、导轨、主轴、床身、冷却液以及电控柜等实现恒温控制，以满足连续精密加工要求。

　　金属成形复合加工

　　金属成形加工是金属加工领域的重要组成部分之一，机床的复合成形加工，其形式主要为冲压与剪切相结合、冲压与折弯相结合或者剪折冲三者相结合，而当今已将激光加工手段也融合进来了。

　　数控回转头压力机的诞生，是高速冲床的一大技术突破。机床采用高性能伺服驱动系统，大大提高了步冲次数与冲压稳定性；智能型的夹钳机构，最大限度地减小了冲裁死区；毛刷型工作台保证了对板材的有限支撑，并保护板材表面不受划伤。目前这类冲床的冲压频率在0.5mm步距时可达到1000次/min以上，轴向进给速度可达80～100m/min，合成速度可大于120～150m/min。数控回转头压力机的著名制造商有日本天田AMADA、村田MURATA、瑞士百超BYSTRONIC等，中国的江苏亚威、扬力、金方圆等产品也很成熟，市场占有率较高。目前发展方向是从单轴伺服到多轴伺服，加工工艺多种复合并配有自动上、下料装置。

　　数控板材折弯机和多边折弯中心也是数控金属成形加工技术进步的标志，机床能实现多种折弯工件的工艺存储与轮番生产，机床的工作台甚至可以挠度自动补偿，定位机构能保证板材的精确送进。意大利萨瓦尼尼公司SALVAGNINI、德国通快TRUMPF、瑞士百超等产品较为先进。

　　综上所述，我们能看到复合加工已深入到金属加工机床的各个领域，那么瞻望其发展前景呢，当然是车、铣、磨、插、滚等工序的越来越多的复合，其中包括激光。同时，智能技术的融入也势在必行，像日本马扎克MAZAK系统，已逐步将防震动功能（AVC）；热补偿功能(ITC)；防碰撞功能(ISS)；语音提示功能(MVA)；智能主轴（IPS）等组合成为一体。

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