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復(fù)合機(jī)械加工中數(shù)控車床的技術(shù)發(fā)展方向

2023-12-11 06:11:00
今日自動(dòng)化 2023年7期
關(guān)鍵詞:數(shù)控車床機(jī)械加工機(jī)床

向 良

(佛山市名將自動(dòng)化設(shè)備有限公司,廣東佛山 528300)

為了迎接多品種小批量生產(chǎn)品種時(shí)代的到來,能夠在競(jìng)爭(zhēng)激烈的國(guó)際市場(chǎng)中站穩(wěn)腳跟,金屬切削機(jī)床加工復(fù)合化已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)。最近幾年數(shù)控車床復(fù)合化已經(jīng)成為重要的發(fā)展方向,實(shí)現(xiàn)完全加工已經(jīng)成為數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展的重要方向,各個(gè)國(guó)家在相關(guān)技術(shù)研究中投入的力量越來越大,越來越多的產(chǎn)品得到成功應(yīng)用。通過采用復(fù)合加工機(jī)床技術(shù),可以有效縮短零件生產(chǎn)周期,提升零部件加工精度。

1 復(fù)合機(jī)械加工簡(jiǎn)單介紹

當(dāng)前世界機(jī)床正朝著復(fù)合機(jī)床的方向發(fā)展。通過合理使用復(fù)合機(jī)床,可以有效提升機(jī)械加工工序集中程度,能夠在一臺(tái)機(jī)床上完成多道工序的加工,降低機(jī)床對(duì)夾具的使用量,縮短工件在搬運(yùn)和存儲(chǔ)過程中的時(shí)間消耗,保證機(jī)械零件加工精度,縮短工件加工周期,減少機(jī)床占地面積,方便工件加工,避免機(jī)械零件加工作業(yè)中產(chǎn)生過多的庫(kù)存量,保證機(jī)械零件加工精度,在越來越強(qiáng)調(diào)節(jié)能減排的今天,作用越來越突出。隨著復(fù)合加工技術(shù)的不斷成熟,越來越多的復(fù)雜零件會(huì)采用復(fù)合加工的方式,各個(gè)國(guó)家在復(fù)合機(jī)床開發(fā)中投入的力度不斷增加。通過合理安排使用復(fù)合機(jī)床,可以有效控制機(jī)械加工耗時(shí),提升機(jī)械零部件加工精度。各企業(yè)越來越認(rèn)識(shí)到復(fù)合機(jī)床加工技術(shù)的作用,并將各種先進(jìn)的復(fù)合加工機(jī)床越來越多應(yīng)用到本企業(yè)生產(chǎn)過程中,數(shù)控復(fù)合加工已經(jīng)成為機(jī)械加工當(dāng)前重要的發(fā)展方向,對(duì)工程生產(chǎn)模式、生產(chǎn)組織和生產(chǎn)管理造成了非常深遠(yuǎn)的影響,不斷推動(dòng)機(jī)械加工向完全加工方向深入發(fā)展,真正實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)機(jī)床上完成所有工序的加工作業(yè),加工完成后的零件可以直接送入到裝配車間進(jìn)行裝配作業(yè),提升產(chǎn)品生產(chǎn)精益化效果。

能夠在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)多工序和多工種的加工就會(huì)被稱為復(fù)合加工機(jī)床。在實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工目標(biāo)的過程中,提升控制軸數(shù)量、擴(kuò)大加工功能是實(shí)現(xiàn)復(fù)合加工的重要途徑,通過采用工序集中生產(chǎn)的方法,可以進(jìn)一步提升機(jī)械加工效率,將機(jī)床的價(jià)值充分發(fā)揮出來,有效縮短機(jī)械加工生產(chǎn)周期。多功能機(jī)床可以在同一臺(tái)機(jī)床可以在不變更加工方法的基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn)多次加工。復(fù)合機(jī)床是在同一臺(tái)機(jī)床上來進(jìn)行完全不同性質(zhì)的加工。復(fù)合加工機(jī)床的功能往往會(huì)伴隨時(shí)代的發(fā)展發(fā)生一定的變化。在加工中心剛面世的時(shí)候,就被成為復(fù)合加工機(jī)床,加工刀具更換非常靈活,但不能超過切削加工的某些領(lǐng)域。當(dāng)前,復(fù)合加工機(jī)械與過去相比已經(jīng)發(fā)生了非常大的變化,甚至可以說是質(zhì)的變化?,F(xiàn)代復(fù)合加工機(jī)械可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)復(fù)合化開發(fā),很多車削加工中心具有回轉(zhuǎn)刀具銑削功能,很多加工中心已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)五軸加工,現(xiàn)代又出現(xiàn)了多種加工方法的集約,可以將激光加工和切削加工集成起來進(jìn)行應(yīng)用,進(jìn)一步提升了機(jī)床復(fù)合化程度。

2 復(fù)合加工機(jī)床發(fā)展

日本復(fù)合機(jī)加工開始于20世紀(jì)70年代到80年代。日立株式會(huì)社1979年開發(fā)出了5LC 型數(shù)控復(fù)合車床,具有車削主軸、Y 軸、刀具自動(dòng)交換裝置、車削主軸分度功能,具備當(dāng)時(shí)領(lǐng)先的機(jī)械加工功能。最近幾年,很多日本機(jī)床公司都開發(fā)出了具有銑削功能的數(shù)控車床。

歐洲最早出現(xiàn)復(fù)合加工機(jī)原型是在意大利和奧地利。意大利Mandelli 公司開發(fā)出的臥式加工中心,不僅具備銑削功能,還具有車削功能,屬于一臺(tái)以銑削為基礎(chǔ)的銑車復(fù)合加工機(jī),本質(zhì)上是以銑削為基礎(chǔ)的銑車復(fù)合加工機(jī)床,該機(jī)床在當(dāng)時(shí)并沒有引起足夠的重視,銷量也不盡如人意。奧地利WFL 公司在車銑技術(shù)公司在曲軸專用車銑加工機(jī)基礎(chǔ)上開發(fā)出了M系列大型車銑復(fù)合加工機(jī)床。EMAG 公司在1995年開發(fā)出了倒置數(shù)控立式車床,其能夠自動(dòng)化完成工件裝卸,具有工件測(cè)量工作,屬于一種非常先進(jìn)的復(fù)合加工機(jī)床,直接采用了倒置主軸結(jié)構(gòu)。由于該機(jī)床采用了巧妙的倒置主軸結(jié)構(gòu),可以將切削快速排出,非常適合在干切削加工中進(jìn)行使用,屬于一種非常環(huán)保的機(jī)床,在當(dāng)時(shí)引起了很多人的關(guān)注,在各種加工領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛,非常適合在大型工件加工中進(jìn)行使用。隨著復(fù)合加工技術(shù)的不斷成熟,各種以數(shù)控車床和加工中心為基礎(chǔ)的復(fù)合加工機(jī)越來越多,在各種場(chǎng)合中的應(yīng)用越來越普遍。

日本復(fù)合加工機(jī)廣泛受到關(guān)注是從日本國(guó)際機(jī)床展開始的。歐洲具有數(shù)量眾多的善于創(chuàng)新的機(jī)床制造廠,具有發(fā)展復(fù)合加工機(jī)床技術(shù)的充分潛力,但是受到市場(chǎng)的制約,并沒有得到非常廣泛的使用。日本憑借發(fā)展、普及應(yīng)用復(fù)合加工機(jī)的土壤,復(fù)合加工機(jī)床技術(shù)發(fā)展非常迅速。日本機(jī)床制造廠以數(shù)控車床為基礎(chǔ),從加裝具有銑削功能的銑削頭開始,越來越多的加工功能被融合到一臺(tái)機(jī)床上,數(shù)控機(jī)床功能越來越強(qiáng)大。

3 車床復(fù)合化技術(shù)介紹

以車削為主的復(fù)合加工機(jī)床。該加工機(jī)床屬于車削復(fù)合中心。該復(fù)合中心建立在車床機(jī)床上,不僅具有車削工具,還直接在刀架上安裝銑削加工回轉(zhuǎn)工具,可以直接在圓形工件上加工鍵槽和平面。此后,還出現(xiàn)了一種車銑復(fù)合加工中心實(shí)現(xiàn)了雙主軸功能,能夠?qū)崿F(xiàn)工件兩端的交替加持,可以在不取下工件的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)加持部位的加工。當(dāng)前,大部分車削加工都具有兩個(gè)工序以上的加工功能,在對(duì)零件進(jìn)行高效、高精度加工的過程中,包括以下3種技術(shù):①內(nèi)外加工集中化。在機(jī)床內(nèi)部裝有一次加工以及二次加工的加工機(jī)。②實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的復(fù)合化。該復(fù)合加工機(jī)床不僅可以實(shí)現(xiàn)車削加工,還可以實(shí)現(xiàn)銑削加工、磨削加工等,進(jìn)一步提升了工件加工工序的集中化。③智能化、通過將智能化技術(shù)融合到數(shù)控車床復(fù)合中心,可以有效實(shí)現(xiàn)工件的智能化識(shí)別、工件加持控制、適應(yīng)控制、遠(yuǎn)程加工監(jiān)控功能。

4 數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的應(yīng)用特點(diǎn)

通過將數(shù)控技術(shù)和復(fù)合加工機(jī)床應(yīng)用到零件生產(chǎn)中,能夠有效提升機(jī)械零件加工復(fù)合化程度,盡量集中在幾臺(tái)加工設(shè)備上完成工件加工,具有如下的優(yōu)點(diǎn):①提升生產(chǎn)效率。通過合理使用數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床,能夠?qū)⒁郧岸嗯_(tái)機(jī)床完成的加工工序在一臺(tái)機(jī)床上完成加工。由于加工工序減少,能夠有效提升零件加工效率,讓加工工序變得更加合理。例如,采用相對(duì)左右主軸、正副主軸進(jìn)行加工就是一個(gè)非常典型的案例。數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的這些改變?cè)陂_展大批量加工時(shí),也可以比傳統(tǒng)技術(shù)更進(jìn)一步突出自身的優(yōu)勢(shì),在開展多品種小批量生產(chǎn)作業(yè)中,也可以發(fā)揮自身的作用。②減少工件裝卸次數(shù)。由于能夠在一臺(tái)機(jī)床上來完成加工,直接取消了工件在各種工序之間的移動(dòng),可以在不移動(dòng)工件的情況下來完成工件的安裝和卸下。③由于工件不需要在機(jī)床上多次進(jìn)行安裝,能夠進(jìn)一步保證工件的加工精度。通過減少零件裝夾次數(shù),可以避免由于定位基準(zhǔn)加工精度造成的加工誤差。由于很多車銑復(fù)合加工車床都具有在線檢測(cè)功能,能夠在零件加工作業(yè)中完成零件測(cè)量,避免人工測(cè)量帶來的誤差,更加直接對(duì)加工精度進(jìn)行控制,從而能夠進(jìn)一步保證零部件加工精度。另外,機(jī)床通過采用高強(qiáng)度床身設(shè)計(jì),可以有效保證車床加工剛度,提升對(duì)高強(qiáng)度材料的加工能力。另外,由于機(jī)床配置自動(dòng)送料裝置,能夠直接完成自動(dòng)上料操作,從而實(shí)現(xiàn)單臺(tái)機(jī)床的流水化作業(yè)。④減少對(duì)各種半成品中轉(zhuǎn)場(chǎng)地的使用,各種專用加工夾具的使用量也得到了明顯的降低。⑤降低零部件加工成本。由于加工機(jī)床數(shù)量得到了減少,各種設(shè)備和人員支出得到了有效的控制。另外,與傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床相比,人工費(fèi)用得到了顯著的降低,設(shè)備運(yùn)行成本得到了有效的降低。⑥縮小了各種設(shè)備占地面積。由于數(shù)控復(fù)合車銑機(jī)床采用了更加巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),能夠提升對(duì)機(jī)床周圍空間利用率,設(shè)備的維修也更加集中與方便。雖然單臺(tái)數(shù)控車復(fù)合機(jī)床的加工比傳統(tǒng)數(shù)控車床機(jī)床高很多,但憑借更加高效的生產(chǎn)效率、更小的占地面積、更少的維護(hù)費(fèi)用,進(jìn)一步降低整體固定資產(chǎn)投入和管理成本。

5 加工實(shí)例比較

風(fēng)力發(fā)電機(jī)殼體加工。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)殼體原加工設(shè)計(jì)中,會(huì)使用到數(shù)控車床和加工中心。在使用數(shù)控復(fù)合加工設(shè)備后,加工工時(shí)得到了明顯的縮短,總工時(shí)由原來的44 h 縮短到6 h,總工時(shí)縮短到原來的1/7。

液壓卡盤板體加工。在原加工方案設(shè)計(jì)中,會(huì)使用到兩臺(tái)數(shù)控機(jī)床和一臺(tái)立式加工中心。在采用數(shù)控復(fù)合加工設(shè)備后,整個(gè)零件加工直接在一臺(tái)數(shù)控復(fù)合加工中心上完成,整個(gè)加工準(zhǔn)備時(shí)間為15 min,總工時(shí)縮短到原來的1/5。

通過上述案例分析可知,在使用數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床后,設(shè)備零部件加工時(shí)間得到了大大的縮短,設(shè)備占地面積極大減少,設(shè)備制造總成本得到了有效的控制。

6 數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床市場(chǎng)發(fā)展前景和今后發(fā)展

數(shù)控復(fù)合加工技術(shù)主要朝3個(gè)方向發(fā)展:①?gòu)?fù)合加工機(jī)床技術(shù)的優(yōu)化和改進(jìn)。②機(jī)床性能不斷得到提升。③相關(guān)技術(shù)應(yīng)用水平不斷得到提升。為了讓數(shù)控車復(fù)合機(jī)床在工業(yè)機(jī)械加工中順利得到推廣使用,就需要不斷提升相關(guān)技術(shù)水平,加強(qiáng)對(duì)相關(guān)編程技術(shù)研究,研究出集成數(shù)控復(fù)合加工編程軟件,將先進(jìn)的防碰撞技術(shù)應(yīng)用到機(jī)床加工中。

(1)市場(chǎng)前景。根據(jù)日本工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)顯示,日本1992 年數(shù)控系統(tǒng)總出廠臺(tái)數(shù)為35 843臺(tái),其中復(fù)合加工系統(tǒng)臺(tái)數(shù)為8 117臺(tái),占全部生產(chǎn)系統(tǒng)臺(tái)數(shù)的20%左右。日本2001年數(shù)控系統(tǒng)總出廠臺(tái)數(shù)為42 899臺(tái)。其中復(fù)合加工系統(tǒng)出廠臺(tái)數(shù)為13 143臺(tái),占總數(shù)控系統(tǒng)出廠臺(tái)數(shù)的30%左右。這可以看出,復(fù)合數(shù)控系統(tǒng)的出廠占比呈上升的趨勢(shì)。

(2)復(fù)合加工機(jī)床今后的發(fā)展方向。最近幾年,對(duì)復(fù)合加工設(shè)備的需求量不斷增加,越來越多的新式機(jī)床會(huì)進(jìn)入到市場(chǎng)當(dāng)中。當(dāng)前,越來越多的功能被安裝到數(shù)控車床當(dāng)中。很多歐洲傳統(tǒng)機(jī)床生產(chǎn)廠商也考慮在加工中心上加入車削功能,復(fù)合加工可以說已經(jīng)進(jìn)入到了競(jìng)爭(zhēng)激烈的戰(zhàn)國(guó)時(shí)代。如果一個(gè)機(jī)床廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品沒有自身顯著的特征,往往難以在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中站穩(wěn)腳跟。當(dāng)前,復(fù)合車削加工中心還不具備熱處理功能。熱處理方法主要使用利用激光等技術(shù)來對(duì)設(shè)備進(jìn)行熱處理加工。復(fù)合加工的開始是車床復(fù)合加工,在時(shí)代不斷發(fā)展的今天,復(fù)合加工將不會(huì)只是停留在車削和銑削加工上,還會(huì)將淬火、磨削、壓入、超聲波加工、激光加工融入到一臺(tái)機(jī)床上。

(3)工序更加集中。OKUMA 的MACTURN 系列,將高速、高性能車削加工和其余機(jī)械加工完全融合到了一臺(tái)機(jī)床上,具有9軸控制性能,屬于完全工序集中化的機(jī)床。機(jī)床在整個(gè)加工過程中,并不需要工序間的位置移動(dòng),加工程序也可以一次設(shè)定完成,可以有效縮短工件加工工時(shí)。機(jī)床可以直接完成外徑車削加工、傾斜面加工、傾斜面螺旋加工、滾齒加工、凸輪和偏心加工。在實(shí)現(xiàn)機(jī)床復(fù)合化加工的同時(shí),機(jī)床設(shè)備廠商在數(shù)控裝置研發(fā)上投入的力度不斷增加,給操作者提供了更加容易被操作的數(shù)控操作。YAMAZAKI MAZAK 株式會(huì)社生產(chǎn)的INTEGREX e-1060V/6系列不是簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)加工工序的加工,還可以在一次裝夾下完成整個(gè)工件的加工,能夠有效保證加工中心的加工能力和加工精度,具有非常強(qiáng)大的車削加工能力,在傳統(tǒng)復(fù)合加工設(shè)備上可以實(shí)現(xiàn)最大Y軸行程和2700 kg 的承載能力。

7 結(jié)束語(yǔ)

伴隨著數(shù)控復(fù)合加工技術(shù)的不斷成熟,各種數(shù)控復(fù)合加工設(shè)備在各種零部件生產(chǎn)中的應(yīng)用會(huì)越來越多,會(huì)給日后生產(chǎn)變革源源注入活力,工廠生產(chǎn)模式、生產(chǎn)組織和管理方式將會(huì)不斷發(fā)生變化,一個(gè)嶄新的完全加工時(shí)代即將到來,可以直接在一條機(jī)床上實(shí)現(xiàn)毛坯到成品零部件的加工,提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率,降低半成品數(shù)量,提升企業(yè)精益生產(chǎn)效果。

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