周日上午10點(diǎn)，我來(lái)到德國(guó)漢諾威emo2005展會(huì)的tornos technologies展位，會(huì)見(jiàn)該公司美國(guó)分部的多軸產(chǎn)品tom broe。這次參觀，我感興趣的是多軸機(jī)床。早些時(shí)候當(dāng)multideco 32/6c在一次技術(shù)研討會(huì)上被推介時(shí)，我曾參觀過(guò)moutier，隨后我就期盼著這次的會(huì)見(jiàn)。那臺(tái)機(jī)床結(jié)合了一些有趣的技術(shù)創(chuàng)新，而在emo上亮相的多軸機(jī)床multideco 20/8d更進(jìn)一步地利用了這些創(chuàng)新。這兩臺(tái)機(jī)床都表明了多軸機(jī)床的趨勢(shì)，它們旨在解決當(dāng)今精加工零件行業(yè)中的生產(chǎn)問(wèn)題。
tom和我每人端了一杯咖啡，坐下來(lái)討論這些新機(jī)床研發(fā)中的“什么”和“為什么”。
實(shí)質(zhì)
在美國(guó)，大多數(shù)曾經(jīng)是多軸制造的傳統(tǒng)基礎(chǔ)的高速切削加工已經(jīng)被更受歡迎的低成本制造商們（大部分位于亞洲）所取代。對(duì)剩下的許多加工zui恰當(dāng)?shù)男稳菔?ldquo;繁瑣的”，意思是指這些加工采用更難以加工的材料，形狀復(fù)雜，要求更緊的公差，要達(dá)到更高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)批量較小，而且通常不允許零件表面有任何缺口或劃痕。
工廠需要有效益地生產(chǎn)這類零件，正是這種需要促使像tornos這樣的機(jī)床制造商們研發(fā)多軸工藝，它們將幫助精密車削零件的制造商們?cè)诙噍S市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)。減少直接生產(chǎn)成本是現(xiàn)代金屬加工工廠獲勝的關(guān)鍵，但是它比簡(jiǎn)單地減少直接人工成本更復(fù)雜。
工件保護(hù)是tornos多軸機(jī)床中的整體式零件裝載/卸載機(jī)械手的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。
這里，零件機(jī)械手正將零件卸載到一個(gè)簡(jiǎn)單的退出輸送機(jī)上。
tom向我描述了操縱一臺(tái)多軸機(jī)床的機(jī)械工的傳統(tǒng)任務(wù)。在調(diào)整好機(jī)床并成功生產(chǎn)了*產(chǎn)品之后，工作運(yùn)行要求機(jī)械師裝載材料，處理切屑，搬運(yùn)零件，測(cè)量零件并留意切削刀具。由于這些工作都是手工的而且通常是平淡無(wú)奇的，所以越來(lái)越難找到人來(lái)做這些工作。
“很多人認(rèn)為我們的新cnc數(shù)控多軸機(jī)床自動(dòng)化的目的就是免除人工，”tom說(shuō)。“這是一種誤解。盡管較少參與操作可能是一個(gè)目標(biāo)，但是實(shí)質(zhì)是設(shè)法更好地、更高附加值地利用工廠內(nèi)的人工。這才是這些機(jī)床的自動(dòng)化的含義。它使機(jī)械師不用再?gòu)氖虏倏v多軸機(jī)床所需的傳統(tǒng)手工操作，而去執(zhí)行一些具有更高價(jià)值的任務(wù)。這是一項(xiàng)重要的潛在競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。”
整體式材料裝卸
外觀要求日益被包括作為許多精加工零件規(guī)范的一部分。因此，簡(jiǎn)單的重力不足以使零件成品從加工區(qū)域撤離。
在這臺(tái)新tornos多軸機(jī)床上，整體式起重機(jī)械手是包裝的一部分（32/6c上有一個(gè)，20/8d有單個(gè)或兩個(gè)）。就像通常的情況一樣，由于裝飾性考慮，客戶們想出了這個(gè)內(nèi)部零件操縱的主意。
“有些客戶已經(jīng)安裝了他們自己的機(jī)械手以免重要零件在出口槽上搖搖欲墜地摔下來(lái)，”tom說(shuō)。“這促使我們?cè)趍ultideco 32/6c和20/8d的設(shè)計(jì)中引入一個(gè)機(jī)械手。”
雖然機(jī)械手幕后的初使動(dòng)機(jī)是為了可控地抽取零件成品，但是當(dāng)它成為設(shè)計(jì)的一部分之后，出現(xiàn)了許多附加的選項(xiàng)。它能夠允許機(jī)床像棒料進(jìn)給機(jī)床一樣工作，由起重機(jī)來(lái)卸載成品零件，或者像卡盤車床一樣工作，由起重機(jī)裝載坯料并卸載成品零件。
起重機(jī)是一根由cnc數(shù)控來(lái)控制的可編程軸。在為某一特定加工任務(wù)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，只需定義起重機(jī)的行程參數(shù)并連上合適的抓具。起重機(jī)的速度可編程調(diào)節(jié)以便與機(jī)床的循環(huán)時(shí)間同步。
托盤化
另一項(xiàng)由客戶啟發(fā)的創(chuàng)新已經(jīng)被tornos結(jié)合到其新多軸機(jī)床的設(shè)計(jì)方案中，它是指用托盤來(lái)裝運(yùn)輸入和輸出工件的能力。“一旦起重機(jī)裝載/卸載機(jī)械手到位之后，我們就能控制工件在哪兒進(jìn)入和退出一個(gè)操作周期，”tom解釋說(shuō)。
這兩臺(tái)新機(jī)床的機(jī)床工作臺(tái)上都留有一定的空間來(lái)容納各種各樣的托盤系統(tǒng)。該公司提供他們自己的一種設(shè)計(jì)方案作為一項(xiàng)選擇，但是許多工廠也許會(huì)選擇設(shè)計(jì)并建造他們自己的系統(tǒng)。因?yàn)橥斜P化區(qū)域在機(jī)床的底座內(nèi)，所以無(wú)需額外的占地面積。
由于成品零件被組織在托盤中，所以后續(xù)操作不必再進(jìn)行材料裝卸。托盤可以設(shè)計(jì)成這樣一種形式，即無(wú)需分別裝卸各個(gè)成品零件就可以把它們運(yùn)送至熱處理或清潔過(guò)程。
自動(dòng)化的測(cè)量和加工補(bǔ)償
控制機(jī)床內(nèi)工件裝卸這一功能所帶來(lái)的另一項(xiàng)好處是能夠使從zui終加工中移走的零件經(jīng)過(guò)一臺(tái)測(cè)量?jī)x。激光測(cè)量?jī)x尤其適合于這種檢查。
可以安裝一個(gè)測(cè)量?jī)x來(lái)執(zhí)行簡(jiǎn)單的去/不去測(cè)量，或者當(dāng)零件在接近托盤的途中經(jīng)過(guò)測(cè)量?jī)x時(shí)，它能夠檢查臨界尺寸。“這種自動(dòng)化的檢查與傳統(tǒng)的后處理檢查相比而言，其優(yōu)點(diǎn)是如果一個(gè)零件超出了公差，那么只加工隨后的少數(shù)幾個(gè)零件，”tom解釋說(shuō)。“可以將測(cè)量?jī)x設(shè)置成使操作停止，并且能夠在生產(chǎn)出許多壞零件之前執(zhí)行所需的任何修理。”
進(jìn)一步利用整體式測(cè)量?jī)x裝置，它可以和機(jī)床的cnc數(shù)控一起使用來(lái)構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于測(cè)量趨勢(shì)自動(dòng)執(zhí)行刀具補(bǔ)償。測(cè)量?jī)x設(shè)置了一定的公差帶寬，當(dāng)?shù)毒吣p或者溫度變化時(shí)，測(cè)量?jī)x將根據(jù)需要補(bǔ)償?shù)都芑_(tái)，以便使零件保持在公差帶內(nèi)。“不再需要拿出大、中或小錘子來(lái)補(bǔ)償?shù)毒撸?rdquo;tom開(kāi)玩笑地說(shuō)。
獨(dú)立的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速
傳統(tǒng)上，多軸機(jī)床的主傳動(dòng)裝置是一臺(tái)主軸電動(dòng)機(jī)，它適合使所有軸一次全都轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。在多軸機(jī)床中，傾向于獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)每根軸，以便使每臺(tái)工作站的速度和進(jìn)給達(dá)到*。“當(dāng)某一的工作站上使用了*切削速度和進(jìn)給時(shí)，那么有關(guān)控制切屑形成的許多問(wèn)題就得到了簡(jiǎn)化，”tom說(shuō)。“而且，這些整體軸是雙向的，允許選擇左旋或右旋加工。”
multideco 20/8d是 tornos的*整體式多軸機(jī)床。該機(jī)床八根軸的每一根都由一臺(tái)整體11.2-kw （15-hp）電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。這些電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)機(jī)床的cnc來(lái)編程，能夠以0到8000rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在c軸上的造型也可以通過(guò)在這些轉(zhuǎn)軸電動(dòng)機(jī)的任一臺(tái)上編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于靜態(tài)操作，可以停止在十分之一度的位置上。一個(gè)電力制動(dòng)器使轉(zhuǎn)軸保持在某一位置上。據(jù)tom稱，計(jì)劃接下來(lái)為mulitdeco 32/6c安裝其整體式電動(dòng)機(jī)軸鼓輪。
multideco 20/8d使用一到兩根雙軸對(duì)置軸來(lái)執(zhí)行背面加工操作。
這些轉(zhuǎn)軸和一塊單軸滑板一起工作，提供三軸靈活性。一或兩根軸*可以使用機(jī)床的cnc來(lái)編程。
從設(shè)計(jì)和制造的角度來(lái)看，多軸機(jī)床上的獨(dú)立轉(zhuǎn)軸給工廠帶來(lái)了一些生產(chǎn)問(wèn)題。一個(gè)問(wèn)題是需要在操作周期結(jié)束時(shí)重繞鼓輪。
為了可靠操作，每臺(tái)轉(zhuǎn)軸電動(dòng)機(jī)都是硬繞線的。這要求轉(zhuǎn)軸鼓輪在一次全程旋轉(zhuǎn)之后“重繞”。tornos使用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)在zui短時(shí)間內(nèi)完成這項(xiàng)重繞工作。
向多軸鼓輪增添整體式電機(jī)所帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題是熱穩(wěn)定性。每臺(tái)電動(dòng)機(jī)都是一個(gè)熱源，由于具有六或八臺(tái)電機(jī)，所以需要一個(gè)有源系統(tǒng)來(lái)幫助機(jī)床達(dá)到熱穩(wěn)定。
為了使溫度保持穩(wěn)定，每根軸的軸承外都包裹著一個(gè)套筒。冰冷的冷卻油繞環(huán)形軸承循環(huán)流動(dòng)，該散熱系統(tǒng)維持環(huán)形軸承的熱穩(wěn)定性——包括連接到軸上的整體電機(jī)。冷卻裝置能夠使設(shè)定好的溫度保持在±0.5攝氏度范圍內(nèi)。
三軸背面加工
在一步加工中完成一個(gè)工件的能力不僅對(duì)于精密加工零件很重要，而且是工廠競(jìng)爭(zhēng)必須具備的能力。復(fù)雜零件不僅僅只在一側(cè)加工。為了不再進(jìn)行二次加工，并且能在多軸機(jī)床中完成整個(gè)加工任務(wù)，必須具備背面加工能力。
在20/8d上，公司使用一到兩根雙軸對(duì)置軸來(lái)執(zhí)行背面加工操作，以及一塊單軸背面加工滑板來(lái)實(shí)現(xiàn)三軸靈活性。這些轉(zhuǎn)軸中的每一根軸都可獨(dú)立編程，為背面加工帶來(lái)了靈活的加工選擇。
“在這臺(tái)‘八軸’機(jī)床上，兩根拾取軸允許我們將背面加工操作分成兩部分，二者同時(shí)在主軸上執(zhí)行，從而減少加工周期時(shí)間，”tom解釋說(shuō)。“通常，背面加工是耗時(shí)zui長(zhǎng)的操作，所以使用兩根對(duì)置軸來(lái)幫助平衡加工周期。我們還可以把這臺(tái)機(jī)床設(shè)置成像兩臺(tái)‘四軸機(jī)床’那樣來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，每臺(tái)獨(dú)立地使用一根對(duì)置軸，從而使產(chǎn)量減半。它與靈活性和產(chǎn)量的選擇有關(guān)。zui重要的是，它與完整加工零件的能力有關(guān)。”
在工作中，對(duì)置軸夾緊一個(gè)已切斷的零件，然后使用豎直或水平安裝的多達(dá)5把刀具來(lái)執(zhí)行鉆孔、銑削和車削加工。工作滑板也可以使用從動(dòng)刀具，它裝備有穿過(guò)刀具的冷卻劑輸送裝置。
更廣泛的后處理零件加工是這個(gè)集成到機(jī)床中的托盤化系統(tǒng)的一個(gè)例子。
成品零件可以先由一臺(tái)激光測(cè)量?jī)x或者其他裝置自動(dòng)檢查，然后裝載到托盤中。
這些靈活的托盤還可以用于裝載未切割的鍛件或者其他夾緊的零件并接收成品零件。
多中心
當(dāng)制造商們應(yīng)付由競(jìng)爭(zhēng)所帶來(lái)的各種變化時(shí)，衡量其工作的標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)量、靈活性和穩(wěn)定的質(zhì)量?？纯醇庸ぶ行暮蛙囅髦行木湍苊黠@發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合操作已經(jīng)在金屬加工行業(yè)中盛行了多年。
隨著多軸機(jī)床的制造商們將相同的概念應(yīng)用于精密車削零件，受益者是那些需要技術(shù)優(yōu)勢(shì)來(lái)競(jìng)爭(zhēng)獲得現(xiàn)有業(yè)務(wù)的工廠。金屬加工必須繼續(xù)朝著使零件加工、切屑清除、刀具監(jiān)控、零件檢查和其他工藝自動(dòng)化的方向發(fā)展。