车铣复合加工中心汇总分析

      复合加工是机械加工领域最新的加工工艺之一，符合现代产品多品种小批量定制化市场格局，是一种先进的制造技术。所谓复合加工，就是把几种不同的加工工艺集成在一台机床上实现。常见的复合加工有：车铣复合、车磨复合、车刨复合、内外圆加工复合、内螺纹外圆复合等。还能进行清冼、去毛刺、热处理、切割、抛光、测量检验等辅助工序的复合加工。其中，车铣复合加工中心是这一技术的典型代表。

      目前车铣复合机床以卧式居多，而且价格已经平民化。大型立式车铣复合加工中心往往比较高端、昂贵，特别是做成如7轴5联动这样多轴多联动的比较多。平民化的带C轴的大型立式车铣复合机床几乎没有。由于排版原因，我们边说明文字内容边对照图片，一些世界著名厂家的车铣中心参数和视频文件，请大家自行阅读观看。

      车铣复合加工中心结构形式很多。粗略的说，可分为以车削为基础的、以铣削为基础的、两者复合的和其它特殊的复合机床。

      这类车铣中心是在数控车床或车削中心基础上，集成铣削、钻削、攻丝、镗孔、磨削以及制齿等工艺。典型机床见下图：

      左图是非常暴力的奥地利WFL公司的车铣中心，功能非常全面，机床很有特点，整机下面的图是很有特色的大型圆盘刀库。右图是最常见的卧式斜床身车铣中心结构，也是车削中心最常用的结构。图上表示了卧式车铣中心各轴的定义。

      图示的是德国埃玛克生产的倒立式自动化加工单元，是以小型倒立式数控车床结构为基础的车铣中心。其最大的好处是容易实现连续自动化大量生产，方便配置主动测量计数等装置。这种结构市面不常见，该公司已经标准化。

      这类车铣中心是在卧加或立加基础上，集成车削、钻削、攻丝、镗孔、磨削以及制齿等工艺。

      右上角图示的是大连机床的VHT系列五轴联动车铣中心，这是典型的类似立加的动柱式结构，个人感觉他们自己开发的A轴挺麻烦，后面有结构图。右下角是典型的立加结构，配置一些特别的功能部件罢了。

      这类机床的复合主要靠角度头和回转工作台带定位功能实现。

      左下角图示的是沈阳机床采用希斯技术搞的GTM系列五轴联动车铣中心，结构比较典型，其中回转轴采用双电机驱动。常规刀库一般是图示这种，经常有一边刀库一边头库的刀库设计，常规刀具一般采用可移动的水平圆盘刀库。Z轴一般都是采用方滑枕结构实现Z轴运动，A轴和B轴完全依靠角度头实现。C轴一般都是回转工作台+移动工作台。Y轴运动有通过C轴的移动工作台的、有双柱同步驱动的动柱式、有双柱同步驱动的动梁式，其它没有什么好说的。

      这张图显示的是完全复合的车铣中心，它以框中框结构为基础，既有卧式车削主轴，又有卧加主轴，这种主轴滑枕是正八方结构，可以实现XYZ三个进给运动，通过模块化设计很容易实现任意组合的复合机床，加减法都比较简单。这个结构最早是05年森精机大力推广的产品，当时使用了大量的先进技术，森精机和德玛吉合并以后，在其大型以卧式数控车床为基础的车铣中心上大量采用了这种结构。中国沈阳和南通也有仿制。

      车铣复合加工可以实现一次装卡完成全部或者大部分加工工序，从而大大缩短产品制造工艺链，缩短了产品的制造周期，减少了现场的在制品数量，加快了生产的反映速度。这样一方面减少了由于装卡改变导致的生产辅助时间，同时也减少了工装卡具制造周期和等待时间，显著提高生产效率。

      装卡次数的减少避免了由于定位基准转化而导致的误差积累。同时，车铣复合加工可以增加在线检测和自动对刀功能，实现制造过程关键数据的在位检测和精度控制，从而大大提高产品加工精度。

      虽然车铣复合加工设备的单台价格比较高，但由于制造工艺链的缩短和产品所需设备的减少，以及工装夹具数量、车间占地面积和设备维护费用的减少，能够有效降低固定资产总投资、降低生产运作和管理成本。

      车铣复合加工中心由于复合多道工序，加工时间较长，装夹时间占加工时间的比重很小，极大的提高了设备的利用率，操作人员可以操作多台机床，减少了操作人员的数量。

      车铣复合加工将工序集中后，减少了工装夹具的管理，减少了工序之间的检验，节省了检具。完成同样的产品，车间的人员减少、工装减少、检具减少、在制品减少、占地面积减少，从而使管理工作更为简单。

       车铣中心完成车铣加工是比较容易的，但要完成高精度的铣削、钻削加工，还必须要具备以下能力：

       车铣中心经过近20年的发展，技术已经成熟，也被用户接受和认可。目前其发展方兴未艾，特别在中国应该有广阔的应用。车铣中心的技术发展趋势主要表现在以下几个方面：

1、C轴兼主轴：

      可以这样描述：大型车铣复合中心的第一难点在于C轴，由于以车削为基础的车铣中心的C轴既要具有主轴功能，又要具有进给轴功能，要经济良好的实现这两种功能，技术上存在很大难度。同时，由于大型回转工作台的转动惯量和摩擦力矩大，使用C轴功能时，既保证精度又保证效率的难度非常大。目前可以说还没有既经济又良好的解决方案。

      主要有硬轨、贴塑硬轨、静压导轨、推力轴承、回转支撑轴承等形式，各有优缺点。其中，硬轨摩擦力矩大；静压导轨用于精密定位功能时，精度会受油膜的影响；回转支撑轴承价格昂贵。

      由于普通数控立车目前采用的主电机多为直流调速或交流变频电机，主变速箱已不需要过多的档位变速，目前多采用二级变速的电机+减速器结构。

末级传动一般采用蜗轮蜗杆传动，或者大齿圈传动。用于圆周定位时，传动链必须消除间隙。齿轮传动一般采用双齿轮消隙。蜗轮蜗杆传动一般采用双导程（变齿厚）蜗杆来尽可能减小传动侧隙，部分厂家采用中分双片蜗轮实现消隙。

      为了实现回转工作台兼具C轴和主轴的功能，目前普遍采用双电机驱动，对于回转工作台，越来越多的厂家采用了力矩电机的直接驱动。

      单柱式：以立加为基础的车铣中心受弯矩限制，几乎不可以用于大回转直径的设备。以卧式镗铣床为基础的一般采用单柱+方滑枕结构，车削直径也有限制。有动柱式和固定立柱两种。

      龙门式：大型车铣中心的主流是采用龙门结构。有大型回转工作台+移动工作台、动柱式和动梁式三种形式实现Y轴运动。

      框中框结构：采用这种结构的车铣复合也非常多，这是以卧加的镗铣为基础的车铣复合，有很大的模块化灵活性，车削直径也有限制。

      当主轴立式布置时，A轴和B轴功能只能通过主轴装夹角度头或另外增加动力头实现。当主轴卧式布置时，一般通过模块化的固定部件，如B+C、A+C模块化部件实现。

      大连机床搞了一种比较特别的主轴，参见下图9

      当主轴立式布置时，一般采用圆盘式或直线式刀库。大型设备经常采用刀库+头库的方式，满足效率和工艺的兼容要求。当主轴卧式布置时一般采用立式链式刀库，其特点是刀库容量可以在有效面积内放大很多且灵活。也有采用关节机器人方式换刀以满足大型动力头的装夹要求。正因为有这么多专门化的功能附件，极大的扩展了车铣中心的加工范围。

      不外乎硬轨、线规、静压导轨等。其中硬轨还有贴塑、镶钢等技术应用，线规有滚珠、滚柱和块式等形式。直线导轨不必多说；滚动滑块导轨一半与滑动导轨混合采用，即形成滚滑复合导轨；聚四氟乙烯贴塑导轨副具有动静摩擦系数变化不大，并降低摩擦系数的优点；静压导轨精度高，摩擦系数小，但技术难度比较大，存在油液抗污染能力差、容易漏油的缺点，目前封油多采用刮板+盘根，但必须定时更换。这一部分应该和相关基础件合并统筹设计成为进给模块，优化结构和装配工艺性；大型精密测量系统有采用精密气浮结构。

      立车刀架是立车最薄弱的环节，占整机变形较大，在设计时应引起足够的重视。这一部分的产品都是现成的，但是，必须完全掌握刀具及刀柄技术，全面分析车铣复合加工工艺，针对特别的订单，我们可以设计专门的刀具，以保证设备的可靠性和加工效率的提高。

      滑枕的结构形式：目前流行的有T型、正四方和正八方滑枕等形式，还有圆形的，立车很的少用，一般用于钻床。有资料介绍，在界面相同情况下，T型、正方型界面滑枕的刚度比正八方滑枕刚度高35-40%，但正方形重量增加40%，T增加65%。

      数控系统是复合机床的关键技术，数高端数控系统，目前几乎全部为德国日本的系统，国内有不少机构有性价比不错的系统，但还没有一家形成主流。

      另外，多轴多联动复合机床如果能够解决自动编程问题，就是掌握了关键技术。常规电控部分必须保证高可靠性。

      作为高端设备，应该考虑配置如主动测量、自动对刀、刀具在线监测、自动化上下料等更加自动化的装置。普通的刀具冷却、润滑、液压、气动、排屑、防尘等不再描述，但是我们应该非常重视。

      俗话说货卖一张皮，我们应该高度重视产品造型和色彩设计，后面的贴图展示了一些感官不错的整机图片。