多功能機床將是未來機床的主導(dǎo)

多功能機床，就其加工能力和構(gòu)造而言，擺脫了傳統(tǒng)的車削加工和加工中心的限制，給沉悶的機床市場帶來幾縷火花。多功能機床的銷量在所有機床的銷量比例增加迅速，一些人甚至認為，多功能機床有可能成為將來的主導(dǎo)機床。 

     多功能機床的主要優(yōu)點是在相同設(shè)置時，可以對機床進行車削、銑削、鉆削及其他操作。由于使用同一夾具固定，從而消除了使用多個夾具時產(chǎn)生的公差累積問題。縮短或消除了繁冗的加工工藝，減少了換刀次數(shù)，從而為企業(yè)增加了利潤。 

     刀具是多功能機床的一個重要因素，但相對來說，又極易被忽視。即使它在機床的整體成本占用的比例很小，但對機床加工的影響而言，其影響比例與機床整體成本相比又不成比例。就加工整體而言，機床制造商和刀具供給商都趨向于新型刀具設(shè)計，即更好地體現(xiàn)機床獨特性的優(yōu)勢所在。 

     Kennametal 公司的分裂技術(shù)和突破技術(shù)總監(jiān)Gregory Hyatt說：“我個人認為，這些多功能機床的潛力還沒有完全發(fā)揮出來，”他說，“實際上，在機床設(shè)計時，新型刀具的設(shè)計應(yīng)更多考慮在其原來固有的操作范圍基礎(chǔ)上能否進行擴展，從而使用戶能更多地利用它的使用價值。”Hyatt對此有著深入的了解，他將分裂技術(shù)定義為“任何開發(fā)的潛力都更具有生產(chǎn)性。當(dāng)用戶買到后，在實踐操作中，感受其帶來的重大變化而將其生產(chǎn)性體現(xiàn)出來。”他又補充到“我個人認為，一個好的爭論能使多功能機床名副其實。” 

     Mazak公司的產(chǎn)品應(yīng)用工程師Michael Finn說：“刀具應(yīng)用要經(jīng)歷一個不斷完善的過程。這就要求不斷研究、開發(fā)，如何使其應(yīng)用在多功能機床上，無論在軟件方面還是在機床和刀具方面，如何使其應(yīng)用更加完善。” Michael Finn還引證了一個齒輪銑刀的例子，該應(yīng)用要求開發(fā)控制軟件和刀具。他說：“這種軟件能增強兩個主軸的同步性。刀具是一個標(biāo)準(zhǔn)滾銑刀，也就是與齒輪滾銑機上所用的刀具相同，由一個心軸支撐。該滾銑刀由銑削軸驅(qū)動，設(shè)置在轉(zhuǎn)塔刀架上，并繞B軸旋轉(zhuǎn)。我們已經(jīng)用此設(shè)置生產(chǎn)正齒輪、螺旋齒輪、外花鍵。” 

     齒輪滾銑刀應(yīng)用在機床上，這一點看來有些特殊，新型刀具已經(jīng)設(shè)計出來，目前正由刀具制造商Sandvik Coromant試制。據(jù)該公司的刀具系統(tǒng)專家James Grimes表示，這種刀具應(yīng)用在多功能機床上，同普通的車削和銑削加工相比，大大提高了生產(chǎn)力。James Grimes說：“我們新型的45º刀具支架用來支撐主軸繞B軸旋轉(zhuǎn)的多功能刀具， 能保證主軸與旋轉(zhuǎn)軸成45º角，此時該刀具處于最佳加工位置。這種設(shè)計避免了卡盤與B軸產(chǎn)生干涉的可能，并可進行擴展操作。我們有80º金剛石車刀、55º金剛石車刀、35º金剛石車刀進行外形加工，內(nèi)圓車刀和幾何車刀。 

     Mori Seiki 美國公司的產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)理Gerald Owen說：“45º刀具配置通過降低上面轉(zhuǎn)塔刀架頭的作用力，也能有效地增加B軸硬度。該刀具能重新改變切削力方向，從而使機床可承重較重載荷”。 

     另外，Sandvik目前正在進行的開發(fā)試制一種稱作“迷你型轉(zhuǎn)塔刀架”。該刀具架還是用于機床B軸，該裝置與多功能車刀組成一個單元機構(gòu)，通過滾銑主軸導(dǎo)引，從而縮短換刀時間。 “一些客戶抱怨，例如，換刀時間的長短主要還要看是粗加工還是精加工。” 

     James Grimes說，“因此，我們將三個不同的鉆刀放進一個迷你型轉(zhuǎn)塔刀架里，用戶可以做到連續(xù)操作，例如，精車、鉆孔和車螺紋，而不用回到刀庫里去取另一把刀具。因此，只需0.2s的導(dǎo)引時間代替1.5～2s的換刀時間。”Gerald Owen說，“迷你型轉(zhuǎn)塔刀架”也用來加工硬質(zhì)工件材料，這些材料加工時要求多面插入導(dǎo)引加工。他回憶說：“我們有一個客戶，在他們加工1～2m長的航空發(fā)動機用的Inconel-718主軸時，在每個插入角落，刀具使用壽命是525 mm。但是通過使用3座試‘迷你型轉(zhuǎn)塔刀架’后，他們能進行更快地車削，并通過‘迷你型轉(zhuǎn)塔刀架’導(dǎo)引到一個新插點，然后返回切削。” 

     用于多功能機床上的多功能刀具看起來很靈敏，Mazak公司已經(jīng)開發(fā)了一種新刀架，這種刀架可以以不同的插入方式進行固定操作和旋轉(zhuǎn)操作。Michael Finn解釋說，“該Flash刀具座采用靜態(tài)插入三角形式車刀、80º金剛石車刀和55º金剛石車刀。靜態(tài)定位能進行標(biāo)準(zhǔn)的切削——OD 和 ID的粗加工和精加工，鉸孔和螺紋切削加工。當(dāng)進行操作時，機床確定刀具的加工方向，它同時也可用于銑削和鉆削的加工中。 

     Gregory Hyatt認為多功能刀具的設(shè)計要比Flash Tool刀具更加獨特，所以將來它會在加工兵器時大有作為。他說：“將來，我們會看到多功能刀具的應(yīng)用會和其他新型刀具一樣。我們希望將一些新產(chǎn)品在6個月內(nèi)上市，機床制造商還沒有預(yù)料到這些新產(chǎn)品遠不再是機床外邊的工具箱而已。因此，我們將和他們及一些CAD/CAM的供應(yīng)商一起來支持這種新型刀具的推出。在這些機床上典型應(yīng)用的人機對話操作程序更加使大家支持這種新型刀具設(shè)計”。 

     Carboloy 公司的產(chǎn)品經(jīng)理Bob Goulding認為超聲波的應(yīng)用作用很大，他說：“我們有幾個刀具正在申請專利，這些刀具可以用來固定操作和旋轉(zhuǎn)操作，從而我們看到使用這些刀具的機床發(fā)展前景，客戶要求彈性加工，這就要從刀具和機床本身兩方面來決定”。 

     Mori Seiki 美國公司的Gerald Owen指出，用戶也想采用現(xiàn)有的刀具能滿足多功能機床的要求并能縮短換刀時間。他說，許多使用組合式機床的公司通過使用鏜孔鉆頭來完成兩個插入——兩個80º菱形或兩個三角形，如這些刀具旋轉(zhuǎn)可與主軸旋轉(zhuǎn)反向。其他刀具則設(shè)置在使用同一卡盤頭的鏜削之前或之后。在多功能機床上，如果有效地利用刀具則可以減少換刀時間。對其他種類加工而言，無論采用新刀具還是采用新技術(shù)，都可以應(yīng)用到這些機床上。 

     多功能機床上使用的車刀發(fā)展很特殊并引起了廣泛的注意。Sandvik公司已經(jīng)開發(fā)了一種四切屑槽碳素合金端銑刀，用來提高加工工件表面的加工精度，在OD銑削加工應(yīng)用時，機床以C軸旋轉(zhuǎn)可以減少刀具壓力。James Grimes說：“我們使用這種四切屑槽碳素合金端銑刀的其中兩個切屑槽形成很微小的1.5º夾角。”他解釋說，“另外兩切屑槽可以進行無中心定位切削，然后從切削邊緣返回一些。因此只有兩切屑槽有面接觸，而且只是在兩切屑槽側(cè)面有接觸。這兩個鋒利的切屑槽就像兩個鋒利的滑片，提高了加工表面精度，另外兩切屑槽的底部不接觸，從而緩解了刀具壓力，因此對于一個四切屑槽切削刀，只有兩個切屑槽真正參與了面接觸。” 

     Mazak公司的Michael Finn說，“這些5軸機床，他們能以不同的方式定位刀具，也就意味著能以更多方式進行加工。”另外一個關(guān)于機床功能擴展的例子是被Michael Finn稱作轉(zhuǎn)向端銑的機床。他說：“我們用一個面銑刀代替了靜態(tài)刀具來對OD的工件進行粗加工，結(jié)果用了很長時間，并且切屑呈帶狀。”他解釋說，“工件是先以一個方向旋轉(zhuǎn)，然后端銑主軸以相反的方向旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)式銑刀震裂了原本堆積在周圍的切屑”。Mazak公司也開發(fā)了一種拋光操作，其利用了主軸的反向運動原理，各種拋光輪通過一個電力應(yīng)用的4140鋼件的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)操作。