周日上午10点，我来到德国汉诺威EMO2005展会的Tornos Technologies展位，会见该公司美国分部的多轴产品经理Tom Broe先生。这次参观，我感兴趣的是多轴机床。早些时候当MultiDeco 32/6c在一次技术研讨会上被推介时，我曾参观过Moutier，随后我就期盼着这次的会见。那台机床结合了一些有趣的技术创新，而在EMO上首次亮相的最新多轴机床MultiDeco 20/8d更进一步地利用了这些创新。这两台机床都表明了多轴机床的趋势，它们旨在解决当今精加工零件行业中的生产问题。
Tom和我每人端了一杯咖啡，坐下来讨论这些新机床研发中的“什么”和“为什么”。
实质
在美国，大多数曾经是多轴制造的传统基础的高速切削加工已经被更受欢迎的低成本制造商们(大部分位于亚洲)所取代。对剩下的许多加工最恰当的形容是“繁琐的”，意思是指这些加工采用更难以加工的材料，形状复杂，要求更紧的公差，要达到更高的质量标准，生产批量较小，而且通常不允许零件表面有任何缺口或划痕。
工厂需要有效益地生产这类零件，正是这种需要促使像Tornos这样的机床制造商们研发多轴工艺，它们将帮助精密车削零件的制造商们在多轴市场中竞争。减少直接生产成本是现代金属加工工厂获胜的关键，但是它比简单地减少直接人工成本更复杂。
工件保护是Tornos多轴机床中的整体式零件装载/卸载机械手的一个重要优点。
这里，零件机械手正将零件卸载到一个简单的退出输送机上。
Tom向我描述了操纵一台多轴机床的机械工的传统任务。在调整好机床并成功生产了首件产品之后，工作运行要求机械师装载材料，处理切屑，搬运零件，测量零件并留意切削刀具。由于这些工作都是手工的而且通常是平淡无奇的，所以越来越难找到人来做这些工作。
“很多人认为我们的新CNC数控多轴机床自动化的目的就是免除人工，”Tom说。“这是一种误解。尽管较少参与操作可能是一个目标，但是实质是设法更好地、更高附加值地利用工厂内的人工。这才是这些机床的自动化的含义。它使机械师不用再从事操纵多轴机床所需的传统手工操作，而去执行一些具有更高价值的任务。这是一项重要的潜在竞争优势。”
整体式材料装卸
外观要求日益被包括作为许多精加工零件规范的一部分。因此，简单的重力不足以使零件成品从加工区域撤离。
在这台新Tornos多轴机床上，整体式起重机械手是包装的一部分(32/6c上有一个，20/8d有单个或两个)。就像通常的情况一样，由于装饰性考虑，客户们想出了这个内部零件操纵的主意。
“有些客户已经安装了他们自己的机械手以免重要零件在出口槽上摇摇欲坠地摔下来，”Tom说。“这促使我们在MultiDeco 32/6c和20/8d的设计中引入一个机械手。”
虽然机械手幕后的初使动机是为了可控地抽取零件成品，但是当它成为设计的一部分之后，出现了许多附加的选项。它能够允许机床像棒料进给机床一样工作，由起重机来卸载成品零件，或者像卡盘车床一样工作，由起重机装载坯料并卸载成品零件。
起重机是一根由CNC数控来控制的可编程轴。在为某一特定加工任务进行调整时，只需定义起重机的行程参数并连上合适的抓具。起重机的速度可编程调节以便与机床的循环时间同步。
托盘化
另一项由客户启发的创新已经被Tornos结合到其新多轴机床的设计方案中，它是指用托盘来装运输入和输出工件的能力。“一旦起重机装载/卸载机械手到位之后，我们就能控制工件在哪儿进入和退出一个操作周期，”Tom解释说。
这两台新机床的机床工作台上都留有一定的空间来容纳各种各样的托盘系统。该公司提供他们自己的一种设计方案作为一项选择，但是许多工厂也许会选择设计并建造他们自己的系统。因为托盘化区域在机床的底座内，所以无需额外的占地面积。
由于成品零件被组织在托盘中，所以后续操作不必再进行材料装卸。托盘可以设计成这样一种形式，即无需分别装卸各个成品零件就可以把它们运送至热处理或清洁过程。
自动化的测量和加工补偿
控制机床内工件装卸这一功能所带来的另一项好处是能够使从最终加工中移走的零件经过一台测量仪。激光测量仪尤其适合于这种检查。
可以安装一个测量仪来执行简单的去/不去测量，或者当零件在接近托盘的途中经过测量仪时，它能够检查临界尺寸。“这种自动化的检查与传统的后处理检查相比而言，其优点是如果一个零件超出了公差，那么只加工随后的少数几个零件，”Tom解释说。“可以将测量仪设置成使操作停止，并且能够在生产出许多坏零件之前执行所需的任何修理。”
进一步利用整体式测量仪装置，它可以和机床的CNC数控一起使用来构成一个闭环系统，该系统基于测量趋势自动执行刀具补偿。测量仪设置了一定的公差带宽，当刀具磨损或者温度变化时，测量仪将根据需要补偿刀架滑台，以便使零件保持在公差带内。“不再需要拿出大、中或小锤子来补偿刀具，”Tom开玩笑地说。
独立的转轴转速
传统上，多轴机床的主传动装置是一台主轴电动机，它适合使所有轴一次全都转动起来。在多轴机床中，倾向于独立地驱动每根轴，以便使每台工作站的速度和进给达到最佳。“当某一指定的工作站上使用了最佳切削速度和进给时，那么有关控制切屑形成的许多问题就得到了简化，”Tom说。“而且，这些整体轴是双向的，允许选择左旋或右旋加工。”
MultiDeco 20/8d是 Tornos的首台整体式多轴机床。该机床八根轴的每一根都由一台整体11.2-Kw (15-hp)电动机来驱动。这些电动机可以通过机床的CNC来编程，能够以0到8000rpm的转速进行旋转。在C轴上的造型也可以通过在这些转轴电动机的任一台上编程来实现。对于静态操作，可以停止在十分之一度的位置上。一个电力制动器使转轴保持在某一位置上。据Tom称，计划接下来为MulitDeco 32/6c安装其整体式电动机轴鼓轮。
MultiDeco 20/8d使用一到两根双轴对置轴来执行背面加工操作。
这些转轴和一块单轴滑板一起工作，提供三轴灵活性。一或两根轴完全可以使用机床的CNC来编程。
从设计和制造的角度来看，多轴机床上的独立转轴给工厂带来了一些生产问题。一个问题是需要在操作周期结束时重绕鼓轮。
为了可靠操作，每台转轴电动机都是硬绕线的。这要求转轴鼓轮在一次全程旋转之后“重绕”。Tornos使用一台专用电动机在最短时间内完成这项重绕工作。
向多轴鼓轮增添整体式电机所带来的另一个问题是热稳定性。每台电动机都是一个热源，由于具有六或八台电机，所以需要一个有源系统来帮助机床达到热稳定。
为了使温度保持稳定，每根轴的轴承外都包裹着一个套筒。冰冷的冷却油绕环形轴承循环流动，该散热系统维持环形轴承的热稳定性——包括连接到轴上的整体电机。冷却装置能够使设定好的温度保持在±0.5摄氏度范围内。
三轴背面加工
在一步加工中完成一个工件的能力不仅对于精密加工零件很重要，而且是工厂竞争必须具备的能力。复杂零件不仅仅只在一侧加工。为了不再进行二次加工，并且能在多轴机床中完成整个加工任务，必须具备背面加工能力。
在20/8d上，公司使用一到两根双轴对置轴来执行背面加工操作，以及一块单轴背面加工滑板来实现三轴灵活性。这些转轴中的每一根轴都可独立编程，为背面加工带来了灵活的加工选择。
“在这台‘八轴’机床上，两根拾取轴允许我们将背面加工操作分成两部分，二者同时在主轴上执行，从而减少加工周期时间，”Tom解释说。“通常，背面加工是耗时最长的操作，所以使用两根对置轴来帮助平衡加工周期。我们还可以把这台机床设置成像两台‘四轴机床’那样来运转，每台独立地使用一根对置轴，从而使产量减半。它与灵活性和产量的选择有关。最重要的是，它与完整加工零件的能力有关。”
在工作中，对置轴夹紧一个已切断的零件，然后使用竖直或水平安装的多达5把刀具来执行钻孔、铣削和车削加工。工作滑板也可以使用从动刀具，它装备有穿过刀具的冷却剂输送装置。
更广泛的后处理零件加工是这个集成到机床中的托盘化系统的一个例子。
成品零件可以先由一台激光测量仪或者其他装置自动检查，然后装载到托盘中。
这些灵活的托盘还可以用于装载未切割的锻件或者其他夹紧的零件并接收成品零件。
多中心
当制造商们应付由竞争所带来的各种变化时，衡量其工作的标准是产量、灵活性和稳定的质量。看看加工中心和车削中心就能明显发现，联合操作已经在金属加工行业中盛行了多年。
随着多轴机床的制造商们将相同的概念应用于精密车削零件，受益者是那些需要技术优势来竞争获得现有业务的工厂。金属加工必须继续朝着使零件加工、切屑清除、刀具监控、零件检查和其他工艺自动化的方向发展。
原载《国际金属加工商情》(end)
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