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高生产率的多主轴机床 |
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作者：张曙 卫汉华 |
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本文针对汽车零部件等企业急需提高机床加工效率的要求，提出使用多主轴机床。并分析了多主轴机床的优点、加工特点、工件交换模式等性能，同时列举了目前巿场上具有代表性的几款双主轴机床产品。
从机床设计角度考虑，提高机床的生产率，除了釆用高速加工外，也可以通过增加主轴数量来实现，增加主轴数量的设计方案有两种﹕多根主轴按不同轨迹运动，同时加工一件工件的不同工位；多根主轴按同一轨迹移动，分别加工多个工件。第二种方案由于结构和操作模式与单主轴机床接近、加工灵活性高、可以在较短时间内转换产品批次，更符合零部件生产企业的当前需要，因此应用较为广泛。
多主轴机床的优点
目前巿场上的多主轴机床多为立式或卧式加工中心，一般釆用2根或4根主轴并列的结构布局，机床的主轴在所有方向上都同步运动，工件的空间回转轨迹也完全同步。因此机床的生产率可以按主轴数量成倍地提高。
除了生产率以外，多主轴机床还具有其它成本优势，以双主轴机床为例﹕机床的生产率约为单主轴机床的两倍，但占地面积只比其略大，能耗、操作员数和维护成本也与单主轴相近，符合当前节能减排的大趋势。一台双主轴机床所安装的功能部件比两台单主轴机床少，只需一套控制系统、驱动系统和润滑冷却系统，所以售价只比单主轴机床高35～40%。若计算包括刀套、刀具等在内的机床全系统投资，双主轴机床更比实现同等生产率的两台单主轴机床投资低60%。
双主轴5轴立式加工中心
多主轴机床的加工特点
双主轴机床在使用上需要注意的地方是工件的装夹，因为工件在工作台上的装夹位置偏差，会严重影响工件的尺寸精度。
装夹位置偏差最常见的两个原因是夹具高度偏差和工件间距偏差。由于双主轴机床的两套主轴共享一项高度补偿值，如果装夹的两件工件高度不同，加工后的工件厚度会出现偏差。以4轴加工为例，在A轴旋转90°后，夹具高度偏差便会使加工轨迹出现Y方向的误差。此外，由于多主轴机床的主轴间距是固定的，因此工件的间距无法通过补偿来修正，必须依靠夹具来保证工件间距与主轴间距一致。基于以上考虑，使用多主轴机床时，必须根据工件形状制作专用的精密夹具，也必须使用激光对刀仪来确保各主轴上的刀具高度一致。
多主轴加工的误差
多主轴机床的工件交换
柔性生产单元的投资庞大，其利用率越高，投资回报期越短，而多主轴机床由于其生产率高，因此工件交换系统的待机时间相对短，能更好地发挥柔性生产单元的作用。
多主轴机床可以配合一般的旋转工作台、工件托盘运输带、工件交换机器人等系统使用，但由于多主轴并列的特点，长条形的工件排列使得空间利用率较低。因此，多主轴机床发展出具有特色的工件交换模式。
德国STAMA公司的机床釆用的办法是增加机床工作台面的长度和X轴行程，机床的工作台面安放了2套A轴转台，中间用隔离门分隔，当机床加工其中一侧的工件时，操作员可以装夹另一侧的工件。
EMAG公司的BA321型卧式4轴加工中心釆用的回转多面工作台是另一种创新工件交换模式。BA321利用了A轴回转工作台的旋转功能，将回转工作台设计成横卧的立方柱体，柱体每面的装夹面积为180×850mm，各配有7路液压接口供夹具使用，可装夹2个或4个工件。
BA321的工作台前面装有隔离门和外防护门。在工件装卸时，外防护门打开和隔离门关闭，操作人员可装卸夹具第4面上的工件，机床可加工夹具其余3面上的工件。当外防护门关闭和夹具方柱锁定时，机床可进行3轴加工。当机床外防护门关闭，隔离门开启后，机床可进行4轴加工。
EMAG公司BA321多主轴机床
双主轴龙门铣床
尽管大型工件大多是单件小批生产，很少需加工多件相同形状的工件。但是，汽车模具、机床装备、航空航天等领域，却经常需要加工对称工件或成对加工工件，因此X、Z轴并联，Y轴独立运动的双主轴加工中心就凸显其作用。
MAG公司的U5-1500DR双主轴机床是大型多主轴机床的代表。MAG公司在U5-1500型双主轴龙门加工中心的横横梁上配置了两套双回转主轴头，Y轴的总行程为5m，在双主轴切削模式时每边主轴行程为2.4m。
U5-1500DR型加工中心除了配备刀库外还配有主轴头库，可在2min内自动转换各种不同功率的直角、双回转主轴头。一次装夹即可完成工件所需的5面加工和复杂自由曲面加工。大大节省大型工件的装卸、定位时间及减少损坏大型、贵重工件的可能性。
MAG 公司双主轴龙门加工中心
并列式双主轴车床
沈阳机床首台并列式双主轴车床HTC2015dsp的问世代表着中国高端自动化产品又一次与国际水平的接轨。
该并列式双主轴车床釆用平行式的双主轴结构，两套进给系统及刀架的配置将两台独立的车床合二为一，具有两台机床的加工能力。该类产品在汽车及轴承行业应用范围十分广泛，特别适用于组线加工，其高效率、高精度、全自动化的加工流程，符合现今机床产品的发展趋势，巿场前景十分广阔。(end)
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(10/25/2013) |
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