复合机械加工中数控车床的技术发展方向

向 良

（佛山市名将自动化设备有限公司，广东佛山 528300）

为了迎接多品种小批量生产品种时代的到来，能够在竞争激烈的国际市场中站稳脚跟，金属切削机床加工复合化已经成为时代发展趋势。最近几年数控车床复合化已经成为重要的发展方向，实现完全加工已经成为数控车床技术发展的重要方向，各个国家在相关技术研究中投入的力量越来越大，越来越多的产品得到成功应用。通过采用复合加工机床技术，可以有效缩短零件生产周期，提升零部件加工精度。

1 复合机械加工简单介绍

当前世界机床正朝着复合机床的方向发展。通过合理使用复合机床，可以有效提升机械加工工序集中程度，能够在一台机床上完成多道工序的加工，降低机床对夹具的使用量，缩短工件在搬运和存储过程中的时间消耗，保证机械零件加工精度，缩短工件加工周期，减少机床占地面积，方便工件加工，避免机械零件加工作业中产生过多的库存量，保证机械零件加工精度，在越来越强调节能减排的今天，作用越来越突出。随着复合加工技术的不断成熟，越来越多的复杂零件会采用复合加工的方式，各个国家在复合机床开发中投入的力度不断增加。通过合理安排使用复合机床，可以有效控制机械加工耗时，提升机械零部件加工精度。各企业越来越认识到复合机床加工技术的作用，并将各种先进的复合加工机床越来越多应用到本企业生产过程中，数控复合加工已经成为机械加工当前重要的发展方向，对工程生产模式、生产组织和生产管理造成了非常深远的影响，不断推动机械加工向完全加工方向深入发展，真正实现在一台机床上完成所有工序的加工作业，加工完成后的零件可以直接送入到装配车间进行装配作业，提升产品生产精益化效果。

能够在一台机床上实现多工序和多工种的加工就会被称为复合加工机床。在实现机械加工目标的过程中，提升控制轴数量、扩大加工功能是实现复合加工的重要途径，通过采用工序集中生产的方法，可以进一步提升机械加工效率，将机床的价值充分发挥出来，有效缩短机械加工生产周期。多功能机床可以在同一台机床可以在不变更加工方法的基础上来实现多次加工。复合机床是在同一台机床上来进行完全不同性质的加工。复合加工机床的功能往往会伴随时代的发展发生一定的变化。在加工中心刚面世的时候，就被成为复合加工机床，加工刀具更换非常灵活，但不能超过切削加工的某些领域。当前，复合加工机械与过去相比已经发生了非常大的变化，甚至可以说是质的变化。现代复合加工机械可以进一步实现复合化开发，很多车削加工中心具有回转刀具铣削功能，很多加工中心已经可以实现五轴加工，现代又出现了多种加工方法的集约，可以将激光加工和切削加工集成起来进行应用，进一步提升了机床复合化程度。

2 复合加工机床发展

日本复合机加工开始于20世纪70年代到80年代。日立株式会社1979年开发出了5LC 型数控复合车床，具有车削主轴、Y 轴、刀具自动交换装置、车削主轴分度功能，具备当时领先的机械加工功能。最近几年，很多日本机床公司都开发出了具有铣削功能的数控车床。

欧洲最早出现复合加工机原型是在意大利和奥地利。意大利Mandelli 公司开发出的卧式加工中心，不仅具备铣削功能，还具有车削功能，属于一台以铣削为基础的铣车复合加工机，本质上是以铣削为基础的铣车复合加工机床，该机床在当时并没有引起足够的重视，销量也不尽如人意。奥地利WFL 公司在车铣技术公司在曲轴专用车铣加工机基础上开发出了M系列大型车铣复合加工机床。EMAG 公司在1995年开发出了倒置数控立式车床，其能够自动化完成工件装卸，具有工件测量工作，属于一种非常先进的复合加工机床，直接采用了倒置主轴结构。由于该机床采用了巧妙的倒置主轴结构，可以将切削快速排出，非常适合在干切削加工中进行使用，属于一种非常环保的机床，在当时引起了很多人的关注，在各种加工领域中的应用非常广泛，非常适合在大型工件加工中进行使用。随着复合加工技术的不断成熟，各种以数控车床和加工中心为基础的复合加工机越来越多，在各种场合中的应用越来越普遍。

日本复合加工机广泛受到关注是从日本国际机床展开始的。欧洲具有数量众多的善于创新的机床制造厂，具有发展复合加工机床技术的充分潜力，但是受到市场的制约，并没有得到非常广泛的使用。日本凭借发展、普及应用复合加工机的土壤，复合加工机床技术发展非常迅速。日本机床制造厂以数控车床为基础，从加装具有铣削功能的铣削头开始，越来越多的加工功能被融合到一台机床上，数控机床功能越来越强大。

3 车床复合化技术介绍

以车削为主的复合加工机床。该加工机床属于车削复合中心。该复合中心建立在车床机床上，不仅具有车削工具，还直接在刀架上安装铣削加工回转工具，可以直接在圆形工件上加工键槽和平面。此后，还出现了一种车铣复合加工中心实现了双主轴功能，能够实现工件两端的交替加持，可以在不取下工件的情况下实现对加持部位的加工。当前，大部分车削加工都具有两个工序以上的加工功能，在对零件进行高效、高精度加工的过程中，包括以下3种技术：①内外加工集中化。在机床内部装有一次加工以及二次加工的加工机。②实现机械加工的复合化。该复合加工机床不仅可以实现车削加工，还可以实现铣削加工、磨削加工等，进一步提升了工件加工工序的集中化。③智能化、通过将智能化技术融合到数控车床复合中心，可以有效实现工件的智能化识别、工件加持控制、适应控制、远程加工监控功能。

4 数控复合加工机床的应用特点

通过将数控技术和复合加工机床应用到零件生产中，能够有效提升机械零件加工复合化程度，尽量集中在几台加工设备上完成工件加工，具有如下的优点：①提升生产效率。通过合理使用数控复合加工机床，能够将以前多台机床完成的加工工序在一台机床上完成加工。由于加工工序减少，能够有效提升零件加工效率，让加工工序变得更加合理。例如，采用相对左右主轴、正副主轴进行加工就是一个非常典型的案例。数控复合加工机床的这些改变在开展大批量加工时，也可以比传统技术更进一步突出自身的优势，在开展多品种小批量生产作业中，也可以发挥自身的作用。②减少工件装卸次数。由于能够在一台机床上来完成加工，直接取消了工件在各种工序之间的移动，可以在不移动工件的情况下来完成工件的安装和卸下。③由于工件不需要在机床上多次进行安装，能够进一步保证工件的加工精度。通过减少零件装夹次数，可以避免由于定位基准加工精度造成的加工误差。由于很多车铣复合加工车床都具有在线检测功能，能够在零件加工作业中完成零件测量，避免人工测量带来的误差，更加直接对加工精度进行控制，从而能够进一步保证零部件加工精度。另外，机床通过采用高强度床身设计，可以有效保证车床加工刚度，提升对高强度材料的加工能力。另外，由于机床配置自动送料装置，能够直接完成自动上料操作，从而实现单台机床的流水化作业。④减少对各种半成品中转场地的使用，各种专用加工夹具的使用量也得到了明显的降低。⑤降低零部件加工成本。由于加工机床数量得到了减少，各种设备和人员支出得到了有效的控制。另外，与传统数控机床相比，人工费用得到了显著的降低，设备运行成本得到了有效的降低。⑥缩小了各种设备占地面积。由于数控复合车铣机床采用了更加巧妙的结构设计，能够提升对机床周围空间利用率，设备的维修也更加集中与方便。虽然单台数控车复合机床的加工比传统数控车床机床高很多，但凭借更加高效的生产效率、更小的占地面积、更少的维护费用，进一步降低整体固定资产投入和管理成本。

5 加工实例比较

风力发电机壳体加工。在风力发电机壳体原加工设计中，会使用到数控车床和加工中心。在使用数控复合加工设备后，加工工时得到了明显的缩短，总工时由原来的44 h 缩短到6 h，总工时缩短到原来的1/7。

液压卡盘板体加工。在原加工方案设计中，会使用到两台数控机床和一台立式加工中心。在采用数控复合加工设备后，整个零件加工直接在一台数控复合加工中心上完成，整个加工准备时间为15 min，总工时缩短到原来的1/5。

通过上述案例分析可知，在使用数控复合加工机床后，设备零部件加工时间得到了大大的缩短，设备占地面积极大减少，设备制造总成本得到了有效的控制。

6 数控复合加工机床市场发展前景和今后发展

数控复合加工技术主要朝3个方向发展：①复合加工机床技术的优化和改进。②机床性能不断得到提升。③相关技术应用水平不断得到提升。为了让数控车复合机床在工业机械加工中顺利得到推广使用，就需要不断提升相关技术水平，加强对相关编程技术研究，研究出集成数控复合加工编程软件，将先进的防碰撞技术应用到机床加工中。

（1）市场前景。根据日本工业协会统计显示，日本1992 年数控系统总出厂台数为35 843台，其中复合加工系统台数为8 117台，占全部生产系统台数的20%左右。日本2001年数控系统总出厂台数为42 899台。其中复合加工系统出厂台数为13 143台，占总数控系统出厂台数的30%左右。这可以看出，复合数控系统的出厂占比呈上升的趋势。

（2）复合加工机床今后的发展方向。最近几年，对复合加工设备的需求量不断增加，越来越多的新式机床会进入到市场当中。当前，越来越多的功能被安装到数控车床当中。很多欧洲传统机床生产厂商也考虑在加工中心上加入车削功能，复合加工可以说已经进入到了竞争激烈的战国时代。如果一个机床厂家生产的产品没有自身显著的特征，往往难以在竞争激烈的市场中站稳脚跟。当前，复合车削加工中心还不具备热处理功能。热处理方法主要使用利用激光等技术来对设备进行热处理加工。复合加工的开始是车床复合加工，在时代不断发展的今天，复合加工将不会只是停留在车削和铣削加工上，还会将淬火、磨削、压入、超声波加工、激光加工融入到一台机床上。

（3）工序更加集中。OKUMA 的MACTURN 系列，将高速、高性能车削加工和其余机械加工完全融合到了一台机床上，具有9轴控制性能，属于完全工序集中化的机床。机床在整个加工过程中，并不需要工序间的位置移动，加工程序也可以一次设定完成，可以有效缩短工件加工工时。机床可以直接完成外径车削加工、倾斜面加工、倾斜面螺旋加工、滚齿加工、凸轮和偏心加工。在实现机床复合化加工的同时，机床设备厂商在数控装置研发上投入的力度不断增加，给操作者提供了更加容易被操作的数控操作。YAMAZAKI MAZAK 株式会社生产的INTEGREX e-1060V/6系列不是简单实现加工工序的加工，还可以在一次装夹下完成整个工件的加工，能够有效保证加工中心的加工能力和加工精度，具有非常强大的车削加工能力，在传统复合加工设备上可以实现最大Y轴行程和2700 kg 的承载能力。

7 结束语

伴随着数控复合加工技术的不断成熟，各种数控复合加工设备在各种零部件生产中的应用会越来越多，会给日后生产变革源源注入活力，工厂生产模式、生产组织和管理方式将会不断发生变化，一个崭新的完全加工时代即将到来，可以直接在一条机床上实现毛坯到成品零部件的加工，提升产品生产效率，降低半成品数量，提升企业精益生产效果。