五轴联动复合加工机床案例分析

　　一台拥有为加工复杂形状的工件而进行数道工序、不同方式的加工性能的机械称之为复合加工机床。为达到同样目的，也有将控制坐标多轴化、扩大加工功能、多机能化的使用方法。总之是用工序集成的方法提高生产效率，提高机床的附加价值。于是，这里就把前者的在一台机床内实现不同品种加工的机床和后者的多坐标控制机床两者通称为复合加工机床。

　　而今复合加工机床成为世界机床发展方向，目前，世界上越来越多的复杂零件采用复合机床进行加工。因为复合加工机床突出体现了工件在一次装夹中完成大部分或全部加工工序，从而达到减少机床和夹具，免去工序间的搬运和储存，提高工件加工精度，缩短加工周期和浪费作业面积的目的。

　　下面针对我公司开发的几款复合加工机床介绍如下：

1. 铣削激光切割五轴联动复合加工机床

　　一款铣削激光切割五轴联动复合加工机床，此机床采用桥式龙门框架结构，采用可重组模块化设计，主机系统划分为大跨度、高刚性、高动态特性的直线运动框架结构、多自由度旋转运动机构和可交换主轴头等功能模块，各模块具有机械、电气等标准化的接口，形成可装配的功能单元，通过配置不同加工刀具或加工装置，实现铣削和激光切割等不同工艺加工制造的复合加工。此复合加工设备如图1所示。

图1 铣削激光切割五轴联动复合加工机床

　　此复合加工设备特点如下：

　　（1）复合加工功能 此复合加工设备除了传统的最终铣削精加工外，和粗加工摆头来实现初级铣削粗加工过程，还具备激光切割AC 摆头实现激光切割过程。这是一种引人注目的改革，实现了在一台机床上既能铣削加工又能激光切割的柔性制造。此复合加工设备具有一个标准的加工中心平台并提供独有的激光切割选择包。其中铣削粗加工、铣削精加工和激光切割分别由3个A 轴摆头组成，他们共用一个C 轴，靠自动交换A 轴摆头来实现功能切换。

　　（2）五轴联动功能 五坐标联动加工机床的特点有很多，如A 轴可以避开切削速度为零的条件；B 轴可缩短刀具长度；C 轴可加工不重新装卸就不能进行加工的呈突出形状的工件。

　　本设备采用AC 轴摆头控制，与直线轴X 、Y 、Z 一起工作实现五轴联动。激光头代替主轴可以实现激光切割功能。

　　（3）智能化功能 将对刀仪、工件检测、自适应控制和激光模块等功能进行机床内存化，可以进行对刀、工件检测和自适应控制等，是采用了智能化功能技术的单元加工机床。

2. 整机自动装配的柔性组合复合加工生产线

　　面向某航空企业开发出针对自动装配的精加工机床，可以实现航空整机的精加工及装配的生产线，是为某航空企业生产的专用机床。产品由用于安装航空零件和夹具移动平台及底座、加工航空零件用卧式加工中心、立式加工中心及十字移动平台共同组成，根据加工对象特点将机床对称放置在加工对象的两侧，便于编程及操作。该产品采用了高速主轴、五坐标头、单一机床多轴联动、整机的柔性加工及网络控制等新技术，提高了航空整机装配的自动化程度和航空整机组装后整机的精度、增强了航空制造过程中的可靠性和智能性。该产品已通过中国机床工具工业协会认证为国内首台（套）数控机床。图2就是此整机自动装配的柔性组合加工生产线装配现场。

图2 整机自动装配的柔性组合加工生产线装配现场

　　此复合加工设备特点如下：

　　（1） 功能复合化 此复合加工机床能提供铣削、钻削、攻螺纹、铆接和自动装配等多种复合功能，可以完成一个航空零件的铣削、钻削、攻螺纹和铆接的多种功能，有效地减小了工装次数，避免了零件的变形，提高了装配精度。

　　（2）柔性工装 由于航空零件有壁薄易变形的特点，采用柔性工装可有效减小变形误差，提高零件和装配精度。

　　（3）“工作主管”的智能机器人 机床生产线外配套3台ABB工业智能机器人，可实现航空零件的装卸。智能机器人的控制由数控系统集成实现。

　　智能化机器人增加了新的功能。它们具有增加力传感和可视功能，可以实现搬运不同尺寸的工件；它们不局限于一种特定方式抓取工件，而是能处理尺寸各异或搬运一组工件，且在抓取工件时，力传感器可根据不同条件调整抓取力，而不是用已设定的力；机器人还能精确摆放工件，所以它们能够取消或减轻需要人工的劳动。这一切的关键是机器人程序与机床或机床单元的联系。

3. 车削为主体的复合加工中心

　　以车削加工为主体的复合加工机床是车削中心。车削中心以车加工为起点，在刀架上配置车床用工具和可进行铣加工的回转工具，可以对圆筒形工件和棒形工件施行沟槽加工以及平面加工。最近又出现双主轴头方式，通过交替方法可以不用卸下工件加工另一端。

　　当前车削加工零部件的70%需要进行两道工序以上的加工，作为将这些零部件高效、高品质加工。在车削加工的同时，同位置的加工技术有以下三个特点：

　　（1）内、外加工集成化 一次（表面）及第二次（内面）加工的各项功能输入于机床内的一次/二次加工机床。

　　（2）加工复合化 车削加工加上铣加工、磨削加工等各项功能均具备于机床内的工序集成加工机床。

　　（3）智能化 将储藏、搬运以及加工在机床内存化，可以进行工件识别、对工件控制把握、适应控制和信息网络化等，是采用了最新监测技术的单元加工机床。

4. 结语

　　此三类复合加工设备面对用户，带来的巨大改革如下：

　　（1）提高生产效率 通过一次性工具装夹，完成过去需要几台不同机床的加工，这样加工的整个工时和加工时间都会减少。

　　（2）减少程序 因做到了以一台设备完成加工不再需要从一个工序到另一工序的转换，也省略了对工件的装夹、拆卸。

　　（3）保持高精度 由于无需将工件再次装夹，不必在意定位问题，使精度容易得到保持。

　　（4）节省能源、降低成本 与需要购买几台不同的设备进行加工相比，一台复合机是很合适的。与开动几台设备相比，能源也得到节省，因减少了电力的使用而使运行成本得以降低。

　　（5）节省空间 不再需要有专机功能的数台加工设备，可因此而大大节省现场空间。

　　（6）节省成本 由几台变一台或一套，在价格方面达到较易被接受的水平。

　　此类复合加工设备的开发成功，有效地解决了依靠多台机床进行分序加工、频繁装卸、频繁运输的弊病，实现了零件的一次装夹、工序集成、精度保持性好的柔性复合加工，提升了我国在高端复合加工设备方面的装备能力，打破了国外对我国此类设备的垄断。